浅谈TSC桩在塔吊基础中的应用

陈伟

(福州高新区投资控股有限公司， 福建 福州 350000）

1 概述

TSC桩全称预制高强混凝土薄壁钢管桩， 又称薄壁钢管离心混凝土管桩， 采用Q235B或Q345B的钢板 （钢带） 卷曲成型焊接制成的钢管内浇筑混凝土，离心成型， 混凝土抗压强度不低于80MPa， 具有竖向抗压承载力、 水平抗剪能力、 穿透力强以及成桩速度快等特点的新型管桩。 TSC桩是近年由国内自主研制开发的管桩， 这种新型管桩集钢管桩、 钢管混凝土桩、 离心混凝土管桩及离心钢纤维混凝土管桩的优点于一身， 正逐渐被建筑界人士认识并使用。

2 TSC桩的产品技术特点

按照截面外径 TSC 桩分为 400mm、 500mm、600mm、 800mm等规格， 按照产品采用的钢管材质牌号， TSC桩分为两种型号： 采用Q235B的为Ⅰ型， 采用Q345B的为Ⅱ型。

TSC桩与目前广泛应用的PHC桩相比具有以下特点。

单桩竖向承载力和水平抗剪承载力高： 行业标准JG/T 272—2010 给出了预制高强混凝土薄壁钢管桩桩身轴向承载力设计值， 以TSC-Ⅰ-400 -90 -6 -12为例， 其桩身轴向承载力设计值为3796KN， 而同直径同混凝土强度等级的PHC桩PHC400 -95 -A为2250KN， 前者比后者高出1.7 倍， 相当于直径700 的C30 灌注桩桩身承载力。 资料显示TSC桩的桩身抗侧弯能力好， 抗剪强度设计值大， 是同直径PHC桩的3 倍。

沉桩速度快、 穿透力强、 抗锤击能力强： 由于TSC桩外套钢管， 内注高强度混凝土， 其强度、 塑性和韧性远高于PHC桩， 因此打入容易度远优于PHC桩， 平均锤击数1000 -1200 击能顺利穿透地基较厚硬夹层。 无论采用锤击还是静压， TSC桩桩端都可以进入强风化岩层， 获得较高单桩承载力， 能较好地满足超高层建筑基础荷载较大的要求。

耐久性能好、 防腐蚀处理方便、 成桩质量优、应用范围广、 安全文明施工、 效益、 造价合理。

3 工程应用

3.1 工程概况

“福州高新区数字经济产业园9#地块建设工程”位于福州闽侯县上街镇马排村， 属住宅、 酒店、 办公及配套用房建筑。 项目总建筑面积为109522m， 其中地下室建筑面积为 30084m， 地上建筑面积为79428m。 总工期 21 个月， 由 2 栋 26 层住宅楼 （5#、6#楼）、 1 栋 7 层办公楼 （4#楼）、 一栋 25 层住宅及附属配套用房 （3#楼装配式建筑）、 1 栋19 层酒店及商业 （1#楼）、 1 栋 4 层商业 （2#楼） 组成， 共用四台塔式起重机， 地下为两层地下室。 因地下水位高，距原地面约4m， 工期短、 任务重， 为了加快施工进度， 设计塔吊承台位于地下水上部， 位于地下室负一层处， 为了确保施工安全， 因此塔吊基础采用 TSC桩基。

3.2 工程地质情况

本工程位于福建省福州市高新区内， 施工原始地形属河流冲积平原地貌。 场地位于乌龙江西侧， 高崎河的东侧和北侧， 场地地形较为平坦， 已基本整平。场地现状标高为罗零高程系统5.54 ～9.18m， 场地整平标高约为罗零高程系统8.00m。

