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浅谈利用双套筒消除试桩非有效段桩身侧摩阻力施工技术

发表时间：2021/5/27 来源：《基层建设》2021年第2期作者：吴国师1 张希雅2 曹思维2

[导读] 摘要：桩基施工前，为了获取准确的桩基础设计参数，通常要求在桩基施工前进行试桩作业。

        1.辽宁地质工程勘察施工集团有限责任公司辽宁沈阳 110032；
        2.沈阳帝铂建筑工程有限公司辽宁沈阳 110034
        摘要：桩基施工前，为了获取准确的桩基础设计参数，通常要求在桩基施工前进行试桩作业。但是在实际工程施工中，因为受总体规划、招标进度、地质条件、工序安排、工期等因素的制约，往往不能实现基坑开挖到基底标高后进行试桩施工及检测，所以基坑开挖前在原地面进行试桩施工及检测在所难免。在这种情况下，采用单桩竖向静载荷试验得到的单桩竖向极限承载力数据中就包含了基坑开挖段土层与桩之间侧摩阻力对有效桩长范围单桩竖向极限承载力的影响；如何消除该部分非有效段侧摩阻力显得尤为重要。
        关键字：试桩检测桩基础双层套筒消除侧摩阻力方法
        1.工程背景资料
        随着建筑工程的不断发展，建筑高度不断增高，外形更加多样化，承载着建筑结构的基础尤为重要，当前大直径灌注桩桩基础是高层建筑的常用基础形式。为了获取准确的桩基础设计参数，通常要求在桩基施工前进行试桩作业。
        对于有地下室的桩基础工程，一般在基坑开挖至设计基坑底标高时进行试桩，采用单桩竖向静载荷试验得到单桩竖向极限承载力，除以安全系数后确定单桩竖向承载力特征值的结果最为准确。但是在实际工程施工中，因为受总体规划、招标进度、地质条件、工序安排、工期等因素的制约，往往不能实现基坑开挖到基底标高后进行试桩施工及检测，所以基坑开挖前在原地面进行试桩施工及检测在所难免。在这种情况下，采用单桩竖向静载荷试验得到的单桩竖向极限承载力数据中就包含了基坑开挖段土层与桩之间侧摩阻力对有效桩长范围单桩竖向极限承载力的影响；如何消除该部分非有效段侧摩阻力显得尤为重要。
        利用双套筒消除试桩非有效段桩身侧摩阻力施工方法可有效解决了试桩检测中非有效段侧摩阻力影响试验结果准确性的难题，为桩基础设计参数的准确提供了保证，且利用该技术与基坑同步进行，与开挖到基底标高后进行试桩施工及检测相比具备提前进行试桩作业，明确桩基设计参数，可节约总体项目工期，减少建设单位总体投资等优点，该工法取得了良好的经济效益和社会效益，得到了建设单位基业内的一致好评，具有良好的实用和推广价值。
        2.工作原理及适用范围

                           图1 双套筒结构示意
        双套筒由外套筒和内套筒组成，外套筒与土层接触，内套筒与桩身接触，外套筒和内套筒之间有间隙，外套筒长度范围内桩身与土层无接触，从而起到消除外套筒段桩身侧摩阻力的作用。双套筒上部利用钢板将内外筒满焊连接，下部外筒与钢板焊接，内筒与焊接钢板间留1㎝间隙，底部间隙用弹性材料封堵，封堵长度为200mm，保证内外筒能有效分离，同时防止土、灌注混凝土及水泥浆等进入两筒之间，混凝土灌注完成之后，切断双套筒上部连接部分。
        3.施工方法
        3.1、试桩情况说明
        以沈阳金廊22-1地块项目试桩工程为例，本试桩处基坑开挖深度为25m（绝对标高17.7m）；根据项目现场实际情况（2020年地铁保护区范围内第一层锚索施工完成，剩余支护部分于2021年施工完成）、水文地质情况及整体进度要求，试桩工作面位于-5.4m（绝对标高35.7m）；本工程共计14根φ1m基础桩试桩，设计桩长60m，设计混凝土强度等级C50，其中4根采取桩端桩侧压浆技术；4根桩采取安放双套筒，双套筒内筒采取φ1120*8，外筒采取φ1220*8，双套筒采取螺旋钢管制作而成。
        3.2、施工方法
        （1）双套筒制作
        双套筒采用螺旋钢管制作而成，外筒为φ1220*8螺旋钢管，内筒为φ1120*8螺旋钢管。双套筒上部利用钢板将内外筒满焊连接，外筒下部与内筒底部间隙用弹性材料封堵（止水胶条），封堵长度为200mm，混凝土灌注完成之后，切断双套筒上部连接部分。保证内外筒能有效分离，同时防止土、灌注混凝土及水泥浆等进入两筒之间。
        为保证内筒与外筒间隙满足成桩垂直度要求及保证内筒可自由安放至外筒内，采取在外筒里侧设置滑道，滑道采取DN25钢管，在外筒里侧沿四周均匀设置4个滑道。
        为保证吊装双套管过程中，外筒与内筒相对稳定，在外筒外侧沿着四周均匀设置4个定位锁，竖向间距为2m，定位锁原理为在外筒开孔，将螺母焊接于开孔处，将螺栓顶部涂抹黄油后通过螺母拧紧；定位锁仅对双套管进行水平限位，当进行试桩检测作业时，定位螺栓顶部与内管外可以滑动，保证检测结果准确。
        （2）护筒埋设、钻机钻孔施工
        a.护筒即保护孔口又是钻头的导向装置；钢护筒内径为1600mm，采取壁厚12mm钢板卷制作而成；钢护筒埋设采取扩孔器扩孔后安放，护筒进入原土层至少0.5m，护筒底部四周用黄土填实，防止漏水。护筒水平偏差不超过50mm，垂直度不超过1%。
        b.本工程试桩采取旋挖成孔灌注桩，采取φ1400mm钻头施工至双套筒外筒安放标高。钻进过程中，钻头起、落速度宜均匀，不得过猛或骤然变速，旋挖成孔过程中应控制钻斗在孔内的升降速度，速度过快，孔内泥浆将会对孔壁进行冲刷，甚至在提升钻斗时在钻斗下产生负压，导致塌孔。排出的钻渣距桩孔口距离应大于6m，并应及时清除。孔内泥浆液面高度应满足规范的要求，一般不低于护筒底部以上0.5m且高出地下水位1.0-2.0m以上。

