〔摘 要〕以國內(nèi)某新建冶煉廠為例，根據(jù)該廠擬建場地巖土工程勘察報(bào)告，提出機(jī)械旋挖成孔灌注樁、長螺旋鉆孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁和內(nèi)夯沉管夯擴(kuò)樁4種樁基方案，并分別對4種樁型的優(yōu)缺點(diǎn)、承載力及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行對比和分析。對比分析結(jié)果認(rèn)為，選擇600的長螺旋鉆孔灌注樁為主要樁型，局部荷載比較大的廠房、樁長超高30 m的廠房采用600的旋挖灌注樁。

〔關(guān)鍵詞〕樁基方案；機(jī)械旋挖成孔灌注樁；長螺旋鉆孔灌注樁；預(yù)應(yīng)力管樁；內(nèi)夯沉管夯擴(kuò)樁

中圖分類號：TU473.1 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ｂ? 文章編號：1004-4345（2024）02-005１-04

Comparison and Selection of Pile Foundation Schemes for a Certain Smelter

LIU Hao

（China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang ， Jiangxi 330038， China）

Abstract? Taking a domestic smelter as an example， based on the geotechnical investigation report of the proposed site， four pile foundation schemes are proposed： mechanical rotary hole filling pile，long auger cast-in-place pile，pre-stress concrete pipe pile，sinking tubular and expanded placing pile.The advantages and disadvantages， bearing capacity， and economic indicators of the four pile foundation schemes are compared and analyzed. The comparative analysis results suggest that the main pile type for this project should use 600 mm long auger cast-in-place pile . For the factories with relatively high local loads or factories with pile lengths exceeding 30 meters， 600 mm diameter rotary hole filling pile shall be used.

Keywords? pile foundation schemes；mechanical rotary hole filling pile；long auger cast-in-place pile；pre-stress concrete pipe pile；sinking tubular and expanded placing pile

近年來，我國有色金屬行業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)冶煉廠為滿足日益增長的工業(yè)生產(chǎn)需求，不斷地在優(yōu)化工藝、擴(kuò)產(chǎn)擴(kuò)建，這對工業(yè)廠房的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)性能質(zhì)量提出了更高的要求。樁基礎(chǔ)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房的建設(shè)中，其設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工質(zhì)量是工業(yè)建筑穩(wěn)定、安全的保證。樁基形式有很多種，進(jìn)行工業(yè)建筑樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況最終確定采用哪種樁型。一般而言，灌注樁和預(yù)制樁是冶煉廠建設(shè)中較為常見的基礎(chǔ)樁型。本文擬以國內(nèi)某新建冶煉廠為例，根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告對擬建場地的樁基形式進(jìn)行分析、對比，以期為類似工程的樁基設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 項(xiàng)目概況

國內(nèi)某新建冶煉廠，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括火法冶煉系統(tǒng)、硫酸系統(tǒng)以及公輔設(shè)施等。該項(xiàng)目擬建場地地基土分層情況詳見表1，巖土的主要物理力學(xué)指標(biāo)建議值詳見表2，地質(zhì)剖面圖詳見圖1。

2? ?設(shè)計(jì)依據(jù)

樁基設(shè)計(jì)主要依據(jù)的規(guī)范包括《建筑樁基規(guī)范》（JGJ 94—2008）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）、《建筑與市政地基基礎(chǔ)通用規(guī)范》（GB 55003—2021）、《沉管夯擴(kuò)樁技術(shù)規(guī)程》（DBJ 61T 102—2015）、《旋挖成孔灌注樁工程技術(shù)規(guī)程》（DBJ 50-156—2012）、《長螺旋鉆孔壓灌混凝土后插鋼筋籠灌注樁施工技術(shù)規(guī)程》（DB11 T 582—2008）[1-5]。

