汉口地区高层建筑首次采用静压高强管桩的总结与思考

静压高强管桩施工的总结与思考傅在龙赵华《宜昌市夷陵区质量监督站》汉口解放大道宝丰路口时代天骄一期工程由四栋高层建筑和一座独立式地下车库组成。总建筑面积48000㎡。其中，1#楼为底层带商铺的公寓式写字楼，24层。2#、3#、4#楼为底层带商铺的住宅楼，16层。本项目被评为“武汉市黄鹤杯组团项目”、又被评为“湖北省楚天杯组团项目”。汉口地区的高层建筑在本项目之前一般采用钻孔灌注桩的基础形式。大量的工程实践证明，钻孔灌注桩的基础形式是安全可靠的，有成熟的设计、施工经验。但在城市中心区施工，灌注桩也显出它的一些不足。一是施工周期较长；二是泥浆处理困难；三是试桩检测程序复杂；四是造价相对较高。能否采用预制桩代替灌注桩，这是我们在多年的工程实践中一直思考的问题。武汉地区2002年以前制桩厂主要生产的是预制方桩，施工单位的静压桩机的吨位一般也没有超过600T。而汉口地区地质情况是在淤泥质下面有较厚的粉细砂层。预制方桩在压力吨位较小的压桩机械施工中难以达到理想的持力层深度。压桩机械吨位即使够大，桩本身强度也难以承受较大的压桩力而出现爆桩现象。因此，高层建筑中一般没有采用静压方桩的基础施工形式。高强管桩是近年来在江、浙、粤一带发展较快的一种桩基形式。由于采用机械化离心式生产并采用高强蒸汽养护，生产速度快、强度高、价格低，更由于桩的圆形断面在压桩过程中阻力较方桩小，且圆形断面因应力分布均匀能承受较大的压力极限值，特别是大吨位静压桩机的出现，使得高强管桩得到愈来愈广泛的应用。鉴于上述的分析，我们决定在本项目中试行采用高强静压管桩的基础形式。在武汉建筑设计院、中南勘察设计院以及武汉市有关专家的大力支持下，本项目的试验工作获得基本成功。开创了汉口地区高层建筑采用高强静压管桩的先河。从本项目开始到现在，静压高强管桩已广泛用于汉口地区高层建筑之中。武汉地区管桩生产与静压桩机制造和施工已成为武汉建筑产业链中的一个重要组成部分。本文从工程总结的角度，对高强管桩应用进行肤浅的分析，以期将经验与教训与同仁分享。一、时代天骄建设场区地形、地貌与地质构造：拟建场地位于汉口解放大道和宝丰路的交汇处，原为湖北商贸厅办公、住宅小区。小区东边为宝丰路，南边为解放大道，西边紧邻营房街，北边为营房后街。拟建场地地貌单元属于长江Ⅰ级阶地，地势较为平坦，实测各勘探点高程介于22.83～23.70米之间。本工程±0.00＝23.75米，场地平整标高为23.50米。拟建场区覆盖层系第四系全新统长江冲洪积层，总厚度约49.0～52.0米，具明显二元结构特征，从上至下颗粒逐渐变粗。23.0米以内以粘性土为主，其中15.0～23.0米夹粉土粉砂，为过渡带；23.0～52.0米以砂性土为主，夹薄层粘性土，底部含卵、砾石；场区下伏基岩为志留系泥质粉砂岩S2f。拟建场区地层在勘察深度范围内划分为以下几层：○1杂填土Q4m1,○2粘土Q4a1+p1，○3粉质粘土夹薄层粉土Q4a1+p1，○4淤泥质粉土，粉土互层Q4a1+p1，○5粉砂夹粉土粉质粘土Q4a1+p1，○6淤泥质粉质粘土夹粉土Q4a1+p1，○7粉细砂夹中砂Q4a1+p1，○8粘土Q4a1+p1，○9含圆砾中细砂Q4a1+p1，○10含卵石中粗砂Q4a1+p1。各层土层空间分布及工程特性详见《工程地质分层表》。层序层名埋深m厚度m空间分布岩性特征工程性质1杂填土Q4m10.5-2.1场区均有分布杂色松散多处地表有10－15cm砼地坪以下为建筑生活垃圾及粘性土，含碎石砖块2粘土Q4a1+p10.5-2.16.0－9.0场区均有分布黄褐－灰褐，湿，可塑，有明显沉积层理。fak=95MPaEs1-2=4.0MPa3粉质粘土夹薄层粉土Q4a1+p17.4－9.62.4－5.1场区均有分布黑灰色，饱和，软塑。含少量腐木，上部有20－50cm薄层松散粉土，有沉积层理。fak=75MPaEs1-2=3.2MPa4淤泥质粉土粉土互层Q4a1+p110.5－13.21.8－6.0场区均有分布黑灰－青灰，饱和，可塑，粉土稍密状态。