朱晶晶，陳念軍，韋 華，葛海明，陸偉崗

(江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 211102)

靜壓法施工是通過(guò)靜力壓樁機(jī)自重及樁架上的配重反力將預(yù)制樁壓入土中的沉樁工藝。靜壓法施工具有噪音小、振動(dòng)小、施工速度快、沉樁精度高、成本低、對(duì)周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，適用于對(duì)噪音有限制的市區(qū)作業(yè)。但是靜壓法施工對(duì)上部地基土層要求較高，穿越堅(jiān)硬、密實(shí)的土層困難較大；一般情況下，適用于高壓縮性黏土層或砂性較弱的軟黏土層，當(dāng)樁需要貫穿一定厚度的砂性土夾層時(shí)，須結(jié)合壓樁力及土層的力學(xué)指標(biāo)、埋藏條件等綜合確定。對(duì)于海灘與丘陵過(guò)渡帶的復(fù)雜地質(zhì)條件，層位不穩(wěn)定，部分土層缺失，同時(shí)局部土層夾有珊瑚礁等，靜力壓樁過(guò)程中容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

1 工程概況

該電廠位于菲律賓棉蘭老島伊利甘市，場(chǎng)地為海灘與低山丘陵地貌的過(guò)渡地帶，地形起伏較為破碎。廠址對(duì)應(yīng)的地震動(dòng)峰值加速度為0.40 g，相當(dāng)于地基基本烈度Ⅸ度。地基巖土主要是第四系全新統(tǒng)－上更新統(tǒng)海積、坡積成因的粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏性土、礫質(zhì)黏性土、粉砂、粗砂、礫砂、角礫、塊石等。層1為松散的素填土或稍密的雜填土等，層2為沖積成因的軟塑的粉質(zhì)黏土、松散的粗砂等，層3為海積成因的流塑的砂質(zhì)黏性土、軟塑的礫質(zhì)黏性土、稍密－中密的粉砂和可塑的礫質(zhì)黏性土等，層4為海積成因的砂性土，其中層4-1為稍密的角礫、層4-2為稍密的粉砂、層4-3為中密的礫砂，層5-1為密實(shí)的塊石。

場(chǎng)地地基土層2-2粗砂，局部地區(qū)為中等液化，在采用無(wú)填料振沖處理的基礎(chǔ)上，預(yù)制樁可擠密粗砂層，從而減小液化，同時(shí)該電廠為總承包工程，基礎(chǔ)費(fèi)用有限，經(jīng)綜合考慮，廠區(qū)樁基采用預(yù)制鋼筋混凝土實(shí)心方樁。此外，工程位于伊利甘市鬧市區(qū)，民族關(guān)系較為復(fù)雜，為避免影響周邊居民的生活，采用靜壓法壓樁。預(yù)制方樁截面尺寸為450 mm×450 mm。樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為12 m、13 m、17 m和19 m四種類型。

2 施工工藝

2.1 壓樁機(jī)械及工序

壓樁方式采用抱壓式，通過(guò)抱壓千斤頂將樁箍緊，再借助壓樁千斤頂(以壓樁機(jī)自重和配重為反力)在樁身施加向下的力，把樁逐漸壓入土中。

靜力壓樁機(jī)主要由導(dǎo)向架、支腿平臺(tái)、夾樁機(jī)構(gòu)、輔助工作機(jī)、液壓機(jī)電氣系統(tǒng)、鑄鐵配重、長(zhǎng)船短船行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成。樁機(jī)型號(hào)為ZYC600P。

靜壓樁的常規(guī)施工程序見(jiàn)圖1。本工程通過(guò)灌注環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行接樁，高低應(yīng)變測(cè)試顯示，其對(duì)樁體完整性和承載力影響不大。

圖1 靜壓法施工工序

3.2 壓樁順序

工程中秉承精細(xì)化設(shè)計(jì)理念，主廠房地段汽輪機(jī)座為樁筏基礎(chǔ)，廠房其他區(qū)域結(jié)合上部結(jié)構(gòu)荷載特點(diǎn)及地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)為單樁、兩樁承臺(tái)、四樁承臺(tái)、五樁承臺(tái)、六樁承臺(tái)、七樁承臺(tái)、九樁承臺(tái)等承臺(tái)型式，樁間距為2.25 m或1.80 m。

圖2為主廠房樁位縱橫軸線分布示意圖。持力層空間分布情況為：從第1軸線向第7軸線，層5-1埋深越來(lái)越淺，從C排向A排，層5-1埋深越來(lái)越深，整體呈現(xiàn)楔形分布。因此6、7軸線樁長(zhǎng)一般為13 m，綜合考慮上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，C排和B排樁長(zhǎng)一般為19 m。汽輪機(jī)座為防止不均勻沉降，采用樁筏基礎(chǔ)，根據(jù)鉆孔剖面進(jìn)行線性插值，樁長(zhǎng)設(shè)置為17 m。

