大直径锤击沉管桩在高层建筑中的应用

蔡长赓

提要：本文介绍了大直径锤击沉管混凝土灌注桩的适宜场地与常用规格、承载力计算、构造要求等，并列举了应用实例，可供设计和施工参考。

关键词：大直径锤击沉管桩  桩端持力层  桩端阻力设计值

1、前言

自1984年以来，大直径锤击沉管混凝土灌注桩由于其技术可靠，施工快捷，经济合理等特点，在广东地区逐步推广，在深圳、珠海、东莞、顺德、番禺等地的高层建筑中不少采用，十多年来，已超过100万延米，目前在福建各地也在陆续采用。此种桩的桩管一般为直径560毫米、600毫米、650毫米、700毫米四种，配备能量较大的柴油拨管振动装置的桩机施工，其单桩竖向承载力一般为1500KN-4500KN左右。

2、适用场地与常用规格

该种桩宜用于桩端持力层为强风化岩层或坚硬土层的场地，不应用于含水量W≥75％且厚度较大的淤泥地基或高承压水土层，不宜用于石灰岩地区。由于该种桩的锤击能量较大，采用时应考虑其产生的噪声及震动对环境与邻近建筑物的影响。当桩基场地局部存在桩端的下卧层有软弱夹层时，必须通过勘察探明其范围并加以完善处理，以保证桩基质量。

桩端持力层宜选在强风化岩层或标准贯入击数为30—50击的坚硬土层。桩端平面以下6D（D为桩靴直径）范围内土层的标准贯入击数宜不少于桩端处的标准贯入击数。不能满足（包括有厚度≥50厘米的软弱夹层）时，桩端阻力应予降低。

    当桩端持力层的标准贯入击数大于300击，但其桩端平面以上3倍桩靴直径的厚度范围内土层的平均标准贯入击数不大于40击时，桩端阻力应予降低。

目前该种桩采用的桩管直径有560毫米，600毫米、650毫米、700毫米四种，而桩靴直径则比桩管大100毫米左右，桩靴均采用钢板制作，钢板厚度为18毫米—25毫米，图1为钢桩靴示意图，表1为常用钢桩靴构造尺寸。

图1  钢桩靴示意图

表1               常用钢桩靴构造尺寸

广东省标准《大直径锤击沉管混凝土灌注桩技术规程》DBJ/T15-17-96作出规定，当桩数不超过3根的桩基，其竖向承载力设计值为：

      R=BpqpAb+BsU∑qsili………（1）

式中：qp—桩端阻力设计值，由桩端平面处的标准贯入击数值按规程表4.2.3—1取值；

      qsi—第i层土桩侧阻力设计值，按规程表4.2.3—2取值；

      li--在第i层土中的桩长；

      u—桩身周长；        Ab—桩靴平面面积；

      Bp—桩端阻力修正系数，按规程表4.2.3-3取值；

      Bs—桩侧阻力修正系数，一般取1.0，在摩擦力不能充分发挥的情况下，应酌情降低。

3.1计算实例

1.某高层商住楼设计要求基桩竖向承载力设计值为3200KN，桩靴直径750mm，桩管直径为650mm，有效桩第15m，桩端持力层为标贯值>50击的强风化花岗岩，由规程表4.2.3-1-3得：

桩端阻力设计值qp=4500kpa;

桩端阻力修正系数Bp=1.2;           桩侧阻力修正系数Bs=1.0;

平均桩侧阻力设计值qs=35kpa。      桩靴平面面积Ab=π×0.3752=0.442m2

桩身成形直径为650mm，则桩身周长 

U=π×0.65=2.042m，以上数据代入（1）式

R=1.2×4500×0.442+1.0×2.042×35×15

=2386.8+1072.05=3458.85KN>3200KN

规程规定尚应验算桩身强度，当桩身按构造配筋时，基桩竖向承载力设计值R应满足下式：R≤0.8fcAp         (2)

式中：Ap—桩身截面积，按桩管外径计算，缺乏经验时，按桩管内径计算；

      fc—混凝土轴心抗压强度设计值。

      桩身混凝土采用C25，fc=12.5N/mm2代入（2）式

      R=0.8×12.5×π×3252=3318.3KN>3200KN

2.某大厦要求基桩竖向承载力设计值为3300KN，桩靴直径700mm，桩管直径600mm，有效桩长10m，桩端持力层为标贯值200击的强风化砂岩，且桩端以上3倍桩靴直径范围内的标贯击数满足要求，由规程表4.2.3-1-3得

桩端阻力设计值qp=7000kpa          桩端阻力修正系数Bs=1.1;

