PHC管桩穿越复杂卵石岩层的施工技术研究

宋 顺

中交三航局兴安基建筑工程有限公司 上海 201315

1 工程概况

宁德金马小区保障性安居工程位于宁德市学院路以南、温福高铁以西、拟建金马路以东和拟建万广路以北地块，总用地面积为58 067 m2，总建筑面积为195 328 m2，由5 栋18 层、5 栋30 层高层住宅楼及其他多层公建配套设施组成，其中5 栋18 层住宅楼采用PHC管桩基础，上部为剪力墙结构。本次研究对象为5#楼、7#楼，共18 层，层高2.8 m，PHC管桩基础，采用锤击施工法沉桩。

2 桩基设计

桩基设计为：5#楼共127 根，7#楼共112 根，桩型为PHC 600AB 110，桩径600 mm，桩长30～37 m，桩尖持力层为强风化花岗岩。单桩竖向抗压承载力2 200 kN。沉桩方式为锤击桩，接桩方式为焊接，沉桩控制以贯入度为主[1]，最后贯入度为20～40 mm/10 击，辅以标高控制。

3 地层状况

《宁德市金马小区保障性安居工程二期岩土工程勘察报告》显示，整个拟建场地均分布有中砂卵石，其厚度、强度变化较大，且中砂卵石层主要由粒径20～120 mm的卵石组成，局部岩性为漂石，粒径高达500 mm。该层厚度变化较大，揭露层厚为1.90～16.90 m，平均厚度为9.42 m，重型动力触探试验实测锤击数N63.5为2.0～79.0 击/10 cm，修正锤击数N'63.5为1.4～46.2 击/10 cm，该层强度变化很大。同时该层呈稍密-密实状态，沉桩时可能产生严重的挤密效应。上述因素对锤击桩顺利穿越卵石层带来极大的不确定性。

在残积砂质黏性土和全风化花岗岩中局部有孤石存在。

4 研究方法

该项目5#楼与7#楼桩基设计参数基本一致，仅在管桩的数量上有所区别，且在地理位置上相邻较近。通过比对2 栋楼所处位置的地质勘查报告，笔者发现二者的地质特征较为接近。基于上述因素，5#楼沉桩施工中出现的异常现象及其处理经验可用于指导7#楼的沉桩施工，以提高7#楼的沉桩成功率，尽量避免发生补桩、桩身破坏等现象，实现质量、工期、成本的“三赢”。

5 5#楼管桩施工中的沉桩异常表现

5.1 桩顶无法穿透④层土层中砂卵石层

5#楼共有20 根桩无法穿透中砂卵石层，这10 根桩的平均锤击数在近2 000 锤，最后3 阵桩锤采用3挡能量，停锤贯入度为每击3 mm左右，且桩基反弹显著，难以继续打入，桩尖绝对标高分布在－30.38～－18.65 m的范围内，根据地勘报告测算，均停留在中砂卵石层中。无法成功穿透的管桩比率为15.7%。

5.2 桩头破碎

沉桩中，共有8 根桩发生桩头破碎现象，一般破碎之初仅1 个棱角先破坏，随后发展为2 面、3 面，遂停止施工。桩头破碎的管桩比率为6.3%。

5.3 引孔后沉桩施工贯入度突然加大

现场对无法穿透卵石层的桩进行了引孔补桩。引孔后，在锤击施打时，出现有6 根管桩贯入度突然加大现象，现场打桩工人认为是桩身发生断裂的现象，因此收锤不再施打，后经小应变检测，有4 根管桩桩身并未断裂，继续复打后达到停锤标准。其间，有2 根发生断桩，引孔后锤击施工发生断桩比率为10%。

6 沉桩异常分析与处理措施

6.1 增强穿层能力

原设计提出“桩进入持力层有困难时，可考虑桩尖处采用锥形”，针对工程项目所处区域中砂卵石层较厚的地质特征，施工单位经过对当地市场管桩的多方比选，发现一种名为“带锥形桩尖的打头管桩”的产品，是先将锥形桩尖预制成型，再将其与桩身浇筑为一体，极大强化了锥形桩尖与管桩的整体连接，比之传统锥形钢桩尖，其穿透力强、整体性好。

6.2 增加冲击能量

5#楼施工采用的是DF62型打桩锤，但发现沉桩施工中穿过卵石层的成功率较少。《预应力管桩图集》中提到：管桩直径为600 mm的可选用柴油锤型号包括60～62、72。根据现场实际情况，与各方沟通后，在7#楼施工中决定采用DF72型筒式柴油打桩锤并采用重锤轻打的方式，以适当增加锤击能量[2]。现场在采用DF72型打桩锤后，因锤型较重，一般在施打的时候仅采用2 挡能量，确保实现重锤轻打。

6.3 加密勘察点

本楼原始地下勘察点较少，仅有8 个点，两点间的平均距离约为15 m，较为稀疏。勘察单位认为本场地工程地质条件较为复杂，各持力层层面起伏较大，为进一步摸清中砂卵石层的厚度，经各方沟通后决定现场加密勘察点，共均匀布置了另外4 个勘察点。根据勘察报告，12 个点中测出中砂卵石层厚度共有5 处超过10 m，其余7 处低于10 m。