                                                         图2 试桩设计图
        （3）安装双套筒
        双套筒提前倒运至孔口附近，采取多点起吊、整体空中回直入桩的吊装方案，吊装双套筒时，上端吊点应对称，防止双套筒起吊后不竖直。吊放双套筒入孔时，不得碰撞孔壁。若现场场地允许，吊车需在成孔前进入吊装场地，提前准备好起吊双套筒准备工作。
        外筒外侧沿着四周均匀设置4根注浆管，注浆管底部为倒T形，注浆开始时浆液顺着主注浆管通过倒T型装置向四周扩散；注浆材料采取P.O 42.5水泥，水灰比1:1，注浆压力为1-2MPa，总注浆量不小于外筒与孔壁土层之间环状间隙的1.2倍。
        （4）钻机钻进至设计标高
        待外筒注浆体达到设计强度后方可继续再套管内进行钻孔施工，，钻机钻进过程中，钻头起、落速度宜均匀，不得过猛或骤然变速，施工过程中保证泥浆液面不突降，以免产生塌孔风险。
        （5）一次清孔、安装钢筋笼
        一般在接近成孔时，在孔底预留0.5-1m停留一段时间后再钻进，使泥浆中粗颗粒沉淀，减少孔底沉渣量，钻进至孔底设计标高后，采取更换专用平底清渣钻头进行清渣。
        钢筋笼提前倒运至孔口附近，起吊时采取6点起吊，空中回直方式，吊装钢筋笼时，上端吊点应对称，防止钢筋笼起吊后不竖直。若现场场地允许，吊车需在成孔前进入吊装场地，提前准备好起吊钢筋笼准备工作。调放钢筋笼过程中严禁钢筋笼刮碰孔壁。
        （6）二次清孔、灌注混凝土
        在吊入钢筋骨架后，灌注水下混凝土之前，应再次检查孔内泥浆的性能指标和孔底沉渣厚度；如超过《建筑地基基础工程施工规范》GB 51004 - 2015规定，应该进行二次清孔；二次清孔采取气举反循环清孔方式。
        灌注采用单导管灌注，每根导管上口设置一大料斗3.4m³（大于2.6m³），料斗下端可焊接不长于0.5m的导管，以便料斗与导管连接在一体。导管下入孔中的深度必须严格测量，以便掌握管底口到孔底的距离。
        首次灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离0.3m，导管一次埋入混凝土灌注面一下不少于0.8m。
        4.结语
        双套筒加工简单，消除侧摩阻力效果好，结构简单，操作便捷，精度高的特点，可根据消除有效桩长长度制定双套筒组合形式；该方法有效的解决了试桩检测中非有效段侧摩阻力影响试验结果准确性的难题，为桩基础设计参数的准确提供了保证，且利用该技术与基坑同步进行，与开挖到基底标高后进行试桩施工及检测相比具备提前进行试桩作业，明确桩基设计参数，可节约总体项目工期，减少建设单位总体投资等优点，该方法取得了良好的经济效益和社会效益，得到了建设单位及业内的一致好评，具有良好的实用和推广价值。
        参考文献：
        [1] GB50202—2018，建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].
        [2]赵亚军, 张磊, 栾和罡,等. 消除试桩桩顶标高以上部分侧摩阻力的双套管及试桩方法:, 2015.
        [3] 蔡来炳, 周红波, 杨奇,等. 试验桩侧摩阻力消除装置及方法.