軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法

《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》是廣州市恆盛建設工程有限公司、湖南長大建設集團股份有限公司完成的建築類施工工法，完成人是陳衛文、賴惠清、鄧迎芳、李和平、黃自強、李天成，適用於軟弱土層上，大面積滿布密集的管樁施工。

《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》主要的工法特點是：控制壓速等工藝改良，有效地增大管樁內部返土及控制擠土效應。

2011年9月，《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009~2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法
• 工法編號：GJEJGF023-2010
• 完成單位：廣州市恆盛建設工程有限公司、湖南長大建設集團股份有限公司
• 主要完成人：陳衛文、賴惠清、鄧迎芳、李和平、黃自強、李天成
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

中國有較多的沿海（江、河、湖）地區及濕地地區，淤泥層普遍較厚，承載力不足，這些地區進行大型廠房等地面承載力高的建（構）築物在設計上多採用密集管樁基礎，對於在軟弱土層上大面積的密集管樁的施工，極易出現擠土效應，主要表現為：後壓樁對先壓樁的擠壓，從而造成先壓樁的偏移、傾斜或隆起，或是造成周邊地面隆起及建（構）築物的開裂，對管樁施工質量及周邊環境影響的控制較為困難。《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》針對管樁的靜壓施工，著重採用新型樁尖及改良工藝以增加管樁內部返土，同時控制施工部署及綜合採用外部措施來削弱擠土效應，以達到規範施工、保證工程質量及周邊環境安全的目的。

工法特點

《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》的工法特點是：

1、採用設計的新型“鋸齒形筒狀開口樁尖”（專利號：2010201331757），配合管樁自引孔、控制壓速等工藝改良，有效地增大管樁內部返土。

2、除工藝的改良外，系統地考慮施工部署，同時採取泄壓溝（孔）等措施，有效地控制擠土效應。

操作原理

適用範圍

《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》適用於軟弱土層（淤泥、中砂等天然含水量過大、承載力低、在荷載作用下易產生滑動或固結沉降的高壓縮性土層平均厚度占管樁樁身設計長度的1/3以上）上，大面積（一般在10000平方米以上）滿布密集（程度不小於100條/1000米或管樁以外徑計算的面積累計占場地面積6%以上或管樁樁心距平均不大於3米）的管樁施工（註：軟土厚度、施工面積、管樁密集程度等低於本範圍要求但擠土效應明顯或控制要求嚴的工程，也可根據實際情況選用該工法內的部分或全部指導性部署及工藝）。

工藝原理

《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》的工藝原理敘述如下：

靜壓樁作為擠土樁，壓樁過程容易使軟土中超孔隙水壓力升高、周圍土層被壓密並擠開，使土體產生水平移動和垂直隆起，可能令鄰近已壓入的樁產生上浮、偏移和樁身折斷；周邊土體也會因超空隙水壓力的不斷傳播和消失而蠕變，從而導致土體的垂直隆起和水平位移。對以上情況，主要從以下三點考慮：

1、管樁下壓的擠土的方向雖然是向四周擴散，但主要前鋒線是與施工方向一致且成扇形展開的，所以在施工部署上，整體施工方向應與擬擠土方向一致；此外，流塑狀態的軟弱土層的流動是非常緩慢的，必須以保證有足夠的時間使得應力消散，所以對每天的施壓量進行控制。

2、擠土量的多少，直接影響到擠土效應的大小，而利用管樁開口空心的特點，通過改良樁尖及工藝在樁內儘量返土，從而使對周邊的擠土量減少。

3、對餘下不能內部消化、必須擠向外部的泥土或水，採取阻攔上引的方法，利用場地內及周邊的溝、孔，將擠土（水）在引至地表後排除，以保證對周邊的擠土效應得到儘量的削減。

施工工藝

• 工藝流程

《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》的施工工藝流程見下圖。

施工工藝流程圖

操作要點

《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》的操作要點如下：

場地平整等施工準備

施工前，場地平整應完成。由於軟土上行走大型樁機易塌陷、下沉，可在場地表面鋪設碎石，場地應能保證樁機能正常就位及順利行走。同時，場地面應設定通暢的施工道路，保證管樁的運輸能夠到樁機近旁。臨時用電等按相關要求進行設定。

