双层钢套管试桩施工关键技术

朱敏峰

上海市基础工程集团有限公司 上海 200002

1 技术背景

钻孔灌注桩是建筑领域最常见的桩基础形式之一，能在复杂环境下为上部结构提供较大的承载力。其单桩承载力主要由桩端阻力及桩侧阻力两部分构成，当桩端所在持力层为软土时，承载力主要由桩侧阻力提供。为确保桩基础的实际承载能力满足设计工况，一般要求进行试桩加载试验；但加载试验只能在地面进行，试桩桩顶标高位于地面，而实际桩顶标高应位于地下结构底板处，造成试桩环境同实际工况的差异，即试桩过程中多出了结构底板至地面部分的土体阻力。为修正这一影响，一般会在试桩试验中增大加载值，但在此过程中会产生一定误差。为克服上述问题，国内已研发钻孔桩静载荷试验双层钢套管技术，通过隔离桩顶设计标高以上的桩身与土体的接触，达到直接测试有效桩长范围的桩基承载力的目的[1-2]。本文将简单介绍双套管试桩的施工及加载技术，并分析其技术特点。

2 技术路线

2.1 双层钢套管构造

为实现隔离桩身与土体间摩擦的目的，在两者之间埋入双层钢套管，其构造特点主要包括：

1）内套管和外套管均为具备一定厚度的钢管，内套管内径略大于试桩直径，外套管内径略大于内套管外径。

2）内套管长度超过基坑开挖深度3～5 m，外套管长度等于基坑开挖深度。

3）内套管和外套管之间设有环形支撑肋板。

4）外套管底部与内套管之间设置环形橡胶止水带，且外套管底部收口与环形橡胶止水带密贴。

5）外套管顶端对应部位设置4个厚钢板的吊装孔及搁置点（图1）。

图1 双层钢套管剖面示意

双层钢套管应具备下列功能：

1）双层钢套管之间可自由滑动，以达到消除桩侧摩阻力的目的。

2）双层钢套管之间有可靠支撑，避免出现桩体失稳现象。

3）能防止混凝土在浇筑过程中进入双层钢套管之间，影响双层钢套管间自由滑动。

2.2 双层钢套管试桩工艺流程

双层钢套管试桩的施工流程同一般钻孔灌注试桩相似，具体过程如下：测量定位→钻进成孔至钢套管底部的安装深度，钻头半径应大于试桩半径与钢管壁厚之和→安装双层钢套管→重新开始成孔，钻头半径等于试桩半径→成孔完毕后吊放钢筋笼→混凝土灌注。同传统灌注桩施工流程相比，主要区别在于增加了钢套管的安装流程，以及需进行2次成孔且第1次钻头半径应大于试桩半径。

双层钢套管试桩的安装流程如下：

1）测量定位：成孔到位后，将周边泥浆清理干净，根据双层钢套管四边中点延长线的4个坐标点重新进行放线；桩孔四周铺设钢板，待后续双层钢套管吊至孔口位置时，用型钢与其固定。

2）双层钢套管吊装：在双层钢套管外套管顶端对应部位设置4个厚25 mm钢板的吊装孔及搁置点（图2）。在套管顶以下管长2/3位置设置1个辅助吊点，辅助吊点中心轴线必须和4个吊点及搁置点的其中1个处于同一直线。双层钢套管起吊采用履带吊一次性起吊安装到位，采用主副勾起吊形式，主勾安装于套管顶吊点，副勾安装于管长2/3位置的辅助吊点，以套管底与地面作为搁置点起吊并回直。

图2 双层钢套管吊点构造

3）双层钢套管固定：双层钢套管安装至孔口后按照设计标高要求，采用2根槽钢将双层钢套管与地面预埋钢板进行焊接固定。固定前必须检查套管垂直度及桩位中心，双层钢套管中心与桩位中心偏差控制在10 mm以内。固定完成后，套管周围采用黏土回填密实。双套管吊放及固定应连贯进行，套管固定垂直度要求为1/200，待垂直度合格后方可最终固定和采用小钻头继续成孔。

