结合实例探讨钢管桩在处理溶洞桩基中的施工处理及应用

廖定威

摘要: 本文笔者结合工程实例对岩溶处理方法优劣性的对比，认为在施工中遇到前期未查明的大溶洞，应选择钢管桩对其进行处理，并提出了钢管桩在溶洞处理中的设计方案和施工要求。

关键词: 钢管桩；溶洞；设计；布桩；施工要求

Abstract: in this paper the author combined with the engineering practice in karst processing method of quality of contrast, think that in the early encountered in the construction of the large water-eroded cave is not find out, should choose the steel pipe pile on the processing, and put forward the steel pipe piles in the cave in the processing of design and construction requirements.

Key words: steel pipe pile; Cave; Design; Cloth pile; Construction requirements

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

广西某高层建筑工程，地下室1层，基坑开挖深度为6.5m。地基土主要由冲积砂层、残积粉质粘土、灰岩组成，地下水位1.0m。因为基岩埋藏较浅，基础设计为人工挖孔桩。G9#、G10#桩设计桩长3.50m，桩径G9#桩为1300mm，G10#桩为1500mm。当挖至4.4m 达到基岩面时，因为溶洞无法按原设计继续施工，经超前钻孔探明G9#桩位以下5.20m～8.60m 处有溶洞,最大溶洞高度为2.10m；G10#桩位以下5.50m～21.40m 有溶洞,最大溶洞高度为15.90m(如图1 所示)。应业主要求对这两根桩进行加固处理。

图1 溶洞剖面图

2 岩溶处理方法选择

岩溶处理方法有多种：①钻孔桩：该工程基坑已开挖，桩靠近基坑边，施工条件不允许。②灌浆法：由于溶洞大，溶洞走向不清楚，基坑已开挖，地下水位下降，有水压力，灌浆会流失，无法灌到位，处理效果不好。③钢管桩：可靠性大，施工设备及工艺较简单，对工期影响不大。

经计算、对比，考虑安全、经济等方面的因素，选择采用钢管桩进行加固处理。

3 钢管桩设计

（1）按CECS28：90《钢管混凝土结构设计与施工规程》提供的承载力计算公式，单根承载力计算公式为：

采用φ127×10mm 20#无缝钢管，C30 混凝土，则钢材强度fa 取255MPa，混凝土轴心抗压强度fc 取15MPa ， 钢管截面积= 3.14× (127 ÷ 2)2 − 3.14× (107 ÷ 2)2 = 3674 a A mm2 , 管内砼截面积

AC= 3.14× (107 ÷ 2)2 = 8987 c A mm2。

（2）按材料力学公式计算，钢材强度设计值fa 取255N/mm2，单桩承载力设计值按下式计算：

式中：K 为安全系数，取K=2；Aa=3674mm2。

计算得：R=468.4KN。

压杆稳定性验算，按下面步骤进行，先求临界压力Pcr：

惯性矩I 为：

钢材的E=210GPa，l 取2.30m,则求出临界压力为：

临界压力与工作压力之比,为压杆的工作安全系数,即：

一般规定nst=3～5，取单根钢管桩的承载力设计值R=450KN，则n=3.1，压杆稳定。G9#桩单桩承载力设计值为11300KN，需钢管桩数n=11300/450=26 根；G10#桩单桩承载力设计值为15400KN，需钢管桩数n=15400/450=35 根。

（3）钢管桩属于嵌岩桩，可根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）中关于嵌岩桩单桩竖向承载力标准值进行计算。当根据室内试验结果确定单桩竖向极限承载力标准值时，按下式计算：

Qsk、Qrk、Qpk：土的总极限侧阻力、嵌岩段总极限侧阻力、总极限端阻力，其中Qsk=0；

frc：岩石饱和单轴抗压强度标准值，对本地灰岩frc=50MPa；

hr：桩身嵌岩深度，本工程取hr=1.0m；

sζ、pζ：嵌岩段侧阻力和端阻力修正系数，查表得sζ=0.050、pζ=0.00。

Quk = 3.14× 0.127 × 0.050×50000×1.0 = 997 KN

钢管桩单桩竖向承载力标准值取极限承载力标准值的一半，fk=498.5KN。

（4）布桩

根据上面几种方法计算，结果均较为接近。依据排桩及上述计算结果，G9#桩布29 根钢管桩，G10#桩布37 根钢管桩，共布置66 根钢管桩。桩长根据具体的地质情况确定。

钢管桩的布置如图2 所示（周围均布，径向为梅花型）。

G-9#桩加固平面图 G-10#桩加固平面图

图2 钢管桩布置剖面图

4 钢管桩施工要求

（1）采用XY-1 型钻机φ130 合金钻头（外出刃＜1mm）清水钻进，钻机要安装水平、调正，以保证钻孔的垂直度偏差在1%以内；

（2）孔深达溶洞底1.0m～2.0m 或按设计要求孔深时，要彻底清孔，排除孔底岩粉和沉渣；

（3）下入的钢管端头要与轴线垂直，必要时应对端面进行加工，以保证其垂直度，凡下入深度超过单根长度的钢管可采用丝扣加焊接的方法进行连接；

（4）下入孔内的钢管管外应进行防锈处理，管内注入425#普硅水泥0.45 水灰比的纯水泥浆；

（5）对于G10#桩，因溶洞大，为满足压杆稳定的要求，应在钢管下入后在管位适当位置施工1～3 个φ89 孔，孔深一般打穿溶洞顶板即可，可做成投砾石孔，投入8～10mm 细砾石，以填满溶洞为止，并从孔底压注纯水泥浆（加入0.3%～0.5%的三乙醇胺和3%～5%的氯化钙）；

（6）为保证工程质量，选用的无缝钢管应有合格证，必要时应进行抗压试验。采用的水泥应有出厂合格证，并要对其进行取样化验。

5 总结

岩溶处理是一项复杂的技术，不同的地质、不同的施工条件，岩溶处理的方法应不一样。钢管桩抗冲击性能强，接桩方便，施工质量稳定，能根据持力层深度起伏变化，灵活调整桩长，特别适用于溶洞、溶沟基岩面起伏变化大的岩溶地区。采用钢管桩进行加固，能避免前期工作的浪费，取得好的经济效果，应该说是合理、经济、安全的。

参考文献：

[1] 文晓芳.小型钢管桩在处理溶洞中的应用及探讨[J].科技资讯,2008(18):44-46.

[2] 顾晓鲁等.地基与基础[M].3 版.北京:中国建筑工业出版社,2003:511.

[3] 中国建筑科学院.建筑桩基技术规范(JGJ94-94)[S].批准单位:国家建设部,1995-0701.

[4] 哈尔滨建筑工程学院与中国建筑科学院.CECS28:90 钢管混凝土结构设计与施工规程[S].批准单位:中国工程建设标准化协会,1990-11-05:8.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。