沈阳市静压管桩与长螺旋钻孔灌注桩的对比研究

安文强

沈阳建筑大学 辽宁 沈阳 110000

正文：

一、选题背景及应用价值

目前在我市市场上长螺旋钻孔灌注桩与静压管桩已成为两大主要趋势。本次研究的目的是对比分析沈阳市区已施工完成的使用静压桩基和长螺旋钻孔灌注桩的两种桩基础形式的工程实例，能够明确在选择桩基础类型时需要考虑的相关因素。同时了解两种桩型的使用条件，优点及不足，并就造价进行比对，这样有利于为建设者提供参考数据，最后在不影响工程质量的前提下，能够节约成本。

二、研究现状及发展趋势

预应力混凝土桩已经应用并发展一百多年了的时间了，管桩及预应力管桩的发展也已经经历了有40-60年的时间了。管桩经过最近30年代的迅猛发展，无论在生产工艺还是在产品质量上已经发展到了一定的规模。

上个世纪40年代率先在美国出现钻孔灌注桩。经过30年的发展，钻孔桩的使用区域扩展到全球各地，使用量每年都在持续增加，成为常用桩型。长螺旋钻孔灌注桩成桩工艺是一种新发展并得到广泛应用的施工方法，是在我国国内近期使用频繁的施工工艺，建筑桩基及用于基坑支护的支护桩都可以使用。

近年来一些新的桩型和施工工艺的有了推广，其中有代表性的有以下几种：后注浆灌注桩、挤扩支盘桩、搅拌劲芯桩、大直径筒桩、预应力竹节管桩、预制空心方桩、咬合桩、槽壁桩、超长桩等。今后灌注桩的发展方向是大直径、高承载力的桩。

三、主要研究内容、理论依据

3.1 基础设计方案技术经济比较的主要步骤

1、根据建筑物对基础承载力及沉降的要求,讨论出符合基本条件的设计方案。

2、从初步确实2-3个备选方案，这些初选方案要能满足方案的最基本的要求。

3、确定建设单位进行方案评价的侧重点。

4、策划方案评估流程，对接流程过程中需要介入的各方人员。

5、具体实施方案评估流程。

6、对方案进行更深入的探讨分析。

7、综合各方面影响因素考量备选方案，确定最优方案。

3.2 静压预应力管桩的施工要求

1、场地平整；将地表的杂物进行清理，整平，有必要时使用压路机将地面土压实。

2、试压桩：在正式施工前，要进行试压桩。目的是为了确定桩基施工的各项施工参数。

3、测量定位：根据建设单位提供的控制点位置，确定桩点的定位。

4、成品检查：在管桩进场后，对进场的管桩进行实地检查。

5、吊桩插桩：在准备吊桩进行施工时，为了保证施工的有序进行，要对各段桩进行编号，根据编号顺序进行吊桩。桩的垂直度要采用经纬仪来控制。

6、校正垂直度：在入土50-80cm停止压桩，然后进行垂直度调校。

7、压桩：通过操作台上的压力表来控制压桩力的大小，通过压力表可以判断是否压桩过程中遇到障碍物或造成断桩。

8、接桩：目前最常用的接桩方法有焊接、法兰连接及硫磺胶泥锚接三种。分段接桩时，应该尽量采用2段接桩，不应多余3段。

9、送桩：使用送桩器时，送桩器与管桩断面之间设置有弹性的纸垫，保证均匀受力。

10、终压：控制指标为标高，在首先保证标高的前提下，控制桩压力。

11、装卸、堆放：管桩的堆放长度要进行平整，夯实。

3.3 长螺旋钻孔灌注桩施工工艺

1、桩位放样：施工进场后，根据建设单位提供的控制点，施放桩位点。

2、钻机就位：钻机就位前要做好测量放线工作，确定正确的桩位，请甲方及监理验线。

3、钻孔：根据施工土层的不同，采用不同的钻进速度。

4、泵送混凝土：钻机钻至设计标高后，通过钻头开始泵入混凝土，边提钻边灌注。

5、吊放钢筋笼：当桩孔较长时，要采取措施防止钢筋笼在起吊过程中发生弯曲。

6、成桩保护：在施工完桩体24小时后，才可以进行清土施工。

四、静压管桩工程实例

4.1 工程概况

中海城项目三期01A地块一区静压桩基础分包工程施工，工程位于沈阳市荷兰村赤山路南侧和西江街西侧，建设单位为沈阳中海新海汇置业有限公司。拟建建筑物为商住楼，总建筑面积约230700m2。本工程采用静压桩基础工程，PHC500（AB125）工程，PHC-AB型静压桩桩径500mm、壁厚125mm，单桩竖向承载特征值2000kN。

静压管桩施工图

4.2 设计方案参数计算

本论文以1#楼为例，1#楼采用桩基础，桩采用静压桩基础工程，场地±0.000为42.700mm，工程桩桩顶标高为-4.4m，桩端持力层为第5层砾砂层，桩端进入持力层至少2米，单桩承载力特征值为2000KN。

4.2.1 静压管桩计算

根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008中5.3.5式，当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，按下式进行估算：

静压管桩（钻孔压灌桩）侧阻力及端阻力特征值

以1#楼50#桩为例，桩顶标高为-4.4m，桩长20m，桩身范围内土层，从上到下依次为：粉质黏土②（2.3m）、粉质黏土③（1.8m）、粉质黏土③（1.6m）、中粗砂（6.8m）、砾砂（7.5m）

d1=500-2*125=250mm

Aj=π/4（d2+d12）=3.14*（500*500-250*250）/4=147187.5mm2

Ap1=πd1

2/4=3.14*250*250/4=49062.5mm2

Hb/d1=7.5/0.25=30＞5 λp=0.8

Qu=Qs+Qp=u∑qsili+qp（Aj+λpAp1）

=3.14*0.5*（2.3*24.3+1.8*27.3+1.6*25.5+6.8*32.5+70*7.5）+39 00*（0.147+0.049*0.8）=2126.35kN满足单桩承载力特征值＞2000kN的要求。

