静钻根植竹节桩在沿海工程中的应用研究

李 鹏，裘国荣，董国洲

（浙江宝业建设集团有限公司，浙江 绍兴312028）

静钻根植竹节桩全称静钻根植先张法预应力混凝土竹节桩，施工过程中先钻孔，钻至持力层后扩孔，然后喷浆搅拌形成水泥土，再将预制管桩和竹节桩植入到充满水泥浆的钻孔中形成基桩。静钻根植竹节桩采用了桩周、桩端注浆的方式，并对桩端进行扩底处理，兼具钻孔灌注桩和预制桩的优点［1］。静钻根植竹节桩与钻孔灌注桩相比，可降低泥浆排放约50%［2］，节能环保；与预制桩相比，无挤土，低噪音。

静钻根植竹节桩桩顶竖向荷载由预制桩承担，桩侧由于水泥土的存在，即使钻孔成桩，也没有削弱桩侧摩阻力的影响；同时，桩端又由于扩底和水泥浆的加固，还大大提高了桩的端部承载力。因此，静钻根植竹节桩已经完全改变了预制桩作为摩擦桩，扩底桩作为端承桩的性质，兼具了摩擦桩和端承桩的优点［3］。

1 工程概况

1.1 基本概况

浙江沿海某学校工程位于温州瓯海区茶山街道，由8幢2～4层的单体建筑组成，局部地下室1层，工程重要性等级为二级，场地等级为二级，地基等级为二级。

1.2 土层分布

该工程建设场地地形平坦，为浙东南沿海平原地貌；场区上部分布有较厚淤积软土，中间分布不均匀卵石夹层，深部分布不均匀厚度的中砂层。勘察范围内场地土层力学性质见表1。

表1 土体力学性质参数

1.3 土层特点

1）场地上部均匀分布层厚约为20 m的淤泥层，该土层物理力学性质较差，强度很低。

2）场地地面以下约30 m处分布卵石夹层，卵石层土质情况复杂，部分位置夹厚度不均的黏土层和含砾粉质黏土，夹层的厚度约为0.30～3.70 m，含泥量大。卵石层层厚为2.70～6.80 m，分布极不均匀。

3）卵石层以下分布土层为软弱下卧层黏土层，黏土层的压缩模量不到卵石层的1／5，可判断为软弱下卧层。

4）场地地面以下约70 m处分布中砂层，中砂层层厚0.70～7.30 m，以下分布黏土层，该黏土层与中砂层力学性质、桩基承载力性质基本相同。

2 设计分析

2.1 设计方案比较

根据现场实际地质条件，提出三种桩基设计方案可供选择，分别是：1）采用以⑥3中砂或⑦1黏土为持力层的钻孔灌注桩；2）采用以③3卵石层为持力层的静钻根植竹节桩；3）采用以⑥3中砂或⑦1黏土为持力层的静钻根植竹节桩。三种设计方案各有优缺点，类比见表2。

表2 方案比较

钻孔灌注桩施工工艺成熟，易保证施工质量。相比于钻孔灌注桩，静钻根植竹节桩泥浆少、噪音小、环保，但在本地区内应用较少，施工经验不足。

若采用以卵石层为持力层的静钻根植竹节桩，由于卵石层厚度极不均匀，部分位置夹厚度不均的黏土层和含砾粉质黏土，施工中无法精确保证桩端进入持力层的深度以及持力层以下的端承厚度，因此该土层对成桩质量和沉降都易产生不利的影响。

本工程为学校工程，为了不影响周边学校师生的正常教学，确保工程桩施工质量和进度，同时兼顾环保和经济效益，决定采用以中砂或黏土为持力层的静钻根植竹节桩。见图1。

图1 竹节桩设计示意

2.2 试桩计算

由于静钻根植竹节桩为新桩型，且在温州地区应用较少，根据标准要求，确定了6根设计试桩。

根据浙江省省标《静钻根植桩基础技术规程（DB33／T 1134—2017）》［4］和浙江省图集《静钻根植先张法预应力混凝土竹节桩（2018浙G37）》［5］的计算公式，计算出两类不同桩长的静钻根植竹节桩的摩阻力和端承力，从而分析该桩的本质和桩型，为施工质量控制提供依据。两类静钻根植竹节桩的承载力验算见表3。

表3 承载力验算

当桩端持力层为中砂层或黏土层时，中砂层厚薄不均，成桩过程中以电流控制为主，但中砂层和其下黏土层的力学性质较为接近，弹性模量差距不大，钻孔过程中较难判定是已进入中砂层还是黏土层。因此，表3中计算过程中长桩的极限桩端阻力标准值取黏土层的极限桩端阻力标准值，折减系数也取黏土层的折减系数0.5。