场地东侧隔高新大道为在建的融侨马排02 地块工程； 西侧为福州清华紫光科技园； 南侧现为荒地；北侧为在建的福建万山新能源技术有限公司总部大楼工程。 场地内现为荒地， 大部份区域以粘性土、 砂以及碎石、 水泥等建筑垃圾回填而成， 回填时间大约在5 年以内。 经勘探揭示， 场地岩土层除表层杂填土外，第四系地层主要为中砂、 淤泥质土 （夹砂） 和碎卵石层， 基底为花岗岩及其风化产物。 勘察揭示的岩土层自上而下划分为①杂填土、 ②-1 中砂、 ②-2 中砂、③淤泥质土 （夹砂）、 ④中砂、 ⑤碎卵石、 ⑥砂土状强风化花岗岩、 ⑦碎块状强风化花岗岩。 另局部分布有③-1 中砂、 ⑥-1 碎块状强风化核、 ⑥-2 中等风化核和⑦-1 中等风化核等亚层或夹层。

各岩土层现分述如下。

1） ①杂填土 （Q4ml）： 褐黄色、 灰褐色， 松散～稍密， 场地表层局部区域为30 ～50cm耕植土， 含有丰富的植物根系。 大部分区域以粘性土、 砂以及碎石、 水泥砌块等建筑生活垃圾堆积而成， 局部夹有块石、 砖、 石等， 硬杂质含量约 10% ～25%， 堆填时间大约在5 年以内。 预应力管桩极限侧阻力标准值qsik=25KPa， 极限端阻力标准值 qpk =0KPa； 2） ② -1中砂 （Q4al）： 灰黄、 饱和、 稍密和中密、 局部松散，冲积成因， 以石英中砂为主， 含细砂、 粗砂、 砾砂等， 分选较差。 预应力管桩极限侧阻力标准值qsik =70KPa， 极限端阻力标准值 qpk =0KPa； 3） ② -2 中砂 （Q4al）： 灰黄、 饱和、 中密、 密实， 冲积形成，以石英中砂为主， 含粗砂、 细砂、 砾砂等， 分选较差。 该层标准贯入试验击数N实测值16 ～33 击， 平均值24.27 击。 预应力管桩极限侧阻力标准值qsik =80KPa， 极限端阻力标准值 qpk =3500KPa； 4） ③淤泥质土 （夹砂） （Q4m+al）： 深灰色， 饱和， 流塑，淤积、 冲积形成， 含腐殖质、 烂木、 云母片等。 预应力管桩极限侧阻力标准值qsik =25KPa， 极限端阻力标准值 qpk =0KPa； 5） ③ -1 中砂 （Q4al）： 深灰、浅灰色， 饱和， 中密， 冲积成因， 以石英中砂为主，含粉砂、 粗砂等， 分选差。 标准贯入试验击数N实测值25 击 （1 次）， 厚度为 3.20m。 预应力管桩极限侧阻力标准值qsik =75KPa， 极限端阻力标准值qpk =0KPa； 6） ④中砂 （Q4al）： 深灰、 浅灰色， 饱和， 中密， 冲积成因， 以石英中砂为主， 含粉细砂、 粗砾砂等， 分选差， 预应力管桩极限侧阻力标准值qsik =80KPa， 极限端阻力标准值 qpk =6000KPa； 7） ⑤碎卵石 （Q4al+pl）： 灰黄色， 饱和， 中度密为主， 局部松散或密实， 冲洪积成因， 卵石颗粒约占50.31%～63.99%， 充填物以砾砂、 粗砂及粘性土为主， 其中， 砾砂约占 8.06% ～16.06%， 粗砂约占 6.12% ～12.25%， 中砂约占 4.39% ～9.06%， 细砂约占2.50% ～6.45%， 细粒土约占 6.09% ～19.97%， 充填较密实， 级配较好， 分选差， 一般粒径在2 ～10cm，少量为10 ～15cm， 个别粒径大于100cm。 预应力管桩极限侧阻力标准值qsik =140KPa， 极限端阻力标准值qpk=10000KPa； 8） ⑥砂土状强风化花岗岩 （γ53）：浅黄色、 浅绿色， 母岩为花岗岩， 散体状花岗结构，岩体的结构体已大部分被破坏， 矿物质成分已显著改变， 岩芯风化严重， 呈砂土状， 局部夹有大量的碎屑状颗粒， 岩芯用手易掰开， 遇水易软化、 崩解， 岩石基本等级为V级。 未见临空面、 破碎岩体、 洞穴及软弱夹层。 该层标准贯入试验击数N实测值54 ～78 击，平均值64.54 击。 部分地带 （ZK21#） 层中见⑥ -1碎块状强风化核， 岩体性质与⑦碎块状强风化花岗岩相同， 厚度为0.40m。 部分地带 （ZK34#） 层中见⑥-2 中等风化核， 岩体性质与⑦-1 中等风化核相同，厚度为0.40m； 9） ⑦碎块状强风化花岗岩 （γ53）：浅灰色， 母岩为花岗岩， 主要成分为石英、 长石， 含少量黑云母和角闪石， 中细粒花岗结构、 块状构造，岩体结构已大部分破坏， 矿物成分变化明显， 风化裂隙发育完全， 呈碎块状， 岩芯用手易折断， 遇水易崩解， 岩体为极破碎完整程度， 岩体为软岩坚硬程度，岩石为V级基本质量等级。 未见临空面、 破碎岩、 体洞穴及软弱夹层。