確定樁機數量

樁機的數量由所需施工的管樁的數量及工期決定，該工法適用大面積區域的管樁施工，為利於應力消散，在工期允許範圍內一般允許不大於15條樁/機·天（按土層地質流塑狀態的高低，可適當降低或加快施工速度）的施壓量。

若工期寬鬆，可按每台樁機施工6000平方米或1200條的工作能力計算（一般在4台以上）；若工期緊張，可按每台樁機施工4000平方米或800條的工作能力計算。同時，場地面積及單向寬度對樁機數量可能有所限制，應滿足樁機平面間距不宜低於30米（若同時施工的樁機過多過密，不利於樁施工擠土效應的消散）。

確定施工方向

施工方向是指整個場地的樁完成的推進方向，施工方向可按以下原則順序確定（即當施工場地條件等不能滿足所有原則時，應優先滿足前一原則）：

1）當建（構）築物外圍設支護樁時，宜先打工程樁，再打外圍支護樁。

2）施工應由已建建（構）築物一側向無建（構）築物一側進行。

3）施工應向著江（塘、澤、河、海）的一側進行。

4）當施工場地較開闊，宜從中間向四周對稱施打；當場地狹長（一般情況下指樁滿布的區域長寬比大於2），宜從中間向兩端對稱施打。

5）根據樁的入土深度，宜先深後淺（一般指不同持力層樁）。

6）根據管樁的規格（樁徑等），宜先大後小（成片大量管樁樁徑不同時方予考慮，且可使用不同樁機或夾具以保證施工同步性及擠土方向）

7）根據場地不同標高時，宜先高后低。

確定樁機平面布置及樁機路線

在樁機平面布置上，樁機陣列應與施工方向垂直設定，且在路線行走上設定時間差（即各平行路線開動時相隔2~3天）。施工路線是指樁機的行走整體路線，基本為“之”字或“弓”字形（只有在樁機施工區域為一條直線時，樁機路線與施工方向始終相同），見下圖。

施工方向、路線及樁機平面布置示意

密集管樁的施工，採用跳壓，跳壓可相隔2條樁為宜。跳壓基本方式如下圖所示。

跳壓平面示意

泄泥溝及泄泥孔的設定

泄泥溝也叫做泄壓溝、防擠溝，本技術考慮同排水溝綜合設定，設定區域為環場及平行場地短向設定（長向超過100米時，考慮每隔30~0米設定一道）。泄壓溝截面通常為梯形，溝底標高通常與軟弱土層（淤泥層等）頂標高持平或略低（小於5米，且通常不宜大於3米，需做好圍欄、警示牌等安全措施），溝壁及溝底無需夯實，溝壁以1:0.6~1:1放坡。

泄泥孔也叫做排泥孔、泄壓孔，該工法考慮利用降水井及工程其他鑽（沖）孔灌注樁施工時的成孔綜合設定（單獨設定時，由於使用的機械及人工、排泥方式處理、回填等均會對成本及施工便利性造成影響，推薦在泄泥溝及降水井改造成泄泥孔均不能滿足泄泥要求時，在成本核算後使用）。設定位置為環場（每隔10~30米）及場內（間距以30~50米為宜），設定孔應以大徑（推薦φ800毫米）孔為主，按地質資料考慮深度宜深入軟土土層的長度為樁身設計長度的1/3為宜，泥漿採用溢滿自流入環場泥漿泄壓溝，必要時，利用泥漿泵抽排。如果是利用鑽（沖）孔灌注樁成孔時泄泥的，在管樁施工數量完成1/3時，按管樁施工方向進行成孔施工。溝內及孔內排（抽）出的泥漿，經由統一設定的環場溝排至場邊或場外（允許排放）的池塘、江河等或者外運。（泄泥溝及泄泥孔的設定見下圖1~圖3）。

