静钻根植桩基础在上海地区高架桥梁工程中的应用研究
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极限承载 力 /kN
3 工程桩、试桩设计及施工 为充分验证静钻根植桩在上海地区的适用性， 研究 S26 公路中新艾祈江桥地面系统施工工程桩 12 根。此外，还在非原位处（S26 3D 标段 18 号墩 与 19 号墩之间）设置静钻根植试验桩 8 根，其中 S1、S2 为试桩，进行一系列检测试验 ；M1~M6 为锚 桩，用以提供反力。 3.1 工程桩、试桩设计 工程场地地基土为第四系松散沉积物，主要由 饱和黏性土、粉性土及砂土组成。按地基土地质时 代、成因类型、分布发育规律及工程地质特性，划 分为 9 个工程地质层。本次静钻根植桩工程桩端持 力层为 7-2 粉砂层。该层工程性质良好，埋藏适中， 呈密实状态，是良好的桩基持力层 [3]。本次设计的 工程桩和试桩均选用该层作为持力层。静钻根植桩 试桩设计情况见表 1。
1 研究背景 目前上海桩基市场的常用桩基形式为静压、锤 击法施工预应力管桩及钻孔灌注桩，其缺点在工程 实践中不断暴露出来。对于高架桥梁工程，锤击、 静压法施工预应力管桩不可避免使桩身受到不同程 度的损伤。 以上海 S26 公路东延伸（G15-G1501）新建工 程为例， 沿线地面以下 30 m 左右开始出现密实砂 层，施工困难，导致难以沉桩而需要截桩或者锤击 数过高，从而影响桩身的耐久性，对工程的长期安 全和使用性能具有不利影响。对于该大型工程，使 用钻孔灌注桩将消耗大量混凝土材料，且排放大量 难以处理的泥浆，不符合“节能减排”的要求。 静钻根植桩是一种新型组合桩基。它是用螺旋 钻先喷浆搅拌形成水泥土，达到设计深度 ； 然后将 竹节桩放入到充满水泥土的钻孔中形成组合桩。利 用桩周水泥土相对较大的表面积获得更大的侧摩阻 力，同时用预应力竹节桩承担上部荷载使桩身不易 发生破坏。因此，静钻根植桩结合预应力管桩桩身 强度大和水泥土桩侧摩阻力大的优点，且静钻根植
周振兴，闫兴非，张凯龙：静钻根植桩基础在上海地区高架桥梁工程中的应用研究
2017 年第 6 期
浆，边注浆边提钻。钻孔完成后依靠桩的自重将桩 植入设计标高，通过桩端及桩周水泥浆液硬化，使 桩与桩端及桩周土体形成一体。制成由预制桩身、 桩端水泥浆和土体共同承载的静钻根植桩基础 。 静钻根植桩施工流程示意图见图 2。
[2]
3.2 桩基施工 针对本次静钻根植桩的施工，共投入施工班组 1 个，施工作业人员 10 人，管理人员 3 人 ； 施工机 械 1 台（套） 。在施工前和施工过程中，进行周密的 施工质量控制方案设计，包括 ： 打桩流程安排、桩 机就位控制、桩机偏差质量控制、垂直度控制、钻 孔过程各参数控制、修孔各参数控制、焊接质量控 制，预埋孔施工、水泥用量控制、施工数据监控及 分析、钻孔过程与地质情况比较等。 该项目静钻根植桩施工过程中，每根桩施工前做 好桩位放样，由监理进行复核。钻孔、修孔、扩底及 注浆过程均严格按照设计要求进行，植桩时采用专有
图 1 静钻根植先张法预应力混凝土竹节桩实景图
收稿日期：2017-09-12 课题编号：科 10018KY 第一作者简介：周振兴（1961—），男，教授级高级工程师， 本科，主要从事桥梁工程设计工作。
静钻根植桩采用专用单轴钻机，按照设定深度 进行钻孔，桩端部按照设定尺寸（直径与高度）进 行扩孔。扩孔完成后，注入桩端水泥浆和桩周水泥 81
周 振 兴，闫 兴ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ非，张 凯 龙
