微型钢管桩在深厚杂填土层中的工程应用

王岩秋

（山东国信环能集团股份有限公司，山东德州 253000）

1 工程概况

1.1 建筑物概况

某电厂新建中水处理工程实验楼（共4 层），层高3.6m，东西向长度36.0m（等分为6 个开间），南北向进深18.0m（柱距为6.0m+6.0m+6.0m）。

1.2 工程地质条件

根据岩土工程勘察报告的建议，杂填土及素填土均不宜作为基础的持力层。本单体层数为4 层，最大的单柱荷载标准值为1937kN，结合工程实际及经济因素，对深厚杂填土未采用挖除或注浆措施，拟采用微型钢管桩穿透杂填土，桩端进入中风化石灰岩，桩侧进行后注浆改善杂填土性能。

1.3 微型钢管桩施工工序

定位→埋设护筒→钻机就位→成孔→清孔→下钢管（后注浆管对称焊在钢管两侧，除顶部2m 不加工外，沿注浆管径向4 个φ6 孔均匀布置，长向间距500mm 加工成花管）→一次砂浆（灰砂比为0.3，待孔口冒浆后提升注浆管至孔口下3～4m 深度补浆）→二次注浆（一次注浆初凝后，采用1～1.5MPa 压力向后注浆管压入纯水泥浆）。

2 微型钢管桩优点及其加固机理

2.1 微型钢管桩优点

微型钢管桩除具有普通微型桩的优点之外，有以下自身的特点：①桩身抗弯刚度大：桩身加筋为钢管，用于以水平力为主的的支挡结构及边坡支护时，表现出很好的适用性。②无断桩现象：软土地区施工时，由于土体较软易出现塌孔，所以桩的截面积减小更有甚者桩身截面无水泥砂浆即断桩，对其承载力影响较大。微型钢管桩由于钢管的连续性不会出现断桩，即便出现塌孔的现象，钢管及内部的水泥砂浆依然能够能够将荷载传递至更深土层，且微型桩一般采用后注浆的工艺，桩周土层经过后压浆可以得到改善，所以缩径或塌孔对其承载力亦不会出现很大的影响。③桩身材料确定的承载力高：微型钢管桩桩端为岩石的情况下，可将桩置于岩石，基桩作为嵌岩桩，充分发挥其桩身材料确定的承载力高这一优点。

2.2 微型钢管桩加固机理

（1）桩间土的改良作用：桩体一般需进行后注浆，后注浆液在压力作用下向桩身四周扩散，桩身直径类似于形状复杂的“多节扩孔桩”。

（2）复合桩基的作用：当基桩与周围土体共同承担上部结构荷载时，桩体和桩间土的变形模量的差异性，基底应力会向桩体集中，因此，基桩的存在使得基底下一定深度范围内土层中的附加应力减小，从而也就减少了变形计算深度范围内的土层在附加压力下产生的压缩变形。

（3）桩侧摩阻力的提高作用：微型钢管桩在最后成桩前要进行高压后注浆，且压力需保持一段时间，以确保高压后注浆液能够强制充填进入桩身侧壁与桩周土层接触不良之处。

（4）微型钢管桩本身构造和钢管混凝土类似，桩身钢管内部水泥砂浆会受到钢管约束的作用，另外，高压后注浆改良了桩间杂填土的性能，使得杂填土对桩身也能提供一定的侧向约束作用。

3 桩基设计

本工程柱下采用五桩承台，结合岩土工程勘察钻孔的布置，选取三处钻孔土层参数作为计算依据，桩身计算数据如下：P1 桩长 11.0m，P2 桩长 14.3m，P3 桩长 11.4m；桩径均为 220mm，孔内下放 φ127 钢管（Q235B，壁厚 δ=5mm），桩身砂浆 M20，桩端入岩0.6m。基桩承载力计算参数如下：嵌岩深径比hr/d=0.6/0.22；Ap=0.037994m2；ψc=0.7；fc=9.6MPa；fy=215MPa；As=0.0019m2。

根据JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》（以下简称《桩基规范》），取下列二者计算的较小值作为单桩承载力特征值：

（1）侧阻和端阻确定的承载力特征值：规范第5.3.9 条公式Quk=Qsk+Qrk=uΣqsikli+ζrfrkAp（偏于安全，设计暂不考虑杂填土经后注浆改善所提供的侧阻力）。

表1 桩基规范公式算法-单桩承载力特征值（单位：kN）

（2）桩身材料确定的承载力特征值：规范5.8.2 条公式N≤ψcfcAps+0.9f′vA′s。

根据表1，单桩承载力特征值Ra=min{Quk/2，N/1.35}=462kN，设计偏于安全取Ra=400kN 作为单桩承载力特征值，因此五桩承台能够满足上部结构的承载力要求。

4 现场静载荷试验及桩身压缩量计算

根据JGJ106-2014《建筑基桩检测技术规范》（以下简称《基桩检测规范》）第3.3.1 条，基桩施工完毕，选取三根工程桩做桩基静载试验，根据《基桩检测规范》4.1.3 条加载须达到2Ra即800kN，因此三根受压试桩材料调整如下：水泥砂浆M30，钢管采用φ127 钢管（Q235B，壁厚δ=10mm）。根据上述计算公式Ra=（0.7×14300×0.037994＋0.9×215000×0.0036738）÷1.35=808.3kN。

基桩平面布置简图见图1。

图1 桩位平面布置

根据设计图纸，试验单桩承载力特征Ra=400kN，试验反力由锚桩提供。试桩为工程桩，所以加载至800kN 时终止。试桩的p-s曲线见图2。

图2 试桩 p-s 曲线

试验结果分析：P1、P2、P3 的p-s 曲线均为缓变型；桩顶荷载增大，桩顶沉降同时增加；试桩所施加荷载终止值均为800kN，桩顶沉降量最大值为1.93mm。

本工程微型桩桩端嵌岩，杂填土未经注浆的情况下，可根据《桩基规范》第5.5.14 条按照单桩计算桩身的压缩Se=ξeQjlj/EcAps，其中ξe=1.0、Qj=800kN，试桩其他参数见表2。

表2 桩身弹性压缩量Se 计算

综合沉降实测值及桩身弹性压缩理论值比较分析，可以推测：桩周杂填土经过桩侧高压后注浆后，性能得到明显的改善，竖向受压荷载作用下能提供桩侧阻力。

5 结论

（1）桩端嵌岩情况下，单桩荷载-沉降曲线是缓变型，桩土相对位移小，桩侧阻力发挥的程度尚需研究，工程设计偏安全可按嵌岩桩；

（2）荷载施加至2Ra时，最大桩顶沉降量1.93mm，因此，今后微型钢管桩的设计时，可考虑以结构允许的桩顶沉降量最大值对应的荷载作为Ra；

（3）微型钢管桩一般需后注浆，高压浆液通过后注浆管向四周土层渗透或产生劈裂注浆现象，可改善桩周杂填土特性，建议计算Ra时即可考虑杂填土的侧阻力。