从表3中的计算结果分析，长30 m左右，以卵石层为持力层的静钻根植竹节桩的摩阻力仅占总承载力的25%左右，而端承力占75%左右，是典型的以端承为主的摩擦端承桩，成桩过程中应该以控制进入持力层的深度为主，验证了浙江省省标和图集的说法。当静钻根植竹节桩的桩长增加到70 m左右，且持力层为相对较弱的中砂层或黏土层时，摩阻力占总承载力的80%左右，而端承力仅占20%左右，静钻根植竹节桩的本质已从摩擦端承桩转变为端承摩擦桩，成桩过程中应该以桩长和标高控制为主。

2.3 静载试验结果

6根试桩的单桩竖向抗压静载试验结果见表4。

表4 试验结果

试验结果中，6组数据均达到了设计和标准的要求。

3 施工中存在的问题

在本次试桩施工过程中，存在的主要问题是施工慢，预制管桩和竹节桩难以正常植入。前期施工完成的基桩中，S1试桩桩顶超出2.6 m，S5试桩桩顶超出2.4 m，对于承载力和后期的截桩都造成了较大的影响。

根据现场的成桩实际问题，分析认为主要原因有以下几点：

1）卵石层施工中易随着钻孔沉入孔底，和水泥浆复合作用形成强度较高的扩大头，因此桩无法顺利下植到设计标高。同时钻头碰到直径较大的卵石时，钻杆发生偏移，桩垂直度及桩位偏差也无法准确保证。

2）基桩钻孔深度为67～69 m，单节钻杆长度为7～15 m，导致钻孔、修孔、注浆时间过长，接杆次数均为5～6次，每次接钻杆时间约20 min，桩底水泥浆易达到初凝状态，植桩无法到位。

3）工程现场仅配备一台桩机，负责基桩的钻孔及下桩，钻孔和植桩的整体时间很长，水泥浆初凝后已达到一定的强度，对植桩过程形成不利影响。

4 解决措施

针对静钻根植竹节桩在工程中的应用特点和问题，采取了以下的的技术措施和管理措施：

1）埋设2组钢护筒，提前进行两组两节桩的预焊接，上部第一、二节为一组，中部第三、四节为一组，正式接桩时，减少到了2个焊接接头，比原先的4个焊接接头减少了2个；同时，减少接桩的起吊次数2次，共用时减少约50%，基本能保证预制桩在底部扩大头水泥浆凝固前根植到位。见图2。

图2 预成孔预接桩

2）增加桩机动力头，单动力头施工过程中，需要进行多次的钻杆安拆工作，采用双动力头装置后，将所需全部长度的钻杆分成两截预先接长并一直吊装在桩机上，使用过程中，将桩机旋转并接上钻杆即可，省略了很多钻杆吊放和接长的工序，不需要动力头进行转换，从而大大提高了施工效率，降低了开始注浆至开始植桩的时间间隔，确保植桩在桩端水泥浆初凝前就能开始进行。见图3。

图3 双动力头

因桩机重达200 t，吨位较大，移动走位困难，仅靠一台桩机同时进行钻孔和植桩，工作效率低下。每根基桩施工同时配备一台钻孔机和一台植桩机，可保证钻孔和植桩工序流水进行。见图4。

图4 液压式钻孔机和植桩机配套

3）浙江省省标中规定钻孔深度允许偏差为＋300 mm，钻孔过程中，中间土层的大块卵石无法清理出孔，基本掉入了孔底，和水泥浆混合凝固，变成了类似于一定强度的混凝土。若植桩偏慢或卵石掉入过多，则往往造成无法根植到位的情况。每根桩施工前，应仔细查阅地勘报告该处的土层分布情况，根据卵石层的厚度，适当加深钻孔深度。根据施工经验，钻孔加深长度为卵石层厚度的1／10。

根据桩机电流量及其持续时间判断卵石层的颗粒大小和厚度分布，扩底及修孔时增加扩底部位的修整次数，将卵石扫至桩径范围外的扩底部位，以免对植桩过程造成影响。

送桩器旋转送桩，桩中心点随着旋转发生改变，桩的水平位置也随之改变。采用静载桩机压桩至设计桩顶标高，确保桩的垂直度和水平位置始终保持不变。

5 结 语

通过对静钻根植竹节桩在温州沿海软土地区的试桩应用，经对静钻根植竹节桩的特点及适用性进行分析，得到以下结论：

1）静钻根植竹节桩兼具了预制桩和钻孔灌注桩的特点，其桩型的确认取决于桩长和持力层的性质，施工过程中，质量控制应根据桩型来确定。

2）静钻根植竹节桩不适用于持力层薄而不均，且以下分布软弱下卧层的地质条件。

3）静钻根植竹节桩适用于具有较厚黏土层、粉土层或砂层且持力层比较均匀，厚度也能保证的地区，持力层厚度不宜小于6 m。

4）静钻根植竹节桩相比于钻孔灌注桩，单桩承载力增加了约25%，工期可减少约15%。

5）静钻根植竹节桩对地质情况要求较高，在沿海淤积软土地区中应用前应进行科学合理的设计，并进行严密的试桩检测，施工过程中要严格把控质量，才能体现出静钻根植竹节桩的优势。