4.2.2 长螺旋钻孔灌注桩计算

假设采用直径600mm长螺旋钻孔灌注桩，桩长17米：

Qu=Qs+Qp=u∑qsili+qpAp

=3.14*0.6*（2.3*24.3+1.8*27.3+1.6*25.5+6.8*32.5+70*4.5）+3100*3.14*0.6*0.6/4=2160.63kN满足单桩承载力特征值＞2000kN的要求。

1、由以上计算结果可知，采用静压管桩和长螺旋钻孔灌注桩都可以满足承载力要求，选定为静压管桩和长螺旋钻孔灌注桩作为备选方案。

2、由于该项目的工期要求为25天，预应力混凝土管桩由工厂预制完成，不需要进行混凝土养护，能够节约工期，所以采用静压管桩能够满足工期要求。

3、采用静压管桩的造价约为220元/m*20m=4400元，采用长螺旋钻孔灌注桩的造价约为3.14*0.3*0.3*17*1100=5284.62元，采用长螺旋钻孔灌注桩的造价比静压管桩的造价。

4、由于该项目规划在冬季施工，若采用长螺旋钻孔灌注桩，混凝土施工要增加外加剂等冬季施工费用。所以冬季施工决定了该项目采用静压管桩施工能满足要求。

五、长螺旋钻孔灌注桩工程实例

5.1 工程概况

华润置地长白置地广场二期桩基础工程，工程位于沈阳市和平区长白岛，长白北路南侧，东临南京南街，南侧为长白置地广场项目一期，西邻和康街，建设单位为华润万家置业（沈阳）有限公司。华润·长白置地广场二期占地面积约2.6万平米，建筑面积约16.9万平米，分商业裙房及两栋LOFT塔楼。

长螺旋钻孔灌注桩施工图

5.2 设计方案参数计算

以长白置地广场二期地块8#公寓为例，本工程采用螺旋钻孔压灌混凝土桩，桩径600mm，桩长25.0m，桩数346根，单桩承载力特征值为3000kN，桩身采用C30混凝土，钢筋HPB300级及HRB400级，钢筋保护层厚度桩身主筋为70mm，桩端持力层为10层砾砂，端阻力特征值为qpa=3000kpa，桩侧土层主要为8层圆砾，桩侧阻力特征值为qsa=67kpa；8-1层砾砂，桩侧阻力特征值为qsa=67kpa；9层粗砂，桩侧阻力特征值为qsa=37kpa，桩端进入持力层不小于1000mm，地基基础设计等级为甲级。

桩基础承载力参数特征值一览表

5.2.1 长螺旋钻孔灌注桩计算

以8#勘察孔为例，桩顶标高为29.90m，桩长25m,桩身范围，从上到下依次为：

素填土（3.6m）、圆砾⑥（3.9m）、圆砾⑧（3.4m）、砾砂⑧1（5.5m）、粗砂（4.5m）、砾砂⑩（4.1m）

直径600mm长螺旋钻孔灌注桩，桩长25米：

Qu=Qs+Qp=u∑qsili+qpAp

=3.14*0.6*（2.6*（-10）+3.9*67+3.4*67+5.5*67+4.5*37+4.1*68）+3000

*3.14*0.6*0.6/4=3253.48kN

5.2.2 静压管桩计算

若采用静压管桩，桩型采用PHC-AB500（125）-28，则

d1=500-2*125=250mm

Aj=π/4（d2+d12）=3.14*（500*500-250*250）/4=147187.5mm2

Ap1=πd1

2/4=3.14*250*250/4=49062.5mm2

Hb/d1=4.1/0.25=16.4＞5 λp=0.8

Qu=Qs+Qp=u∑qsili+qp（Aj+λpAp1）

=3.14*0.5*（2.6*（-10）+3.9*67+3.4*67+5.5*67+4.5*37+7.1*68）+3900

*（0.147+0.049*0.8）=3051.19kN

采用静压桩也能够满足承载力要求，但是由于该项目地质土层主要为粗砂层及圆砾，并且部分穿越岩层有部分有砾石夹层，不适用于静压管桩。

六、影响基础方案选择的各种因素

1、工程地质条件的限制

对于静压管桩，当穿越土层中有砾石夹层或者桩端持力层为软质岩石和风化岩石时，静压管桩是不适用的，在这种情况下可以使用长螺旋钻孔灌注桩。

2、基础工程的承载力问题

通过以上两个工程实例，静压管桩及长螺旋钻孔管桩由于适用的土层区别不大。设计院出于对承载力及与上部结构形式相适应的目标考虑，两种桩型都会考虑使用。

3、基础工程的造价问题

建设单位出于建设成本考虑，倾向于选择造价低的施工方案。但是造价考虑有时候不仅仅是单体结构的造价考虑，而是从整个项目的具体运作周期，市场等因素综合考虑。

4、施工因素与工期

管桩进场后，不需要进行养护，这样将很大程度上节约工期。在冬季施工时，冻土层不太厚的情况下，可以继续进行施工。

5、对环境的影响问题

静压管桩符合安全文明施工的要求，而长螺旋钻孔灌注桩作为取土桩，在成桩过程中。