含少量云母片，有沉积层理。fak=95MPaEs1-2=4.5MPa5粉砂夹粉土粉质粘土Q4a1+p113.8－18.00.0－4.7局部地方缺失或厚度较小青灰，饱和，稍密。以粉砂为主，含少量白云母片，有沉积层理。fak=130MPaEs1-2=9.5MPa6淤泥质粉质粘土夹粉Q4a1+p118.0－20.61.1－3.9场区均有分布青灰，饱和，稍密。以粉砂为主，夹薄层稍密粉土，含白云母片和少量腐木，有砂感。fak=95MPaEs1-2=4.5MPa7○7粉细砂夹中砂Q4a1+p119.8－24.011.5－15.0场区均有分布青灰，饱和，中密。主要成分为石英、长石，含白云母片，夹薄层中砂，少量粘性土。fak=200MPaEs1-2=17MPa8粘土Q4a1+p134.5－35.70.0－1.8仅部分处有薄层分布其它场地厚度小于50cm青灰色，湿，硬塑。网纹状结构。fak=200MPaEs1-2=8.3MPa9含圆砾中细砂Q4a1+p133.6－36.910.8－14.5场区均有分布青灰色，饱和。中密－密实，以中砂为主，中砂粒以上平均含量为61.6％fak=300MPaEs1-2=22MPa10含卵石中粗砂Q4a1+p147.1－48.9本次未钻穿场区均有分布青灰色，饱和，中密。以中粗砂为主，主要成分为石英fak=400MPaEs1-2=28MPa（以上内容摘自中南勘察设计院《时代天骄》岩土工程勘察报告）二、高强管桩的设计与施工本工程的施工图设计是由武汉市建筑设计院完成的。管桩的设计具体参数为：管径500，桩壁厚125mm，强度C80，型号为AB型，入土深度40m，有效桩长34m，单桩极限承载力4400KN。要求桩尖穿透第8层，进入第9层不小于3m。由于武汉建筑设计院在汉口地区高层建筑使用管桩是首次，因此，对试桩工作提出了较高的要求。本工程1#楼塔楼24层带一层地下室，塔楼部分安排了2根破坏性试桩和1根非破坏性试桩。压桩设备采用600吨静压桩机。试桩结果如下表：桩号桩长桩型号设计承载力最大加载量最大沉降量试桩138.6mAB型500（125）C804400KN4400KN25.62mm试桩240mAB型500（125）C804400KN4950KN44.02mm试桩340mAB型500（125）C804400KN4950KN46.91mm试桩1Q~S曲线与S-lgt曲线试桩2Q~S曲线与S-lgt曲线试桩3Q~S曲线与S-lgt曲线通过试桩施工及检测可知，汉口地区高层建筑采用静压高强管桩是可行的。几个原来担心的问题均得到了圆满解决。(1)现有的桩机设备能够将桩基本上压到理想的持力层。(2)现有的AB型C80桩段的本身强度是能够承受5000KN以下的压桩压力而不致破损的。(3)管桩的极限承载力能够满足4400KN的设计要求经过试桩施工及检测，设计院将原设计入土深度调整为38米，有效桩长调整为33米，并根据此设计组织了工程桩施工。1#楼工程桩采用1台600T的压桩机施工，历时33天，总计压桩149根。平均每天每台压桩机压桩4.5根。由于是首次施工，施工速度不尽人意，按测算每台设备每个工作班压桩6－8根比较合理。若按每台设备每天连续工作2个班计算，一天应压桩12－16根。就此推算，1#楼压桩工期10－13天是能够实现的。1#楼所施工的149根静压高强管桩中有130根桩完全达到了设计要求，即桩尖入土深度和压桩时的最大油压值实现了所谓的“双控”。但有19根桩未达到双控的要求。具体桩号是：184#、126#、186#、200#、167#、94#1、31#、161#、97#、93#、66#、194#、171#、107#、151#、152#、160#、181#、13#。查阅原始压桩记录，这些未达到双控的桩位均是压桩油压值超过了设计要求，而桩尖入土深度没有达到设计深度，即所谓“桩压不到位”。对上述未达到双控的桩位，我们组织了相关检测单位对其进行了高应变检测，检测结果表明其动测承载力均超过了4400KN。