沉管灌注桩的应用

1 概况

某教学楼为8层框剪结构，柱下振动冲击沉管灌注桩基础。原设计桩径500 mm，桩长22 m，通长配筋，单桩承载力标准值1000 kN，单柱荷重9000 kN。该工程桩基的荷载、桩长、施工难度很大。考虑到该地层为第四系更新统硬塑～坚硬塑粘性土和桩的特点为端承摩擦桩，经论证及设计院同意后改为φ400 mm复打桩，桩长18.0 m，单桩承载力要求不变，并要求先打试桩，经静载试验满足要求后，方可根据有关参数进行工程桩施工。经试桩，静载确定桩为ZG400B型复打桩，桩长18.0 m，复打深度≮12.5 m，钢筋笼长11.60 m，桩数237根。 2 满足设计承载力的成桩模型和理论计算 2.1 成桩模型

采用φ400 mm局部复打成桩的理论模型见图1。

图1 局部复打长桩成桩理论示意图 图2 按物理参数计算示意图 (2)按物理参数及电流电压控制计算： Quk=Qsk+Qpk

Qpk与电流冲击力、电流电压有关，可用经验公式p=kI代入(p为一定电压下，一定电流产生的冲击力；k为经验系数，一般取10；I为锤头工作时最后30 s的电流值，此处为100)。经计算Qsk=1606.11 kN，Quk=2602.11 kN，则单桩承载力标准值为1303.06 kN，满足设计要求(1000 kN)。 3 桩机选型

在确定该工艺施工之前，我公司设计论证过其它桩的工艺施工，如钻孔桩、挖孔桩等，但因经济、技术等指标难于达到要求而未被采用。最后对比最多的是预制桩，预制桩同灌注桩一样，在西南地区多属小直径桩；因灌注桩是就地灌注混凝土，不需裁桩和接桩，可节省混凝土，只配少量钢筋，可节约钢材2/3～6/7；且减少预制构件的场外运输，比预制桩节约工程费用30%～40%。另外，也是最重要的一点，该工程桩是端承摩擦桩，预制桩不能取土引孔，遇上较厚的硬塑～坚硬粘性土层不能穿过，达不到设计桩长要求。沉管灌注桩能达到此要求，故选用沉管灌注桩施工工艺。

沉管灌注桩机型按大类分为DZKS型和DZC型两类，代表主要为DZ60KS型和DZC44型，由主要技术参数比较，DZ60KS型有利于长桩施工，特别是许用拔桩力和沉桩最大长度均优于DZC44型，在实践中也已得到证实。按通长配筋考虑，DZC44型沉桩长度最多12 m，且无中孔(锤头中部的圆孔)；而DZ60KS型具有500 mm中孔，钢筋笼可以从锤头上部往下吊，沉桩长度可达25 m左右。

从经济、技术综合考虑，选择了沉管灌注桩，再从机器设备的主要技术参数、实践经验及各参数的优化组合等方面的分析论证，认为DZ60KS型沉管灌注桩机施工该项工程是可行的。 4 施工工艺的重点与难点 4.1 解决取土难的措施

该工程需引孔取土，成桩要穿越10.0～13.0 m厚的硬塑～坚硬塑粘性土，加之桩长、桩径大，摩阻力大，造成取土难。经分析，采取了分段取土减小摩阻力的方法。一般为多次取土，每次取土1～4 m，一孔取完最多达11次，在取土

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过程中并以电流、电压值不超过80 A、380 V或最后贯入度≮5 cm/min，来具体控制取土深度，从而克服了强行加压取土，减少对机器设备的损坏，达到设计桩长。

4.2 解决抖土难的理论模型及桩内夹泥的措施

取出的土在桩管内，因粘性土与桩管内壁间摩阻力大，且具粘附力，所以很难抖出，影响下一段取土。我们采取重锤下落、加水形成水压力等方法，但效果均很差。最后，利用滑坡产生机理解决了此项难题。其原理是：在取土之前加入水，水在取土过程中随土体上升，沿土体与桩管内壁孔隙下渗，使桩管内壁与土体间形成相对软弱缝，取出土后，土块沿该缝在开启锤头振动的周期性外力作用下产生滑落，此法简称加水润滑，在实际施工过程中，取土之前在桩管内加入4～5桶水，从而使每次抖土时间由4～5 h减少到5～10 min。

同理，在桩管外壁加水1～2桶，使桩管外壁粘附泥块滑落，并在拔管时采用人工刮土方法清除外壁泥块，从而避免了桩内夹泥，保证了施工质量。 4.3 桩尖偏向及解决措施

由于多次取土，加之用450 mm取土器扩孔，孔径增大，桩尖在下落过程中易偏向斜卧或横卧于孔中，影响沉管深度，我们采用钢绳吊放桩尖使其紧贴桩管端部后再沉管，从而解决了偏向问题，保证了沉管深度。 4.4 混凝土坍落度的调整

如果按常规的混凝土坍落度，因桩长，振动拔管时间长，很难满足桩密实、桩强度和沉管深度要求。其中关键一点是影响复打深度。经试验，第一次混凝土坍落度大，在复打过程中，因桩间土为坚硬、硬塑粘性土，排水条件差，在长时间振动下，粗骨料多下沉，造成局部密实，阻力增大，复打深度难于满足。最后确定第一次混凝土坍落度8～10 cm，确保了复打深度，第二次混凝土坍落度12～14 cm，以利混凝土密实及桩身完整。 5 结语

(1)取土速度快，抖土顺利，成桩工艺新颖实用，成桩效率提高3～4倍，实际施工80天，工期比原定提前40天。(2)满足了设计桩长18.0 m、复打12.5 m

的要求，最深复打15.8 m。(3)桩身密实，结构完整，无断裂、夹泥、缩径等质量缺陷，桩强度达到C25的设计要求，桩径在485～520 mm之间。同时，经高应变力法测试，单桩承载力标准值为1020～1080 kN，满足设计单桩承载力1000 kN的要求。(4)该工程经设计、建设、总包、质监等部门一次性验收，评为优良。(5)该工程的成功实施，较原设计节约钢筋混凝土188.496 m3，节约基建投资17万元。同时为我公司节约设备维修费5万余元，经济效益和社会效益明显。