深层引孔技术在高层办公楼桩基中的应用研究

吴静

【摘要】本文结合某高层办公楼项目的桩基设计，由于场地条件中桩端持力层较深，沉桩需穿越密实且深厚的砂土，通过多方案比选，预应力管桩加深层引孔方案为该项目的桩基优选方案。

【关键词】深层引孔;高层桩基

1、工程概况

本高层办公楼项目主楼地上23层，总高度106.8m;裙房地上3层，高度为14.4m;地下两层大底盘车库。结构形式采用框架-核心筒结构，基础采用桩筏基础。

2、桩端持力层选择

根据勘探揭露地层情况，拟建建筑下分布⑧粉土夹粉砂层，土强度中等、压缩性中等，厚度大，埋深适中;⑩粉质黏土夹粉土层，土强度中等、压缩性中等，厚度大，埋深较大，因此，⑧、⑩层土可考虑作为本工程主塔楼的桩端持力层。

3、桩基初步选型

根据地质报告中所提供的土层分布和桩基参数，对该工程主塔楼的桩型进行分析和比选。

3.1方案一：钻孔灌注桩加后注浆

1.桩型特点：钻孔灌注桩优点在于，桩身整体性好，抗水平剪力及抗弯能力较强，施工机具简单，且为非挤土桩，能有效地保护邻近建筑和地下管线的安全。后注浆技术是灌注桩施工的一种改进工艺，能改善传统的泥浆护壁钻孔灌注桩桩底沉渣、桩侧泥皮对桩阻力的不利影响，有效地提高灌注桩的单桩承载力。缺点是施工周期较长，且造价比预应力管桩高。

2.可行性：根据地勘报告提供的桩基参数，直径800的普通钻孔灌注桩，桩长51m，桩端持力层为⑩号粉质粘土层，采用后注浆技术，单桩竖向极限承载力估算值8600KN，此方案单桩承载力较高，布桩方案可行。

3.2方案二：预应力管桩（普通引孔）

1.桩型特点：预应力管桩其优点在于，首先质量稳定可靠，有较高的强度和刚度，耐冲击，穿透能力强;其次管桩施工速度快，可缩短施工周期，且造价较低。缺点在于，预应力管樁为部分挤土桩，沉桩会对周围建筑物、地下管线及周边环境产生不利影响。

2.可行性：直径600的预应力管桩，桩长25m，桩端持力层为⑧层粉土夹粉砂层，由于沉桩时桩身需穿过中密至密实的④粉砂，沉桩困难，故需采取普通引孔措施，引孔深度19米，单桩竖向极限承载力估算值为3600KN。据此可估算核心筒区域需布置约122根桩，外围框架柱下需布置190根。由于部分挤土桩的群桩间距为4倍桩径，按照此桩距，主楼区域桩排布不下，故此方案由于单桩承载力过低，不可行。

3.3方案三：预应力管桩（深层引孔）

1. 桩型特点：同方案二。

2. 可行性：根据地勘报告提供的桩基参数，直径600的预应力管桩，桩长51m，桩端持力层为⑩号粉质粘土层，由于沉桩时桩身需穿过中密至密实的④粉砂和⑧层粉土夹粉砂层，沉桩阻力很大，引孔深度37m，单桩竖向极限承载力值为5800KN，估算核心筒区域需布置约70根桩，，外围框架柱下需布置108根，根据桩位平面布置，布桩方案可行。由于需要引孔深度达到37m，而普通引孔设备的引孔深度在20m以内，为了解决超深引孔的难题，考虑采用长螺旋引孔机进行引孔，这种方式既解决了引孔深度的问题，同时在引孔过程中对周围土体扰动也较小，不易产生塌孔、缩孔，能充分发挥管桩的承载力，故施工方案亦可行。

4、两种桩型承载性能对比

根据《建筑桩基技术规范》的经验参数法计算单桩竖向极限承载力。方案一钻孔灌注桩+后注浆，桩长51m，桩端持力层为⑩号粉质粘土夹粉土层，单桩竖向极限承载力估算值为8600KN;方案三预应力管桩+深层引孔，桩长51m，单桩竖向极限承载力估算值为 5800KN。方案一和方案三两种桩型比较，方案一每延米提供的承载力更高。

5、两种桩型施工可行性对比

5.1 方案一：钻孔灌注桩加后注浆

由于钻孔灌注桩的施工机具简单，且采用后注浆技术能改善传统的泥浆护壁钻孔灌注桩桩底沉渣、桩侧泥皮对桩阻力的不利影响，能有效地提高灌注桩的单桩承载力。缺点是施工周期较长，另外，④-2粉砂以及⑧层粉土夹粉砂土层中饱含地下水，容易出现稀释泥浆引起坍孔，或孔内沉渣增多等现象，对桩侧阻力及端阻力的发挥有影响。故施工可行，但需要严格控制施工质量。

5.2方案三：预应力管桩（超深引孔）

塔楼区工程桩以⑩粉质粘土层作为持力层，沉桩需穿过④-2粉砂层、⑧粉质粘土夹粉砂，根据地勘报告静力触探曲线，这两层土工程性质良好，但沉桩阻力较大，因此引孔需要穿过这两层土，最大引孔深度37m。由于普通引孔设备的引孔深度均在20m以内，因此该方案引孔采用在三轴搅拌桩机基础上改装的长螺旋引孔机，最大引孔深度能达到38m。该引孔机采用大扭矩动力头带动长螺旋钻杆钻头，干式钻进成孔，在钻进过程中使一部分土体挤压到孔壁上，起到护壁的作用。大部分土体随着螺旋叶片的钻进，被包裹在钻杆周围形成土圆柱，提升时从孔中带出。保证了成孔的完整性，以减小引孔对原状土的扰动，从而能充分发挥桩承载力，故施工可行。

6、两种桩型经济性对比

方案一：Ф700灌注桩+后注浆，总桩数120根，总桩长6120米，桩每延米造价800元，桩总造价489.6万元;

方案三：Ф600预应力管桩+超深引孔，总桩数178根，总桩长9078米，桩每延米造价300元，桩总造价272.3万元;

故方案一的桩基总造价为489.6万，而方案三的桩基总造价为272.3万，方案三桩基总造价比方案一节省约44%，具有明显的经济优势。

结语：

综合考虑本高层办公楼项目荷载大、场地中下部有难以穿越的砂层土等因素，经桩承载能力、施工可行性、经济性多方面的对比，方案三预应力管桩加深层引孔方案为该项目的桩基优选方案，采用长螺旋引孔机解决了深层引孔的难题，且引孔过程中对周围土体扰动较小，有效地保证了单桩承载力的充分发挥，是优选的桩型。

参考文献：

[1]曹小军.某大型储罐工程岩土勘察研究[J].西安建筑科技大学，2016（10）.

[2]冯林传，赵振.贵德盆地地热井井内热交换工艺应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程）2016（10）250-25.