3? ?樁型的選取

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，本工程提出4種樁基方案，分別為機(jī)械旋挖成孔灌注樁、長螺旋鉆孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁和內(nèi)夯沉管灌注樁。下面對這4種樁型的優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍、單樁承載力特征值、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行全面對比。

3.1?600旋挖灌注樁

旋挖灌注樁是通過旋挖鉆機(jī)成孔，再在其內(nèi)放置鋼筋籠，然后澆筑混凝土而成樁。該工藝主要施工設(shè)備為旋挖鉆機(jī)，其采用液壓履帶式伸縮底盤、自行起落可折疊鉆桅、伸縮式鉆桿、帶有垂直度自動(dòng)檢測調(diào)整、孔深數(shù)碼顯示等。整機(jī)操作一般采用液壓先導(dǎo)控制、負(fù)荷傳感，具有操作輕便、舒適等特點(diǎn)。主、副兩個(gè)卷揚(yáng)適用于工地多種情況的需要。該類鉆機(jī)可配合短螺旋、回轉(zhuǎn)斗、巖心鉆等不同鉆具，用于干式、濕式及巖層（巖心鉆）的成孔作業(yè)，還可配掛長螺旋鉆、地下連續(xù)墻抓斗、振動(dòng)樁錘等，實(shí)現(xiàn)多種功能[6]。

旋挖鉆機(jī)施工速度快、精度高、噪音小、移動(dòng)方便、樁長不受限制，在工業(yè)建筑領(lǐng)域里被廣泛使用。由于旋挖鉆機(jī)施工靠底部帶有活門的筒式鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入鉆斗內(nèi)提升運(yùn)至地面，無需將巖石攪碎靠泥漿返出孔外，平均每分鐘進(jìn)尺可達(dá)50 cm左右，在適合的地層具施工效率比鉆、沖孔樁基可提高5～6倍。采用旋挖鉆機(jī)，施工過程對樁深度、垂直度、鉆壓、鉆筒內(nèi)裝土容量等均可以通過機(jī)身電腦控制，而且旋挖鉆機(jī)施工的噪聲主要來自于發(fā)動(dòng)機(jī)，適合在市區(qū)或者居民區(qū)中使用。此外，在施工過程中不需要人工進(jìn)行鉆桿的拆除和組裝，無需進(jìn)行泥漿清渣處理，可以降低人工的勞動(dòng)強(qiáng)度。它適用地層廣泛，同一個(gè)樁施工過程可以全部由旋挖機(jī)完成，不需要選用其他機(jī)械來配合成孔，旋挖鉆機(jī)能入中風(fēng)化巖，可用于荷載較大的廠房。但存在資金投入大，對場地要求嚴(yán)格、孔壁護(hù)壁差、需要機(jī)械配合作業(yè)等缺點(diǎn)[7-9]。

根據(jù)該項(xiàng)目地勘報(bào)告及《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，以49號鉆孔來進(jìn)行單樁承載力計(jì)算。取{8}2強(qiáng)風(fēng)化白云巖為持力層，樁端進(jìn)入持力層2 m，樁長約20 m，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=Qsk+Qpk=4 002 kN，單樁豎向極限承載力特征Ra=Quk/2=2 001 kN。

3.2? 600長螺旋鉆孔灌注樁

長螺旋鉆孔灌注樁是一種結(jié)合了螺旋鉆孔和灌注樁優(yōu)點(diǎn)的地基處理方法。該工藝通過旋轉(zhuǎn)螺旋鉆頭，將土壤逐漸挖掘出來，形成一個(gè)孔洞；然后，在孔洞中灌注混凝土或其他灌注料，使其充滿整個(gè)孔洞。灌注料凝固后形成一個(gè)堅(jiān)固的樁體，用于增加地基的承載力。