樁位測設

《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》所適用的工程，所需確定樁位較多先用全站儀精確放出軸線位置，按每天工作量提前1~2天用全站儀放出（各分區、各樁機）近期施工所需樁位。當天施工前，用捲尺對樁位按到軸線距離進行覆核，樁位放線允許偏差為20毫米。

樁機的就位、校正

確定平面布置後，進行樁機就位安裝，安裝必須按有關程式或說明書進行。利用樁機的沿十字軸線運行的特點快速對準樁位。

吊樁及樁尖安裝

預應力混凝土預製樁每節長度一般在12米以內，施工前先用起重機吊運或用汽車運至樁機附近，再利用樁機上自身設定的工作吊機將樁吊入夾持器中，使樁尖垂直對準樁位中心。安裝普通鋼板製備簡易管樁的“鋸齒型開口樁尖”（樁尖的製備按該工法所採用實用新型專利製備，基本方法為：將鋼板中央鋸齒形切割開然後分別將各塊彎曲成圓筒對焊）。樁尖採用焊接安裝在管樁上。如下圖。

管狀開口型鋸齒樁尖示意圖

（管樁）自引孔

引孔的主要目的是防止表層填土堵塞管口從而影響樁芯內返土。樁機對準樁位就位、調平後，用管樁自引孔，引孔孔徑比樁徑略大（宜大於50~100毫米），引孔深度約L/5~L/3（L為設計樁長，至少至軟弱土層面）。

壓樁

利用夾持油缸將樁夾緊，開動壓樁油缸，先將樁壓入引孔深度後停止，調正樁在兩個方向的垂直度後，壓樁油缸繼續伸程把樁壓入土中，伸長完後，夾持油缸回程松夾，壓樁油缸回程，重複上述動作可實現連續壓樁操作，直至把樁壓入預定深度土層中。由於軟弱地基上樁施工壓入一般比較順利，但為增大返土量及接樁時樁自沉，應控制壓入速度，一般為1~2米/分鐘。在壓樁過程中要認真記錄樁入土深度和壓力表讀數的關係，以判斷樁的質量和承載力。當壓力表讀數突然上升或下降時，要停機對照地質資料進行分析，判斷是否遇到障礙物或產生斷樁、飄樁現象等。

接樁及（達終壓條件時）送樁

當樁頂被壓至距地面0.8~1米，應根據配樁長度要求，吊放第二節樁駁接，儘可能達到或接近設計樁長的要求。接樁可以採用二氧化碳保護電焊接、硫磺砂漿錨接或預製快速接頭。

對於焊接，接樁時要把兩樁面上的雜物泥土清除乾淨，焊接完畢檢查滿焊，不得出現夾渣或氣孔等缺陷，焊縫應冷卻8~12分鐘後方可繼續施壓（接駁樁處是否需要瀝青防腐塗料處理及焊縫探傷按圖紙要求）。達到壓樁終止條件時，可利用送樁器進行送樁；為使施工方便，也可採用一節標準管樁進行送樁。

材料設備

《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》所用的材料及設備明細如下：

材料

管樁進料應綜合設計樁長、地質資料及試樁樁長來確定，單段樁樁長一般為9~12米，短樁樁長為3~6米。按照“15條/機·天”的施工能力，綜合樁機數量及工期進行備料。此外，樁尖、接樁焊條等相關材料也應按樁數相應配備。

設備

預應力混凝土管樁施工方法主要為靜壓、錘擊以及振動沉樁，其中靜力壓樁又可分為頂壓及抱樁壓。該工法主要適用於抱樁靜壓施工，根據施工方法的不同，選擇相對應的樁機。樁機數量根據工程量及工期確定。樁機進場後需進行相關合格證查驗及檢修。測量、泄壓溝開挖所需全站儀、挖掘機等設備按分部工程所需配備，見下表。

