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1、淺談“水氣混合射流”法在高層建筑中的應用 1. 地質情況：某高層建筑采用靜壓樁基礎，設計總樁數(shù)為1791根，其中抗壓樁設計為預應力高強混凝土管樁，樁徑為500，壁厚為125，單樁豎向極限承載力為5130KN，設計樁端持力層為散體狀強風化花崗巖層，樁長均為4046m。該工程地質較為復雜，施工難度較大。根據地質勘察報告，本工程地基巖土自上而下依次為：雜填土，粉砂、粉質粘土，粗砂層,礫砂層,厚度1.607.80m， 殘積砂質粘性土層,全風化花崗巖,散體狀強風化花崗巖層，厚度2.0525.90m，碎塊狀強風化花崗巖層，中風化花崗巖層。2. 施工難點(1). 從地質勘察報告來看，因本工程設計樁端持力層為

2、強風化花崗巖，需穿透礫砂層和殘積砂質粘性土層。本工程礫砂層厚度為1.607.80米，平均厚度約在4米5米左右，呈密實狀態(tài)，含有數(shù)量不等的卵石，并可能存在硬夾層，對靜壓預制樁的沉樁會造成困難。(2). 礫砂層和殘積砂質粘性土層中存在大小不一的孤石，對沉樁十分不利，易產生爆樁或異常樁。(3). 本工程設有一層地下室，需送樁6m左右，配樁十分重要，如果壓樁穿不透礫砂層形成異常樁造成浪費管樁影響造價，穿透了礫砂層無法接樁，有效樁長過短，終樁壓力低，滿足不了設計要求。(4). 本工程處于鬧市區(qū)，場地距離周圍建筑物及道路僅為1325m，在如此密集的建筑群中建造高層建筑，樁基又十分密集，擠土效應對鄰近已施工

3、樁及周圍建筑物均有一定明顯影響。3. 試樁及遇到的問題：工程開工后，分別采用普通靜壓法、引孔輔助靜壓沉樁法、錘擊沉樁法進行試樁，均無法穿透礫砂層到達設計持力層。具體情況如下：3.1. 普通靜壓法采用YZY660型全液壓靜力壓樁機（以下如無特殊說明簡稱為“靜壓機”）壓樁，最大壓樁力為5960KN，油表壓力換算單缸1MPa=123KN,雙缸1MPa=284KN。以下壓力表示均由壓力表讀出的油壓值換算而成。3.1.1. 試樁選取873#樁進行試樁，該樁處于ZK8孔附近，地質報告揭示礫砂層深度為21.0024.90m，厚度為3.90m,標貫擊數(shù)N=18，呈中密密實狀態(tài)。873#樁入土24.00m時，壓

4、力達到樁極限承載力5130KN仍無法壓入，后強行壓至5254KN仍無法壓下而停止壓樁，未達到設計要求的持力層深度。3.1.2. 原因分析(1). 建筑樁基技術規(guī)范（JGJ94-94）第7.4.9條規(guī)定：靜力壓樁適用于軟弱土層，當存在厚度大于2m的中密以上砂夾層時，不宜采用靜力壓樁。(2). 普通靜壓法適用于軟土地基，雖本工程采用較大噸位靜壓樁機，最大壓樁力比以前提高，但如果地基中有砂石硬夾層，因礫砂層對沉樁阻力大，靜壓無法穿透礫砂層到達設計持力層。3.2. 引孔輔助靜壓沉樁法3.2.1. 試樁工程試樁為168#樁，該樁位于ZK10孔位附近，礫砂層深度為18.2022.10m，厚度為3.90m,

5、標貫擊數(shù)N=21，呈中密密實狀態(tài)。168#樁引孔至28m后由靜壓進行沉樁，入土22.50m時，壓力從4200KN降至862KN，復壓壓力不再上升后停止壓樁。3.2.2. 原因分析(1). 引孔的垂直度不易掌握，偏差較大，壓樁時容易發(fā)生斷樁爆樁事故。(2). 引孔完畢后，引孔作業(yè)與壓樁作業(yè)應連續(xù)進行，必須在短時間內進行沉樁，間隔時間不宜過大，否則容易出現(xiàn)塌孔，施工的可能性、經濟合理性及安全性無法滿足本工程的要求。(3). 引孔過程中無法把較大的礫石排出地面，全部堆積在孔底，形成新的礫石層，靜壓樁無法穿透并到達持力層。3.3. 錘擊沉樁法3.3.1. 試樁因本工程礫砂層厚度較大，擊數(shù)較高，6.0T

6、錘無法穿透礫砂層，根據工程地質情況及本地區(qū)機械施工條件選用8.0T錘。工程試樁為287#樁,位于ZK15附近，該孔礫砂層深度17.0022.45m，厚度為5.45m, 標貫擊數(shù)N=20，巖性呈中密密實，施工至26.00m時，樁身出現(xiàn)縫裂，并有混凝土脫落，至此沉樁結束。3.3.2. 原因分析(1). 樁錘重量大，樁承受長時間的錘擊，在反復的集中荷載下，樁身產生的疲勞應力引起樁頭破壞，樁身上部出現(xiàn)橫向縫裂，產生斷裂。(2). 本工程樁距僅為1.50m。樁基十分密集，錘擊中擠土十分明顯，后沉基樁比先沉基樁入土深度愈來愈淺，沉樁愈來愈困難。(3). 周邊因大多數(shù)為簡單結構的危房，房子振動厲害，且錘擊沉