6.4 根据卵石层厚度选不同的沉桩方案[3-6]

根据5#楼的沉桩经验，结合地勘报告的数据，现场决定对中砂卵石层厚度超过10 m的区域进行先引孔后沉桩，对于卵石层厚度小于10 m的区域采取直接锤击施打的方法，如无法穿透则在附近位置再进行引孔补桩。

6.5 采取引孔措施

本项目中砂卵石层厚度超过10 m的区域共有10 根桩，另外也有直接锤击施打已达到贯入度20～40 mm/阵的停锤标准，锤击数均接近2 000 锤，仍无法穿透中砂卵石层的10 根桩，经施工方与设计单位等四方沟通，决定对这20 根桩进行引孔补桩。

（a）基本工艺[7]。结合现场的实际情况，本项目采用1 台GPS-15型工程钻机进行引孔施工，钻头采用合金钻头，钻头Φ450 mm，成孔后钻孔Φ470 mm，为防止引孔直径偏大影响管桩侧摩阻力的发挥，采用了泥浆护壁回转钻进方法，引孔深度以穿透④层土层中砂卵石层为限，再进行锤击桩施工。

（b）由于中砂卵石层中局部含有漂石，粒径 500 mm，故在引孔设备的选用上，再备选GPS-18型钻机、GPS-20型钻机各1 台。

（c）防止引孔后因孔斜出现断桩现象。引孔后沉桩施工发生断桩的常见原因是引孔时垂直度控制不良。故在引孔施工过程中即要紧密关注钻杆是否垂直，及时进行校核，同时应用线锤配合钢尺检验成孔的垂直度，将引孔垂直度偏差控制在1%。

6.6 防止桩头破碎措施

（a）查看桩身是否有裂缝及桩头法兰盘下是否有空鼓。桩身质量存在缺陷也会造成桩头的破碎，故现场很注重对桩身质量的进场验收，发现裂纹则立即联系管桩供应单位进行退换[8]。桩头法兰盘下的混凝土是否密实也直接关系到桩头的受力性能，现场采用敲击法对桩头法兰盘下铁皮部位的混凝土进行空鼓检查，发现有空鼓者立即替换，从桩身裂纹和桩头空鼓2 方面杜绝桩头破碎的发生。

（b）合理选择桩垫，经常检查桩垫的完整性。桩头如果和桩帽直接“硬碰硬”接触、不设减震弹性材料，桩头则极容易被打碎。现场采用硬纸板作为桩垫减震材料，经锤击压实后其厚度控制在12 cm左右。由于锤头的冲击力很大，桩垫很容易被打碎，如果长期不更换，桩垫就会结块变形、高低不均、失去弹性。因此，施工管理人员经常会在桩锤被放到邻近地面处时，查看桩帽内的桩垫材料是否完好，不允许桩垫带“病”工作。

（c）严格把控沉桩的垂直度控制，高度重视第1节桩的垂直度。桩身垂直度如果存在偏差，桩顶端面与打桩锤的接触面积就会减少，锤击偏心会导致应力集中，桩头仅有1 个点受力，桩头就容易被打碎，因此桩身倾斜也是造成桩头破碎的重要原因。为此，施工单位特别关注第1节桩的垂直度，采用2 台视线成90°的经纬仪进行垂直度控制。

7 处理结果

（a）沉桩的施工表现。7#楼对中砂卵石层厚度在10 m以内所在区域的桩直接进行锤击施工，共90 根，其中共3 根无法穿透卵石层，后进行引孔补桩；对中砂卵石层厚度在10 m以上所在区域的桩先引孔后锤击沉桩，共22 根，其中有2 根贯入度发生突变，经小应变检测后，桩身并未断裂，继续复打后最终达到停锤标准[9]。综上，无法穿透卵石层的桩在总桩数中所占比率从15.7%降至2.68%，桩头发生破碎的桩在总桩数所占比率从6.3%降至0.09%，引孔后锤击沉桩发生桩身断裂的桩在引孔桩数中所占比率从10%降至0。

（b）试验结果。桩基完成之后，共4 根桩进行静载试验，其中1 根为引孔后进行锤击施工的桩（A型），1 根为引孔后贯入度突变后经复打后达到停锤标准的桩（B型），另外2 根为直接进行锤击沉桩施工的桩（C型），经静载试验该4 根桩均能够符合设计要求，达到设计最终加载极限值3 800 kN，在最大荷载作用下桩顶沉降小于40 mm，且没有明显沉降增大的现象。

8 结语

当在PHC管桩沉桩施工中遇到较为复杂的地质情况时，应综合分析地质勘察报告、现场沉桩施工表现，针对不同类型的异常情形，提出相应的解决方案，“一把钥匙开一把锁”，才能使问题得到有效解决。本工程因地下中砂卵石层较为复杂，前期施工中发生多种类型的沉桩异常，后通过具有较强针对性的技术措施，使沉桩成功率有效提升，桩身破碎率显著下降，实现了在面对复杂地质情况时成本、质量、工期的“三赢”。