長螺旋鉆孔灌注樁有以下特點(diǎn)：1）一般采用超流態(tài)混凝土，即坍落度達(dá)20～25 cm的混凝土。由于超流態(tài)混凝土流動(dòng)性好，石子能在混凝土中懸浮而不下沉，因此不會出現(xiàn)離析現(xiàn)象，容易放進(jìn)鋼筋籠。2）長螺旋為一次性鉆孔到位，在下鉆至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高后， 直接由鉆桿中心向樁底壓灌混凝土，所以孔底不會有沉渣，既防止了斷樁、縮徑、塌孔等施工通病的出現(xiàn)，施工質(zhì)量也容易得到保證。3）穿硬土層能力強(qiáng)，單樁承載力高，施工效率高，操作簡便。4）噪音低，不需要泥漿護(hù)壁，不會消耗水資源，也不會產(chǎn)生廢棄泥漿，鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的土方，僅需清理出施工區(qū)域，并在合適位置堆放即可，施工文明，轉(zhuǎn)運(yùn)便捷。5）綜合效益高，工程成本與其他樁型相比較低[10-13]。

長螺旋鉆孔工藝不僅適用于填土層、淤泥土層、黏土層、砂土層、卵石層及強(qiáng)風(fēng)化層。也適用于有地下水的各類土層情況，可在軟土層、流沙層等不良地質(zhì)條件下成樁；但該工藝樁端只能進(jìn)入較軟的強(qiáng)風(fēng)化，且對樁長有所限制，一般最長不超過30 m。

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，以49號鉆孔來進(jìn)行單樁承載力計(jì)算。取{8}2強(qiáng)風(fēng)化白云巖為持力層，樁端進(jìn)入持力層2 m，樁長約20 m，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=Qsk+Qpk=4 404 kN，單樁豎向極限承載力特征Ra=Quk/2=2 202 kN。

3.3? 600預(yù)應(yīng)力管樁

預(yù)應(yīng)力管樁是先采用先張法預(yù)應(yīng)力和離心成型工藝，然后經(jīng)過蒸壓養(yǎng)護(hù)而成的一種空心圓筒狀的等截面剛性樁體。樁體施工時(shí)，樁體逐節(jié)打入待處理的軟基中，再利用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊在現(xiàn)場直接焊接接樁。

預(yù)應(yīng)力管樁具有以下優(yōu)點(diǎn)：１）單樁承載力高、單位造價(jià)低的優(yōu)勢，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。由于在工廠預(yù)制生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量容量把控，沉樁質(zhì)量檢測方便。２）施工速度快，施工周期短。３）施工現(xiàn)場無需水泥和砂石，無泥漿污染。

同時(shí)，該工藝也存在著一些缺點(diǎn)：１）具有擠土效應(yīng)，對周圍建筑環(huán)境及地下管線有一定的影響，要求邊樁中心到相鄰建筑物的間距較大。２）施工場地的地耐力要求較高，在新填土、淤泥土及積水浸泡過的場地施工易陷機(jī)。3）過大的壓樁力易將管樁樁身夾破，或使管樁出現(xiàn)縱向裂縫和斷樁的現(xiàn)象。４）在地下障礙物或孤石較多的場地難以施工。

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，以49號鉆孔來進(jìn)行單樁承載力計(jì)算。取{3}3紅黏土為持力層，樁端進(jìn)入持力層4 m，樁長約18 m，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=Qsk+Qpk=4 686 kN，單樁豎向極限承載力特征Ra=Quk/2=2 343 kN。

3.4? 500內(nèi)夯沉管夯擴(kuò)樁（擴(kuò)大頭800）

內(nèi)夯沉管夯擴(kuò)樁是利用打樁錘將內(nèi)外樁管同步沉入土層中，通過錘擊內(nèi)樁管夯擴(kuò)端部混凝土，使樁端形成擴(kuò)大頭，再灌注樁身混凝土，拔外樁管時(shí)，用內(nèi)樁管和樁錘壓頂在管內(nèi)混凝土面上，使樁身密實(shí)成行。