施工主要機械設備配備表

序號	種類	單位	數量	備註
1	（液壓抱樁）壓樁機	台	/	按工期及工作量確定
2	交流電焊機	台	/	按樁機數x2確定
3	普通挖掘機	台	1~4	按土方量計算
4	鋼筋加工設備	套	1~5	按樁尖量計算
5	泥漿泵	台	4~20	按泄泥量考慮
6	全站儀	台	1~3	/
7	水準儀	台	1~3	/
8	吊機及運輸車	輛	/	用於管樁運輸

質量控制

《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》的質量控制要求如下：

質量控制標準

管樁作為基礎工程的重要組成部分，施工質量（含承載力、偏移及隆起偏差）按《建築地基基礎工程施工質量驗收規範》GB 50202-2002要求。

質量保證措施

1、管樁、焊條等材料應該要求進行送檢，施工前做好材料質檢。

2、妥善保護好樁基軸線和標高控制樁，不得碰撞和振動，以免引起位移。

3、在壓樁過程中要認真記錄樁入土深度和壓力表讀數的關係，以判斷樁的質量和承載力。當壓力表讀數突然上升或下降時，要停機對照地質資料進行分析，判斷是否遇到障礙物或產生斷樁現象等。

4、各節樁間的連線必須按圖紙要求進行施工及檢測。

5、超載壓樁時，一般不宜採用滿載連續復壓法，但在必要時可以進行復壓，復壓的次數不宜超過2次，且每次穩壓時間不宜超過10s

6、為防止受外力造成樁的偏移，在終壓後，樁機離開後及時將外露樁切割；若送樁留下的樁孔，應立即回填密實。

7、壓樁完畢的基坑開挖，應制訂合理的施工順序和技術措施，防止二次土體擠壓引起的位移和傾斜，甚至斷裂。

安全措施

採用《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1、場地內基本安全措施、臨時用電安全等按照相關要求施行。

2、做好場地內坑洞（特別對於泄泥溝、孔），需進行不少於1.2米的圍欄，由於溝孔隨時泄泥，邊坡和孔壁是不穩定的，周邊按基坑頂部的要求處理（堆載區域及量）。

3、樁施工前採用探測儀探明地下管線位置（包括泄壓溝位置），對施工有影響的電纜等，做好記錄標記清楚。施工前向施工人員進行安全技術交底，現場指明並標識地下管線位置，施工過程中由施工員和安全員現場監督指揮施工，確保壓樁不會影響管線。如管線較近，則應採取防護措施，保護好管線不受影響。

4、預製樁在起吊和搬運時，必須做到吊點符合設計要求；設計未有要求的，必須進行起吊驗算。

5、管樁口施工完成後用木板等覆蓋，儘量少的外露，並做好標識。

6、作業前應檢查樁機等相關機械的性能及完好情況。

7、壓樁作業時，非工作人員必須離樁機10米以外，任何人員嚴禁站在起重吊臂的正下方，其他人不得碰觸樁身，非操作人員不能進機室機械司機在施工操作時，必須聽從指揮信號，不得隨意離開崗位。應經常注意機械的運轉情況，發生異常立即檢查處理。

8、起重機在起吊樁到卸落樁的過程中，樁機嚴禁行走和調整。

環保措施

《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》的環保措施如下：

1、按照環保及文明施工的要求，對材料、固體廢棄物（含管樁樁頭、廢棄樁尖等）等要歸類存放。

2、場地內外泄泥溝、孔內的泥水要及時清理運輸，保持現場相對整潔。

3、建築垃圾（含泄出的泥水、廢管樁頭等）等的堆放和丟棄應按政府部門有關規定進行管理，外運泥土需將車輛沖淨後方許開出工地。

4、做好施工噪聲控制，對於夜間和午休時間作業，要與周圍居民作好溝通工作。

效益分析

《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》的效益分析是：

經濟效益

1、由於擠土效應的削弱，對先壓樁糾偏、復壓工作量的減少（含廢樁的材料損失）是該工法帶來的最大的直接經濟效益。該部分經套用工程實踐，可達到減少總樁量約3%的二次工作量（含節省材料）。

