静压PHC管桩穿越卵石层施工技术探讨

陈游锋

摘要：静压PHC管桩具有单桩承载力高、桩身抗裂性好、施工简单等优点，是目前基础工程中应用最广泛的一种基础形式。本文结合具体工程实例，以静压PHC管桩施工技术为背景，主要探讨了先引孔后压桩的施工技术和施工工艺的应用。

关键词：PHC管桩；静压沉桩；引孔；长螺旋钻孔

中图分类号：TU753.3 文献标识码：A 文章编号：1674—3024（2016）11—80—03

前言

在福建区域，PHC管桩广泛运用在各大工业建筑和民用建筑的桩基工程中。但是在福建区域，持力层以上常常存在厚薄不均的卵石层，有的厚度达十几米且卵石层内存在一定厚度的软弱夹层。由于传统的锤击法沉桩在市区已被限制使用，且如果采用锤击法沉桩强行穿透卵石层，易出现爆头、爆桩等问题，影响桩身质量和施工进度；而普通静压法沉桩往往难以完全穿透较厚的卵石层，导致桩长过短，影响桩基稳定性。这种地质情况在一定程度上限制了PHC管桩的应用。与锤击法沉桩和单纯的静压法沉桩相比，采用先引孔后压桩的方法可保证管桩穿透卵石层后到达持力层，同时也能保证桩身质量和单桩承载力满足设计要求，且压桩过程顺畅，节约工期。以下本文结合具体工程探讨一下当遇到卵石层时，先引孔后压桩的PHC管桩施工技术和施工工艺。

1工程概况

福州当地某一住宅项目，总用地面积21万m²，总建筑面积约89万m²，设单层地下室，地下室建筑面积约17万m²，地上33～38层。该工程地质情况自上而下见表1。通过对当地现有桩基施工设备的调查，在分析研究地质条件、荷载及变形的基础上，基础形式确定为静压PHC管桩，持力层选择9-1、9-2或10层。桩停止沉桩的控制原则：要求以压桩力和标高双控，桩端全截面进入持力层应不小于1m，桩长约25～30m，施工过程中应合理安排打桩顺序，减小挤土效应的影响。

其中⑥碎卵石层：灰色、灰褐色，饱和，稍密一中密，上部局部呈松散状态，少量渐变为砾砂。该层以碎石、卵石为主，含中砂及粘性土，上部碎石内卵石粒径一般为2～4cm左右，呈稍密状态，向下逐渐增大，一般在3～8cm之间，最大可达10cm，整体呈中密状态。

在试桩过程中，发现静压沉桩难以穿透较厚的碎卵石层，需要考虑调整施工方案。

2基础选型及引孔方案

结合本工程的特点以及地质勘探报告，本工程高层建筑部分地勘报告建议采用冲（钻）孔灌注桩或PHC预应力管桩。冲（钻）孔灌注桩优势在于穿透力强，稳定性好，单桩承载力高，但施工工期偏长，造价偏高；PHC预应力管桩相比冲（钻）孔灌注桩，具有施工速度快，造价低，福州地区施工设备多，技术成熟等优势，最终建设单位确定本工程采用静压PHC管桩。采用管桩遇到的问题主要是场地土层中第⑥层碎卵石层，该层分布、厚度不均，较厚处静压管桩较难穿透，另外本层中存在相对较软的粉质粘土、中砂、淤泥质土夹层，故不宜作为桩端持力层。施工中拟先用长螺旋钻孔桩机引孔，然后再静压沉桩的方法保证管桩穿透该碎卵石层。

2.1静压PHC管桩作业特点

静压PHC管桩的具有很多优点，例如施工时无噪声、无振动、无污染，工期短，适合市区作业；单位面积承载力高；施工时桩身不产生动应力，桩身应力均匀，减小了对桩的破坏力；施工工序简单，工效高等等。但是静压PHC管桩也有一定的缺点，例如设备笨重；单桩长度受限，导致接桩处薄弱；较难贯穿较厚的坚硬土层，例如卵石层；存在挤土效应，当布桩密集时，容易引起周围地面隆起，对邻近建筑环境和地下管线会产生不良影响；对场地的地耐力要求高等等。