桩侧阻力修正系数Bs=1.0;           平均桩侧阻力设计值qs=30kpa

桩靴平面面积Ab=π×0.352=0.396m2      桩身成形直径为600mm，则桩身周长

U=π×0.6=1.885m，以上数据代入（1）式

R=1.1×7000×0.396+1.0×1.885×30×10

=3049.2+565.5=3614.7KN>3300KN

桩身混凝土采用C30，fc=15N/mm2代入（2）式

      R=0.8×15×π×3002=3392.9KN>3300KN

4、构造要求

该种桩的桩中心距一般为3.5d—4.0d，对于大面积群桩，其桩距尚应适当增加。

当柱下为单桩或双桩的承台时，应分别设置双向连系梁或垂直于双桩连线方向的连系梁，梁面宜与承台面齐平。桩顶嵌入承台的深度不应小于100mm。桩顶处纵向钢筋伸入承台内，其锚固长度不应小于35倍纵向钢筋直径。

钢筋笼宜通长设置，对于不会产生断桩或缩颈的工程地质且属于构造配筋，或经过计算可适当缩短钢筋笼长度；但任何情况下，桩承台以下钢筋笼的长度不得少于有效桩长的2/3。纵向钢筋应根据计算确定，当计算不需配筋时，仍需配置构造钢筋，其中桩顶以下12倍桩身直径的深度范围内配筋率不得小于0.4％，以下部分不得小于0.2%。一般情况下，纵向钢筋宜用直径12—18，间距不大于250mm，沿圆周均匀排列，箍筋宜用直径6—10mm螺旋或闭合式箍筋，间距不大于300mm，桩顶以下12倍桩管直径的深度范围内箍筋应适当加密。钢筋笼应设置直径14—16mm加劲箍筋，间距不应大于2m，并应满足吊装刚度，每隔4m左右设保护层定位钢筋环一层，钢筋笼首尾端各设置定位扁铁箍一个。桩身穿越淤泥层时，在淤泥层内与及该层和较硬土层交界处附近，纵向钢筋及箍筋应适当加强与加密。

桩身混凝土强度等级不得低于C25，也不宜超过C35。纵向钢筋的保护层厚度不得小于70mm。

5、成桩工艺

大直径锤击沉管混凝土灌注桩其成桩工艺如下：（1）桩管就位--（2）锤击沉管--（3）探灯检查孔底及处理--（4）吊放钢筋笼--（5）灌注混凝土--（6）振动抽管及测桩径--（7）完成整桩及全部纪录。

图2为成桩工艺流程示意。

图2    成桩工艺流程图

5.1 沉管

沉管顺序由中间往外打，当群桩基桩中心距小于4倍桩靴直径时，按工程地质条件，认真安排打桩顺序，以保证邻桩桩身混凝土质量。桩机必须平正稳固，桩管必须垂直并与桩位对中。锤击不得偏心，力戒偏打。尽量避免中途停止施打。

桩靴损坏时，可在桩管内灌入0.2—0.3立方米坍落度为180mm—200mm的C30混凝土后将桩管抽出，另加桩尖在原位再次沉管，沉管深度宜比第一次沉管减少0.4—0.6m，并基本接近收锤标准。

5.2混凝土灌注

混凝土应具有良好和易性，桩端以上2m—3m长度范围内坍落度宜为150mm—180mm，其余部分宜为120mm—150mm。拨管过程中，应有专人观察混凝土面监测仪并控制桩身成形和拨管速度，桩身成形直径不得小于桩管内径；拨管速度不得大于2.5m/min；在软弱土层中和软硬土层交界处的拨管速度不得大于1.5m/min。

6、质量检查

混凝土质量检查项目：主要包括水泥、砂、碎石、外加剂、配合比、坍落度、保证纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度措施、试件留置数量及制作养护方法、混凝土抗压强度试验报告等。

钢筋笼制作的质量检查项目：主要包括钢筋品种及力学性能试验报告、钢筋直径、间距、接头位置及数量、焊接质量等。

施工过程中质量检查项目：主要包括桩的编号位置，最后三阵锤贯入度、桩尖标高、管内是否进水入泥、拨管速度、桩身成形直径等。

成桩后质量检查：主要是桩位允许偏差，对于单桩，双桩及条形承台的桩，对于d为560mm—600mm时不应超过100mm；对于d为650mm—700mm时不应超过120mm。对于承台桩数不少于3根时，允许偏差不应超过d/3。

对于桩的垂直度其允许偏差应不超过1/100。

参 考 文 献

1、广东省标准《大直径锤击沉管混凝土灌注桩技术规程》DBJ/T15—17—96

2、李松涛等  大直径锤击沉管混凝土灌注桩的质量控制            水利水电  1999年第2期