2.3 双层钢套管试桩静载荷试验

双层钢套管试桩加载试验同传统试桩的静载荷试验类似，可采用堆载法或反力架法。试桩开始前应切断双层钢套管顶部内、外套筒的环形封口顶板，使内、外套筒分离；试桩桩帽制作时注意桩帽不应同双层钢套筒发生接触。

3 工程案例分析

3.1 工程背景

某超高层建筑总用地面积24 770 m2，建筑面积306 490 m2，主要包括1幢59层办公楼、1幢3层文化中心、1幢4层商业、1幢25层酒店以及4层地下车库。采用双层钢套管技术对该建筑工程进行了试桩静载荷试验，以下将对试桩情况进行分析。

3.2 试桩概况

工程试桩包括抗压试桩及抗拔试桩这2种，共30组；其中PSYZ1型及PSYZ2型为破坏性试桩，各3根，具体参数如表1所示。

表1 试桩参数

试桩施工采用GPS-20设备成孔，双套管在场外加工制作，套管总长23.5 m，最大质量19.02 t。φ700 mm试桩外套管内径910 mm，内套管内径800 mm；φ1 000 mm试桩外套管内径1 210 mm，内套管内径1 100 mm；现场采用120 t履带吊进行双套管的安装作业，整个施工过程顺利，在桩身强度达到设计值后开始进行静载荷试验。

3.3 加载数据分析

现场采用反力法对试桩进行静载荷试验，具体试验数据如表2所示。

表2 试桩静载荷试验数据

从表2可以看出，上述试桩的抗压极限承载力均大于设计加载值。

静载荷试验期间还对外套管的沉降进行了观察，数据显示静载荷试验过程中外套管也发生了一定沉降，推测是由于桩身沉降造成周边土体一同产生了位移，其中PSYZ1试桩的套管沉降为15～25 mm，桩身沉降为43～61 mm；PSYZ2试桩的套管沉降为2～8 mm，桩身沉降为29～33 mm；观察上述数据可以发现套筒沉降明显小于桩身沉降数据，证明套管同桩身之间是分离的。

但是由于支撑肋及桩身垂直度的影响，桩身同外套管间仍会产生一定摩阻力，根据预埋桩侧摩阻力检测装置的数据，PSYZ1桩钢套管段的摩阻力在400～700 kN，PSYZ2桩钢套管段的摩阻力在300～500 kN。

4 双层钢套管试桩优势分析

4.1 试桩承载力的精确性

双层钢套管试桩技术的开发初衷是为了更准确地测定试桩的极限承载力。采用传统方法测算额外摩阻力的过程中，不可避免地会产生一定误差，因此设计为了在选取桩基承载力特征值时趋向保守。而双层钢套管试桩技术能够为设计提供更精确的桩基承载力特征值，有利于工程成本的控制。

4.2 加工及安装的便利性

双层钢套管试桩技术的整个施工流程同传统试桩相似，仅增加了钢套管的加工及吊装的工序，而钢套管的加工可以在工厂完成，因此整个操作非常简便，不会对施工进度造成影响，增加的成本仅有钢套管的材料及加工成本。

4.3 静载荷试验的简化

由于双层钢套管隔断了桩身同开挖面以上土体的摩阻力，因此降低了静载荷试验的最大加载值，减少的加载值一般同基坑开挖深度成正比，以本文背景工程为例，PSYZ1桩如果不采用双层钢套管技术则最大加载值需达到29 000 kN，增加7 000 kN。因此采用双层钢套管技术可以简化静载荷试验的过程，同时也降低了试验成本。

5 结语

双层钢套管试桩技术作为一种新型试桩技术，近年来已经得到行业的广泛认可，由于其能够提供更为精确的桩基承载力，因此容易得到设计方的欢迎。同时，其施工简便、成本低廉的特点，也得到建设方和施工方的认可。希望通过本文的介绍能为该技术的进一步推广使用提供经验。