2.2长螺旋钻孔干作业法特点

长螺旋钻千作业法是采用长螺旋钻孔桩机钻孔至设计标高，利用混凝土泵将混凝土从钻头底压出，边压灌混凝土边提升钻头直至成桩，然后利用专门振动装置将钢筋笼一次插入混凝土桩体，形成钢筋混凝土灌注桩。与普通水下灌注桩施工工艺相比，长螺旋钻孔压灌桩施工，由于不需要泥浆护壁，无泥皮、无沉渣、无泥浆污染，施工速度快，造价较低。该技术对地层适应性强，能够顺利穿透卵石层、强中风化岩石等较硬土层，并能避免桩易偏斜、桩头破损。

2.3引孔压桩法作业特点

在卵石层较厚，并存在软弱夹层的地质情况下，基础形式想要采用静压PHC管桩，可以采用先引孔再压桩的施工方案。先引孔能够把上部地层中的大部分岩土取出，减小了碎卵石对桩端的阻力和周围土体对桩身的摩擦力，然后再静压沉桩，待桩端进入持力层深度满足设计要求后，只需控制终压力值并复压2～3次即可。引孔压桩法能有效解决静压PHC管桩难以穿透坚硬土层的缺点，并减小挤土效应。

2.4钻孔设备选型

本工程选用MCZ26B型步履式长螺旋钻孔桩机，该设备适用于CFG工程桩、灌注桩、地下连续墙、预制桩引孔、软基加固等各种基础工程。其主要技术参数为：回转角度±180°；最大拔桩力为300KN；动力头型号为ZZSH480-60，动力头功率为2×55W，最大输出扭矩为55KN·m；最大钻孔直径为Φ600mm；最大钻孔深为26m；整机重量为52t。

3施工工艺

3.1引孔压桩法的施工工艺

其具体的工艺流程：测量定位→长螺旋钻孔桩机就位→钻进至设计深度→提升钻杆→转移钻机至下个桩位→静压桩机就位调平→争吊桩、喂桩、对准桩位→校准垂直度→静压送桩→接桩→再送桩→结束。

当长螺旋钻孔桩机就位时，应对司机室内悬挂的铅垂进行检查，合格后方可进行施钻，检查内容包括：桩位对中、垂直度、进尺位置对照线等，钻杆应对准桩位中心，不能发生位移或倾斜。

当长螺旋钻进成孔时，需要注意三个方面的内容：一是要控制钻孔的速度，应由慢到快，若发现钻杆摇晃或难钻时，应放缓钻孔的速度以避免钻具损坏、桩孔偏移，并且钻进过程中，钻孔不能发生偏差；二是钻进时，当达到控制深度时应立即停钻；三是为了方便复核地质情况，钻进时要记录好每米电流变化及突变位置；四是合理控制提钻速度，避免发生塌孔影响引孔质量。

由于本工程地质条件相对复杂、工期紧，工作量大，引孔工作应配合静压桩同步施工，尽量做到随引随压。总的施工部署：安排调入MCZ26B型步履式长螺旋钻孔桩机1台，日计划完成引孔25根，台，做到与总体施工进度计划相适应。

3.2引孔压桩法质量控制要点

首先引孔的垂直度偏差不宜大于0.5%，引孔作业和压桩作业应连续进行，间隔时间不宜大于12h，在软土地基中不宜大于3h。

本工程桩基础采用PHC-500-125-A静压预应力管桩，要求引孔直径不大于400mm，引孔深度根据地勘报告的剖面图，引孔至碎卵石层底以上约4～6m的深度。为了避免引孔后的塌孔，对于土层中存在淤泥的勘探孔附近的桩位，引孔应随引随压，其余区域中间间隔时间不宜超过6h。