本工程優(yōu)先施工C排和B排，考慮到承臺(tái)群樁數(shù)量最多為9根，擠土效應(yīng)不會(huì)很明顯，因此忽略了承臺(tái)群樁數(shù)量因素，施工時(shí)壓樁機(jī)行走路線為S形，同時(shí)可避免因樁機(jī)多次行走擾動(dòng)地面土層，使地面沉陷。汽輪機(jī)座樁間距為1.8 m，相對(duì)較小，因此施打過(guò)程中，從中間向兩邊進(jìn)行。

圖2 主廠房樁位軸線示意圖

2.3 壓樁控制

基樁壓入過(guò)程以標(biāo)高控制為主、終壓力控制為輔。穩(wěn)壓壓樁力不得大于最大終壓力。若已達(dá)最大終壓力而未達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，需終止壓樁。結(jié)合試樁和詳勘報(bào)告，最大終壓力值為3500 kN。

基樁施打過(guò)程中，采用信息化施工手段，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有地質(zhì)工代一名，工程施工管理人員一名，同時(shí)建立技術(shù)討論群，及時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)施工情況和遇到的問(wèn)題跟設(shè)計(jì)反饋，設(shè)計(jì)結(jié)合地質(zhì)剖面及已有壓樁情況，綜合考慮壓樁順序，分析持力層空間走向，討論是否需要進(jìn)行引孔并確定引孔深度，引孔和壓樁同時(shí)進(jìn)行，避免了引孔對(duì)施工進(jìn)度帶來(lái)的影響。

遇到下列情況時(shí)應(yīng)暫停壓樁，向設(shè)計(jì)反饋：①出現(xiàn)首根壓樁無(wú)法壓到設(shè)計(jì)標(biāo)高；②壓力值突然下降，沉降量突然增大；③樁身混凝土剝落、破碎；④引孔后仍無(wú)法壓樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

壓樁過(guò)程中不宜中途停頓，在壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高處，以穩(wěn)定壓力再進(jìn)行復(fù)壓，直至沉降穩(wěn)定。

2.4 引孔技術(shù)

持力層5-1起伏較大，同時(shí)上部土層夾珊瑚灰?guī)r碎屑，為防止沉樁過(guò)程中出現(xiàn)偏移或傾斜，壓樁無(wú)法壓到設(shè)計(jì)標(biāo)高，采用螺旋鉆進(jìn)行引孔。每個(gè)承臺(tái)第1根樁施打后及時(shí)調(diào)整承臺(tái)的壓樁順序，確定需引孔樁位，引孔直徑為400 mm，引孔深度為樁底標(biāo)高以上1 m，局部區(qū)域引孔至0.5 m，然后再進(jìn)行靜壓法壓樁，該工法稱為“植樁”。主要特點(diǎn)是引孔深度深，可消除或減小擠土效應(yīng)。植樁施工工序見(jiàn)圖3，引孔機(jī)型號(hào)為YTZ26。

長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭采用2臺(tái)75 kW的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)鉆進(jìn)至堅(jiān)硬土層，電機(jī)電流超過(guò)160 A接近200 A時(shí)，減緩鉆進(jìn)速度，防止燒毀電機(jī)卡鉆。

當(dāng)鉆至終孔深度時(shí)，一般不停鉆和反鉆，依然采用正轉(zhuǎn)1 min后提鉆。提鉆過(guò)程中，由專人清理鉆具上的泥土，防止提升至半空中落下傷人，同時(shí)由地質(zhì)人員對(duì)取出的土進(jìn)行野外識(shí)別，對(duì)照勘察報(bào)告，結(jié)合引孔時(shí)間，判別土層特性，分析持力層的變化，并反饋設(shè)計(jì)，共同確定引孔樁位。

圖3 植樁施工工序

3 效果檢測(cè)

3.1 壓樁力

圖4為選取典型基樁樁位布置示意圖，其中#2，#12，#63，#78四根樁位引孔后壓樁，其余7根樁為未引孔樁。

圖4 典型基樁樁位布置示意圖

圖5和圖6分別給出引孔樁壓樁力和未引孔樁壓樁力與入土深度的關(guān)系。從圖中可以看出，引孔后壓樁力在20 m前均較小，主要原因是淺部土層為松散－稍密的粗砂層，孔隙較大，樁體易貫入，隨著貫入深度的增加，樁周砂土受到擠壓外排而密實(shí)，沉樁阻力隨著貫入深度的增加而增大。20 m后樁體進(jìn)入層4-3中密的礫砂層，壓樁力陡然增加。引孔樁均達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)高。對(duì)于未引孔樁，12 m～20 m之間的壓樁力較大，可能是樁體穿越可塑狀的礫質(zhì)黏土層，進(jìn)入中密的礫砂層，樁尖阻力增加，導(dǎo)致沉樁阻力增加。