3.3 塔吊地基基础设计方案分析与确定

根据湖北江汉建筑机械工程有限公司的QTZ80（变频） （TC5613A-6） 型塔式起重机厂家提供的基础受力情况， 其最大倾覆弯距M=2285KN.m， 塔机自重标准值： Fk=550kN

塔吊标准节为1.6m×1.6m×2.5m。 塔吊基础采用4 根 TSC-I-500 -100 -10 管桩， 桩间距为4.00m， 上 设 承 台， 承 台 平 面 尺 寸 为 5000mm ×5000mm×1400mm（承台混凝土强度C30P6、 基础垫层混凝土强度C20）， 承台面筋底筋为C20@200， 拉筋为 φ10@400。

TSC管桩是预制高强混凝土薄壁钢管桩， 采用牌号为Q235B的钢板经卷曲成型焊接制成的钢管内浇筑混凝土， 经离心成型， 混凝土抗压强度不低于80MPa， 具有承受较大竖向荷载和水平荷载的新型基桩制品。 TSC-I-500 -100 -10 管桩直径 500mm、 桩壁厚度 100mm、 钢管厚度 10mm， 桩身极限弯矩为725。

静压管桩的施工要点及操作工艺。

1） 场地平整后放线定位， 并会同技术人员对现场的轴线及桩位点进行核验； 2） 使用管桩的品种规格必须符合设计的要求， 桩机的夹持部位应满足管桩截面形状要求且桩身不发生夹裂破坏等现象； 3） 送桩器端面与管桩顶面接触应平整， 中心轴线与送桩器垂直， 喂桩时， 管桩合缝位置两侧桩身或桩身钢模对接位置应避开直接接触夹持机构， 第一节带有桩尖插入地面0.5 ～1.0m时应严格调整桩的垂直度， 偏差不得在于规范的要求的0.5%， 验收合格后继续施工；4） 当进入较硬土层后， 禁止通过挪动设备等方法强行纠偏， 每根桩连续一次施工底， 接桩、 送桩需连续进行。

基坑土方开挖后， 应及时施工管桩水平支撑桁架， 支撑采用焊接连接 （应符合构造要求， 按规范施工）， 另外在底板下设置5.3m×5.3m×0.3m的C30砼板， 在管桩两边设300 ×400 的暗梁， 具体详见附图。 钢桁架施工后及300 厚混凝土板强度达到75%以上方可开始使用塔吊。

4 结语

通过建设、 施工等各方的努力， 目前数字经济产业园9 地块项目工程进展顺利， 主体结构施工中， 塔吊使用正常， 塔吊基础沉降及倾斜等均在允许规范范围内。 TSC桩在该项目中的成功运用， 为在沿海地质结构区推广使用TSC复合型桩基础打下良好的基础，也为工程进度、 质量、 安全等方面提升工程效益。