桩侧阻力超过了3000KN，侧阻比重超过70％。具体检测数据见下表：是什么原因导致超过10％的桩位无法达到双控要求，而这些桩位经动测检测又能够达到极限承载力的要求？十分明显施工过程中没有实现双控的是桩尖入土深度没有达到设计要求，而压桩油压值均已达到4400KN以上。因此动测检测结果均能达到极限承载力就很自然了。其二，没有达到双控的桩位绝大部分出现在压桩施工后期，由于压桩产生土壤中的附加应力在一定程度上产生了影响，即所谓“土壤被挤实了”。其三，分析地质剖面，勘察单位认定了一个很薄的第8层，将原本力学性质比较接近的中细砂层划段为第7层和第9层。设计院根据有关规范要求，在桩尖处于不同地层中时必须满足“双控”。而实际上这个第8层可能不存在，或者由于前期的施工第8层的力学性质已经有所改善。在经验不足的情况下，设计院严格按有关规范执行，要求施工单位对所有没有达到双控的桩位进行了处理。具体方案是增加锚杆桩。在桩基承台适当部位预留压桩孔洞，待主体结构施工至3层以上时，以上部结构作为支撑反力，采用专门设备将预制方桩压入地基，以增强承载能力。1#楼为补强增设锚杆发生了10万多元的费用，前后历时一个多月，费时、费力、费财。在3#楼4#楼桩基施工的过程中，出现了与1#楼相同的情况，且表现更为严重。其中3#楼管桩97根就有67根单桩最终油压值达到设计要求，桩身入土深度未达到设计要求。即未达到双控条件，占70％。面对如此严重的局面，我们冷静的分析了1#楼、2#楼施工的经验教训，重新组织地勘部门对该区域进行了局部补勘和静力触探，结果显示排除了原勘探所认定的第8层，在认真进行大、小应变检测的基础上经与勘探及设计院共同认定，按原地质剖面划分认定为未达到双控的桩位，实际上是可按在同一土层中以油压值为主认定的规范要求来判定合格的。因此，3#楼4#楼未做锚杆补强处理，此举节约了近五十万元的处理费用和两个多月的施工时间。大楼建设过程中严格认真的沉降观察证明我们的判断是正确的。在1#楼桩基施工中我们还碰到一个十分棘手的难题。（1－7）轴与（1－8）轴承台与邻近的商业大楼距离较近，600T的静压桩机无法靠近进行压桩作业。原来试图用该设备的边桩器压桩，但压力值达不到4400KN的要求。经设计、勘探部门现场踏勘并邀请相关专家研究，我们共同商议决定此处的8根管桩改为Φ700的后压浆钻孔灌注桩，桩长32.5米，桩顶标高－6.95米，砼强度等级为C30。历经一个月的施工，顺利完成任务。经静载与大、小应变检测，均满足了设计要求。为了使灌注桩与静压管桩工作状态的一致性，我们还选定了一根临近的管桩同时进行静载及大、小应变检测并进行数据对比。具体结果见下表：单桩竖向抗压静载试验结果表编号标号入土桩长m最大试验荷值极限承载力残余沉降量(mm)(KN)沉降mm(KN)沉降(mm)1142（管桩）38.6440025.62440025.6214.122202（灌注桩）40.0440014.03440014.035.98高应变动力检测曲线拟合法分析对比表桩号最大打击力KN最大动位移mm动测承载力KN桩出侧阻力KN实测波速km/sKN%200(管桩)57235.6645023108.569%3.55209（灌注桩）57573.1746143257.771%3.02通过检测分析，灌注桩的承载力和静压管桩一样均可达到4400KN的极限承力的设计要求。灌注桩的实际极限承载力还有较大的富余，且桩侧摩阻明显高于管桩。在沉降调整过程中有较大内应力调整余地。经施工和施工结算表明，灌注桩施工周期较长，8根桩历经一个月施工，施工结算费用为14万元，与当时静压管桩的造价比较是管桩每延长米造价的2.34倍。本工程自始自终进行了严格认真的沉降观测1#楼为24层，累计观测时间为456天，从总共17次观测可知，最大累计沉降为-20.84mm，最小累计沉降为-15.32mm，最大差异沉降为5.52mm，最后三次沉降速率分别为-0.015