圖5 引孔樁位壓樁力與入土深度的關(guān)系

圖6 未引孔樁位壓樁力與入土深度的關(guān)系

#63和#78號(hào)樁最后2 m的壓樁力降低，該兩根樁進(jìn)入持力層5-1的深度為1.3 m，引孔至樁底以上0.5 m，可能是引孔擾動(dòng)了持力層，導(dǎo)致塊石之間的間距擴(kuò)大，從而導(dǎo)致樁端阻力降低。而未引孔樁#57和#173最后2 m的壓樁力也降低，經(jīng)低應(yīng)變測(cè)試判斷，樁身完整，可能的原因是樁尖穿透中密的礫砂層，進(jìn)入塊石層時(shí)壓樁力略有降低，同時(shí)壓入層5-1塊石間隙，樁端阻力相對(duì)較小，從而導(dǎo)致壓樁力降低。

3.2 完整性分析

主廠房區(qū)域212根樁，完成低應(yīng)變45根，其中35根Ⅰ類樁，9根Ⅱ類樁，1根Ⅳ類樁。Ⅰ、Ⅱ類樁占比98%。說(shuō)明工程樁的施工質(zhì)量得到了有效控制。Ⅱ類樁中3根為引孔樁，6根為未引孔樁。Ⅳ類樁采集曲線見(jiàn)圖7。

圖7 Ⅳ類樁低應(yīng)變曲線

從曲線可以看出，樁身在7 m左右存在嚴(yán)重缺陷，在14 m左右出現(xiàn)二次反射，在21 m左右出現(xiàn)三次反射，因此判為Ⅳ類樁。后對(duì)該樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，當(dāng)加載量達(dá)到2100 kN時(shí)，無(wú)法繼續(xù)加載，且樁體不斷下沉，判斷該樁為斷樁。在后續(xù)的工程樁施工工程中，對(duì)制樁過(guò)程嚴(yán)格把控，確保樁身質(zhì)量。

3.3 單樁抗壓承載力

由于現(xiàn)場(chǎng)條件制約，本工程采用高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試檢測(cè)單樁抗壓承載力。樁在沖擊力的作用下，樁身材料中產(chǎn)生壓應(yīng)變、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)和應(yīng)變的傳播，同時(shí)產(chǎn)生樁身相對(duì)于樁周土的位移。通過(guò)安裝在樁身上的應(yīng)變式力傳感器和加速度傳感器，采集到隨時(shí)間變化的樁身應(yīng)變和樁身各部分質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的曲線。對(duì)曲線進(jìn)行CAPWAP分析，從而得到樁土參數(shù)與樁的極限承載力。

本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，結(jié)合試樁結(jié)果，確定基樁休止時(shí)間為25 d。對(duì)主廠房區(qū)域11根樁進(jìn)行了測(cè)試，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 高應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果匯總

從表1中可以看出高應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求，主廠房區(qū)域基樁豎向抗壓承載力平均值為3096 kN，說(shuō)明工程樁施工質(zhì)量較高。

3.4 終壓力與承載力的關(guān)系

表2將終壓力和單樁承載力從概念、性質(zhì)、數(shù)值大小及作用效果四個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比。

表2 終壓力與單樁承載力對(duì)比

從表2可以看出，靜壓樁的終壓力與單樁豎向抗壓承載力相互關(guān)系的因素比較復(fù)雜，難以定量反映出兩者的關(guān)系。林本海等研究樁周土對(duì)承載力的影響，關(guān)系式為Qu＝αPu，其中α為效應(yīng)系數(shù)，Qu為承載力，Pu為終壓力。其分析了101根靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出經(jīng)驗(yàn)公式：