內(nèi)夯沉管夯擴(kuò)樁的應(yīng)用范圍比較局限，它將錘擊沉管灌注的方法和樁端擴(kuò)底技術(shù)結(jié)合在一起，從而提高了樁的豎向承載力。內(nèi)夯沉管夯擴(kuò)樁的施工工藝稍微復(fù)雜，主要有以下步驟：1）在樁位處按要求放置干硬性混凝土，然后將內(nèi)外管套在一起對準(zhǔn)樁位。２）通過柴油錘將雙管打入地基中至設(shè)計(jì)標(biāo)高。３）拔出內(nèi)夯管，向外管內(nèi)灌入高度為H的混凝土。４）內(nèi)管放入外管內(nèi)，壓在混凝土上面，并將外管拔起一定高度h。５）通過柴油錘與內(nèi)夯管夯打外管內(nèi)的混凝土，直至外管底端深度略小于設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。此過程為一次夯擴(kuò)，如果需要第二次夯擴(kuò)，則繼續(xù)重復(fù)第3條到第5條的步驟。６）拔出內(nèi)夯管，在外管內(nèi)放入鋼筋籠，并灌入樁身所需要的混凝土。７）將內(nèi)管壓在外管內(nèi)的混凝土面上，邊壓邊緩緩拔起外管，最終將雙管同時(shí)拔出地面，成樁過程完畢。

可以看出，內(nèi)夯沉管夯擴(kuò)樁的施工步驟比常規(guī)的工序多一些。由于可以在樁端形成一個(gè)蘑菇狀的擴(kuò)大頭，因此樁端承載力特征值得到提高，這也是它的一個(gè)優(yōu)勢。但夯擴(kuò)樁只適用于軟土地基，樁端持力層一般為砂性土、粉土、可塑與硬塑狀黏性土等，進(jìn)入不了風(fēng)化巖，樁長一般不超過20 m。

根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范，以49號鉆孔來進(jìn)行單樁承載力計(jì)算。取{3}3紅黏土為持力層，樁端進(jìn)入持力層4 m，樁長約18 m，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=Qsk+Qpk=4 060 kN，單樁豎向極限承載力特征Ra=Quk/2=2 030 kN。

3.5? 4種樁型方案的比選

4種方案里有3種樁型為灌注樁，主要區(qū)別在于成孔工藝不同，下面主要對這4種方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行對比。

從表3中可以看出，4種樁型的單樁豎向承載力特征值都差不太多，600的長螺旋鉆孔灌注樁和預(yù)應(yīng)力管樁比較經(jīng)濟(jì)，同比可節(jié)省資金2 000多萬元。

4? ?結(jié)論

綜上所述，通過以上4種方案的對比，預(yù)應(yīng)力管樁有著造價(jià)上的優(yōu)勢，應(yīng)用比較廣泛，也比較適合本場地，但場地的持力層起伏比較大，存在配樁難的問題。經(jīng)濟(jì)效益不是很高；旋挖樁造價(jià)最高，但是可以進(jìn)入巖層，且樁長不受限制；600的長螺旋鉆孔灌注樁比500夯擴(kuò)樁總造價(jià)要低，但長螺旋工藝樁端只能進(jìn)入較軟的強(qiáng)風(fēng)化，且對樁長有所限制，一般最長不超過30 m，由于本廠區(qū)比較大，局部區(qū)域的強(qiáng)風(fēng)化白云巖已經(jīng)到了40～50 m，因此本工程推薦兩種樁型，600的長螺旋鉆孔灌注樁為主要樁型，局部荷載比較大的廠房、樁長超高30 m的廠房采用600的旋挖灌注樁。

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收稿日期：2023-06-13

基金項(xiàng)目：廣西科技計(jì)劃項(xiàng)目（科技重大專項(xiàng)）“年產(chǎn)30萬t陰極銅連續(xù)煉銅關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化示范”（項(xiàng)目編號：2020AA17001AA）

作者簡介：劉皓（1985—），男，高級工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及研究工作。