4 PHC管桩穿越卵石层的其他施工方法介绍及结合本工程实际情况的分析

4.1降低竖向承载力特征值取值

对于卵石、中砂、花岗岩等地段，由于基岩面凹凸不平，往往使桩端阻力作用点偏心，采用预制桩要对承载力折减，通过降低承载取值，来减少桩端在岩面凸凹面接触应力及桩端阻力作用点偏心引起的附加弯矩。为了增加桩的抗弯抗裂能力，采用AB型PHC管桩。

由于本工程的楼栋基本是33～38层的高层和超高层建筑，38层的超高层建筑基础设计采用桩筏基础，单桩设计承载力特征值取值为2400KN。例如一栋38F的楼栋，建筑面积16200 m²，桩数172根，桩中心距2.0～2.2m，如图1所示。若降低单桩竖向承载力特征值，会导致桩距太密，挤土效应严重，不易保证桩身质量。根据《建筑桩基设计规范》（JGJ94-2008）3.3.1～3.3.3条，原设计的桩心距比较合理，对于预应力管桩施工过程中难以避免的爆桩、断桩等突发情况也留有补桩的空间。另外根据地勘报告，土层中碎卵石层粒径较小，在2～8cm之间，并不会产生较大的偏心，碎卵石层内存在软弱夹层，为保证基础稳定性设计要求桩基必须穿透该层，减小压桩力更不利于穿越该层。综合以上原因，决定不降低单桩竖向承载力特征值取值。

4.2灌芯处理和改进桩尖

第一节管桩压入土中后应立即在管桩内腔底灌1.5～2.0米高加微膨胀剂的石砼封底，当桩尖在压桩至岩面有损坏时，保证桩身（桩端）能有足够的强度。

采用井字型桩尖，以便增加抓岩能力，减小桩尖遇斜岩时偏斜。改进终桩标准：终桩压力值约为承载力特征值的2倍或压力值突然增加（跳表），以此压力值锁定油压表稳压几秒，以桩端能与岩面“零距离”接触为原则。

本工程桩端持力层为9-2碎块状强风化花岗岩，岩体坚硬程度为软岩，完整程度为破碎，岩体基本质量等级为V级，并不属于非常坚硬的岩石，且碎卵石层卵石粒径不大，十字形桩尖也能满足穿透部分卵石层的要求，股决定不采用以上两种方案即可满足施工要求。

4.3施工效果

本工程采用先引孔后压桩的施工方法，一是有效的解决了静压PHC管桩施工难以穿透碎卵石层，有效桩长和桩基稳定性不足的问题，不仅保证了桩基施工质量，也节约了造价；二是在合理安排施工顺序的情况下，引孔后再压桩并不会延长工期，而且经过引孔后，压桩过程会更加顺利，反而能缩短压桩时间；三是在一定程度上减少了挤土效应，减少了复压、爆桩等现象的发生。

在桩基质量检查和验收过程中，选取主楼的一部分桩基进行了单桩竖向抗压承载力试验，其中两根先引孔再压桩的管桩的Q-s和s-Lgt曲线图如图2所示。可以看出沉降量在各级荷载下没有明显的增大迹象，桩基承载力能够满足设计要求。

5结语

本文主要针对施工过程中静压PHC管桩难以穿透厚卵石层的难题，通过对引孔的施工方法、工艺技术等分析，研究了“先引孔后压桩”的施工工艺在实际工程中的应用。即选用长螺旋钻孔桩机引孔，并选择合理的引孔直径和引孔深度，减小需要穿透的卵石层的厚度，再用静压法压桩，使管桩穿透卵石层后到达设计持力层，以保证管桩的承载力和稳定性满足设计要求。该技术的优势在于，发挥了静压PHC管桩的有点，弥补了静压PHC管桩的一些缺点，扩大了PHC管桩的应用范围，在一定程度上节省了工期和造价，因此具有较好的经济和社会效益。