2、新創製的“簡易鋸齒形開口樁尖”相較於傳統B形樁尖用鋼量有所減少（特別對於直徑600毫米及以上的管樁，樁尖用鋼量可節省約1/3）。

3、由於泄泥溝（孔）是與場地排水溝、灌注樁孔綜合考慮，增加費用極少，與以上兩點帶來的直接經濟效益統籌考慮，可將管樁施工的綜合造價節省3.23%左右。

4、由於二次工作量的減少，帶來了節省工期等的間接經濟效益。

5、由於對周邊環境的影響減少，節省了修復圍牆等構築物裂縫、清理周邊水域增排淤泥等費用，是該工法帶來的不可忽視的間接經濟效益。

社會效益

1、通過各種措施降低了對周邊的擠土對，減少了工程建設對周邊的影響，帶來了良好的社會影響。

2、對周邊水域環境的排淤的減少，也利於良好的生態環境的保持。

3、由於對樁糾偏、復壓等二次工作量的減少，極大的提高了樁施工的一次合格率，對於施工公司的技術實力信譽等有較大的提升。

套用實例

《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》的套用實例如下：

《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》在“廣州南沙豐庭商務中心一期工程”、“東方電氣出海口基地三期聯合廠房二土建工程”、“同德新社區項目澤德花園二期A5、A6、F-4a、F-4b棟住宅樓工程”中得以套用，工程基樁全部檢測合格。以“東方電氣出海口基地三期聯合廠房二工程”為例做介紹。

1、工程概況

東方電氣出海口基地三期工程聯合廠房二土建工程主要為廠房±0.000以下工程，包括基礎工程（混凝土灌注樁、預製鋼筋混凝土管樁、承台和地梁、地坪）及各類設備基礎。

根據鑽孔地質資料，本場地地層自下而下，由人工沖填土層（Qml）、第四系海陸互動相沉積層（Qmc）、風化殘積土層（Qel）及加里東期花崗片麻岩（Pt）組成：其中淤泥層分布廣泛，發育較厚，厚度13.10~24.40米，平均19.17米；飽和，流塑，局部混較多粉細砂或夾薄層淤泥質粉細砂；另有局部中砂層存在，含少量泥質及砂礫，平均厚度近2米。工程地坪約5.7萬平方米，採用預應力高強混凝土管樁（PHC），分為直徑600毫米、500毫米兩種，持力層為全風化花崗片麻岩層，樁長24~36米（平均樁長30米），總計7445支。

2、施工情況

根據工程施工的實際情況，該工程管樁施工以廠房12軸（長向中心軸線）為中軸線向兩端施工，共採用7台液壓抱樁靜壓樁機，每台機工作量控制在每天15條左右；經設計同意後將原設計B形樁尖（按標準圖集為帶筋板的圓筒樁尖）改用該工法研製並試驗確定的管樁鋸齒型開口樁尖；並在場地四周設定平均深度2.5米的泄壓溝，同時在管樁施工完1/3時候，插入灌注樁施工的衝擊成孔，形成泄壓孔，共同作用形成對擠土效應的釋放。

3、完成情況及效益

東方電氣出海口基地三期工程聯合廠房二土建工程採用軟弱土層大面積滿布密集管樁施工工法，已檢測管樁全部合格，質量控制良好，取得了經濟效益，社會效益顯著。加上對消除周邊環境影響（如修補臨時圍牆及地面裂縫等）其他費用的總和，該工程取得經濟效益將近100萬元，見下表。

實際套用工程經濟效益總表

項目	經濟效益盈虧（元）	說明
樁質量控制	985621.63	按原3%復壓損失
泄壓溝多餘土方	-77763.68	普通方形排水溝增加
另作排水（泥）泄壓孔	-165571.02	增設孔及泥漿泵台班
樁尖改良盈餘	231056.81	相較普通B型樁尖
總計	973343.74	/

綜合考慮不同類型樁的長度（直徑600毫米管樁按1.2的係數將工程量折算成直徑500毫米的管樁），則每米管樁施工經濟效益為約7.76（元/米），約占該綜合單價的3.23%。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《軟弱土層大面積滿布密集管樁靜壓施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。