7、樁施工中震動與燥聲擾民，引起周圍居民的抗議，最終建設單位花費大量費用與居民協(xié)商達成協(xié)議才恢復施工。4. 水氣混合射流法沉樁經設計單位建議，參考本地區(qū)其他高層建筑施工情況，專家參與認證后，本工程采用最新施工工藝“水氣混合射流”法輔助靜壓沉樁。4.1. 工作原理普通靜壓樁穿透厚度較大、標貫較高的礫砂層較為困難，嚴重甚至出現(xiàn)爆樁，在這種情況下，可配合水沖氣舉法進行沉樁，用水氣混合射流管（以下無其他說明簡稱為“水氣管”）伸入管樁（樁尖必須為開口型樁尖），到達礫砂層后輸入高壓水氣混合射流（以下無其他說明簡稱為“高壓水氣”）進入管樁，使下面的砂礫石在水氣壓力下往上翻滾從樁頂排出，如此一邊排出砂礫石一邊靜壓

8、機沉樁將樁穿透礫砂層，并繼續(xù)沉樁至設計持力層。4.2. 工程施工4.2.1. 施工準備用吊車起吊水氣管，將水氣管分節(jié)吊入管樁內腔，連接送水氣管，并檢查各處接頭嚴密程度。4.2.2. 常規(guī)靜壓沉樁參考地質報告，穿透礫砂層到達殘積砂質粘性土層為26.2m,則第一、二節(jié)樁配樁為14+14=28m，水氣管為29m.雜填土粗砂層不沖水氣，僅靠靜壓機靜壓將第一、二節(jié)樁依次壓入土中樁尖沉達至礫砂層的頂部。4.2.3. 水氣混合射流法輔助靜壓沉樁樁尖到達礫砂層，從樁頂向樁內腔插入水氣管，并伸出樁尖外，先通過清水泵泵送高壓水（本工程為1.20MPa），后通過空壓機輸送高壓氣（本工程為0.77 MPa），高壓水氣

9、流直接射到樁尖附近的礫砂層，被沖松散的砂礫石與高壓水混合成砂石混合水，在水氣壓力下沿樁內腔自下而上從樁頂排出。同時吊車可向上提起水氣管，通過沖擊力來沖開難以沖開的硬土塞，如此反復數(shù)次一邊沖水氣舉排出砂礫石一邊靜壓緩慢將樁穿過礫砂層。4.2.4. 復壓樁尖穿過礫砂層后，停止沖水氣，吊車將水氣管吊出，采用單獨靜壓法繼續(xù)沉樁，起吊送樁器送樁沉至強風化花崗巖層，壓力上升至設計的樁終壓力值，樁端進入持力層深度符合設計要求，復壓三次無明顯沉降，至此沉樁完畢。4.3. 注意事項(1). 起吊水氣管時，必須檢查吊車是否正常運轉，檢查吊環(huán)吊鉤是否符合安全規(guī)定，水氣管長達2728m，易彎折，必須小心安全操作。(2

10、). 沖水氣時應仔細檢查水氣管各處接頭，防止漏水漏氣導致水（氣）壓損耗，防止水氣管爆裂傷人。(3). 水氣管需伸出樁尖外，起吊前可用木樁塞滿樁尖，防止拖樁起吊時損壞水氣管，起吊后在把木樁敲落。(4). 沖水（氣）過程中吊車可吊住水氣管并不斷小幅上下移動，防止水氣管卡在砂礫石中，并可向上提起水氣管，通過沖擊力沖開硬土塞。(5). 沖水氣過程中應控制沉樁速率，絕對禁止為穿透礫砂層而強行壓樁而造成爆樁。(6). 沖水氣過程中會有砂礫石混合水沖在樁機上，樁機如怕水或進砂礫石的部位可用帆布或雨布遮蓋或用帆布制造導向管將砂礫石混合水排出。(7). 沖水結束條件應根據壓樁力變化、砂石混合水顏色及地勘報告進行

11、判斷，表現(xiàn)為壓力驟減及砂石混合水顏色由淺黃色深黃色灰白色灰黃色。(8). 因“水沖氣舉法”施工中會使現(xiàn)場產生大量積水，造成施工不便，應做好現(xiàn)場的排水工作。(9). 嚴格控制施工過程中的停歇時間，避免因停歇時間長摩擦力增加影響施工，造成沉樁困難，沖水氣結束后應立即沉樁至設計持力層。(10). 沖水氣排出的砂卵石，應及時運走，避免影響其他樁位施工。4.4. 檢測結果(1). 本工程用此工藝輔助沉樁1000多根，各樓設計終樁力不同，曾選擇終樁力分別為4000KN和4200KN，以PHC-500-125-A管樁的單樁豎向極限承載力5130KN做為靜載荷載進行加荷，通過單樁豎向抗壓靜載試驗檢測合格，符合設計要求，該施工工藝無降低樁的承載力。(2). 每個承臺的動力檢測試驗同樣檢測合格。(3). 對已沉鄰樁進行檢測，施工過程未造成鄰樁上浮。5. 結語“水氣混合射流”配合靜壓進行沉樁，使靜壓管樁穿透厚度較大、擊數(shù)較高的砂夾層成為可能，并避免因沉樁擠壓地基隆起和已沉鄰樁擠壓上升，又能防止沉樁震動鄰近建筑物.