本工程按照此統(tǒng)計(jì)方式，分別建立了終壓力與單樁豎向極限承載力的經(jīng)驗(yàn)公式。圖8和圖9為終壓力與承載力的關(guān)系圖。

圖8 L≤15 m樁終壓力與承載力的關(guān)系

圖9 L＞15 m樁終壓力與承載力的關(guān)系

圖中方框?yàn)橹矘斗o壓樁的單樁承載力值，其值與其他樁接近，且均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，說(shuō)明該施工工法并不會(huì)影響單樁抗壓承載力。當(dāng)樁長(zhǎng)為9.5 ～15 m時(shí)Qu＝1.37Pu，相關(guān)系數(shù)為 0.75；當(dāng)樁長(zhǎng)為 17 ～ 22 m時(shí)，Qu＝1.21Pu，相關(guān)系數(shù)為0.72。相關(guān)系數(shù)為0.72～0.75，說(shuō)明該經(jīng)驗(yàn)公式具有一定的可信度。但是效應(yīng)系數(shù)均比林本海等的研究結(jié)果高，主要原因是本工程中壓樁機(jī)最大壓樁力僅有3500 kN，導(dǎo)致部分基樁在壓樁過(guò)程中未能完全刺入持力層，樁體未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，終壓力值偏低，同時(shí)持力層為塊石層，樁體壓入塊石層間隙時(shí)會(huì)導(dǎo)致終壓力偏低，從而導(dǎo)致效應(yīng)系數(shù)偏大。場(chǎng)地持力層不穩(wěn)定，且?jiàn)A層較多，導(dǎo)致終壓力與單樁豎向抗壓承載力數(shù)據(jù)相對(duì)比較離散。但仍可通過(guò)終壓力粗略估算單樁承載力，從而動(dòng)態(tài)指導(dǎo)施工。

從圖中還可看出，當(dāng)壓樁終壓力大于1000 kN時(shí)，一般單樁豎向抗壓承載力檢測(cè)值均較大，因此以后工程中遇到終壓力大于1000 kN，可降低承載力檢測(cè)比例，或僅做完整性檢測(cè)；對(duì)于終壓力小于1000 kN的基樁，宜適當(dāng)提高承載力檢測(cè)比例。

4 控制措施分析

靜壓樁屬于擠土樁，壓樁機(jī)提供豎向壓力，樁尖刺入地基土層，使土體產(chǎn)生沖剪破壞，破壞原狀土的原始應(yīng)力狀態(tài)，擾動(dòng)土體結(jié)構(gòu)。當(dāng)樁尖處土體所受的壓力超過(guò)其抗剪強(qiáng)度時(shí)，土體發(fā)生急劇變形，形成塑性破壞，樁尖下土體被向下和側(cè)向壓縮擠開(kāi)。沉樁完成后，樁周土體中的超孔隙水壓力逐漸消散，土體發(fā)生固結(jié)，土體的抗剪強(qiáng)度及側(cè)摩阻力逐步恢復(fù)和提高，從而使樁獲得較大的承載力。因此在壓樁過(guò)程中不宜停頓，一旦發(fā)生停頓會(huì)導(dǎo)致土體密實(shí)度增加，樁周的側(cè)摩阻力增長(zhǎng)。

本工程主要持力層為中密的礫砂和密實(shí)的塊石，在壓樁過(guò)程中，砂粒之間發(fā)生擠密咬合作用，在沉樁完成后砂粒間會(huì)產(chǎn)生一定的相對(duì)位移，顆粒重新排列，單樁承載力略微降低，因此在施工過(guò)程中，宜以穩(wěn)定壓力復(fù)壓一次，以消除砂層的松弛效應(yīng)。

植樁靜壓法主要目的是使樁壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高，控制截樁量，同時(shí)可確保樁體的抗拔力。預(yù)鉆孔至樁底標(biāo)高以上0.5 m，破壞土體的結(jié)構(gòu)性，減小土體水平向擠土效應(yīng)，同時(shí)可復(fù)核勘察報(bào)告，驗(yàn)證持力層的空間分布，合理規(guī)劃壓樁順序，安排引孔工作，從而確保靜壓樁的施工質(zhì)量。

復(fù)雜地質(zhì)條件增加了壓樁的困難，持力層的不穩(wěn)定，導(dǎo)致開(kāi)挖后可能出現(xiàn)“樁林”，因此采用信息化施工尤為重要。嚴(yán)格把控施工過(guò)程，設(shè)計(jì)、勘察、現(xiàn)場(chǎng)管理和檢測(cè)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)零距離溝通，及時(shí)分析并指導(dǎo)下一步工作，把問(wèn)題控制在壓樁過(guò)程中，在總承包工程項(xiàng)目管理中值得推廣。

5 結(jié)論與建議

(1)信息化施工，靈活設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，合理安排沉樁順序，充分利用互聯(lián)網(wǎng)，群策群力，統(tǒng)籌管理，可有效控制靜壓樁施工質(zhì)量。

(2)植樁靜壓法可顯著減小水平向擠土效應(yīng)，易使工程樁壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高，從而有效控制截樁量，節(jié)省造價(jià)，確保施工質(zhì)量。

(3)研究壓樁力隨深度的變化規(guī)律，探討終壓力與單樁承載力之間的相互關(guān)系，可指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工，從而進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。

(4)本工程海灘與丘陵過(guò)渡地帶，單樁承載力檢測(cè)值是壓樁終壓力的1.2～1.4倍。數(shù)據(jù)相對(duì)離散，有待進(jìn)一步研究。

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