[ 上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海 200125] 摘要： 静钻根植桩是一种采用埋入法施工的预应力预制桩基，在浙江等地区已广泛应用于商业建筑、民用建筑、 工业厂房等多种建筑物的基础，并取得良好的社会效益和经济效益。由于上海地区地质及工程条件与浙江沿海地 区有一定差异，目前针对该桩基的研究和应用还是空白。静钻根植桩具备质量控制点明确、易监控，材料消耗量少， 无泥浆排放及无噪声污染等优势。通过研究静钻根植桩在上海地区应用和试桩检测等工作，有效表明静钻根植桩 的施工质量可靠，具有良好的竖向抗压、抗水平承载能力和抗震性能，能够满足上海地区高架桥梁工程桩基的设 计要求，且经济效益突出；为该技术在上海地区的推广应用积累可靠经验和数据。 关键词：静钻根植桩；上海地区；工程桩；试桩；承载能力；质量控制 中图分类号：U443.15 文献标志码：a 文章编号：1004-4655（2017）06-0081-06
第6期 （总第 195 期） 2017 年 12 月 DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2017.06.022 CHINA MUNICIPAL ENGINEERING
Ｎｏ．６ （Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１９５） Ｄｅｃ． ２０１７
静钻根植桩基础在上海地区高架桥梁工程中的 应用研究
图 2 静钻根植桩施工流程示意图
预埋孔接桩技术，将总长 32 m 的静钻根植桩预拼接 好后一次植入桩孔内，保证焊接质量、冷却时间。对 施工过程中溢出的泥浆进行测算，体积约为钻孔体积 的 1.2 倍，及时掺加固化剂进行固化，固化的水泥土 用于 S26 沿线场地平整回填，实现无泥浆排放。 在工期方面，根据业主方要求，中新艾祈江桥 静钻根植桩原定工期为 12 d，实际施工时间为 9 d， 提前完成 ； 试验桩部分，静钻根植桩施工原定工期 为 8 d，实际施工工期为 8 d，按期完成。同时，根 据本次桩基施工的具体情况，总结 5 条在今后大规 模工程桩施工中可采取优化措施，以提高施工效率。 1）对地质情况进行全面了解，对施工过程中 的控制参数有定量控制资料，能够使施工过程更加 顺畅。 2）对每个工序进行优化，在确保质量的前提下 缩短工序时间，提高施工效率。 3）工程桩施工中采用流水作业方式，第一根桩 的拔杆过程与第二根桩的钻孔过程交叉进行，可减
工法施工能够大量减少泥浆排放量 [1]。 由此，基于上海 S26 公路东延伸（G15-G1501） 新建工程，为验证静钻根植桩的使用性能及在上海 地区地质条件下高架桥梁工程中的适用性，进行工 程桩施工应用和非原位试桩两方面研究，对静钻根 植桩的施工工艺、承载力、质量控制和技术经济指 标展开全方位论证。 2 静钻根植桩的特点及工法 静钻根植桩的类型有 ： 静钻根植先张法预应力 混凝土竹节桩，代号 PHDC（见图 1） ； 复合配筋先 张法预应力混凝土管桩，代号 PRHC ； 先张法预应 力高强混凝土管桩，代号 PHC。
3 工程桩、试桩设计及施工 为充分验证静钻根植桩在上海地区的适用性， 研究 S26 公路中新艾祈江桥地面系统施工工程桩 12 根。此外，还在非原位处（S26 3D 标段 18 号墩 与 19 号墩之间）设置静钻根植试验桩 8 根，其中 S1、S2 为试桩，进行一系列检测试验 ；M1~M6 为锚 桩，用以提供反力。 3.1 工程桩、试桩设计 工程场地地基土为第四系松散沉积物，主要由 饱和黏性土、粉性土及砂土组成。按地基土地质时 代、成因类型、分布发育规律及工程地质特性，划 分为 9 个工程地质层。本次静钻根植桩工程桩端持 力层为 7-2 粉砂层。该层工程性质良好，埋藏适中， 呈密实状态，是良好的桩基持力层 [3]。本次设计的 工程桩和试桩均选用该层作为持力层。静钻根植桩 试桩设计情况见表 1。
1 研究背景 目前上海桩基市场的常用桩基形式为静压、锤 击法施工预应力管桩及钻孔灌注桩，其缺点在工程 实践中不断暴露出来。对于高架桥梁工程，锤击、 静压法施工预应力管桩不可避免使桩身受到不同程 度的损伤。 以上海 S26 公路东延伸（G15-G1501）新建工 程为例， 沿线地面以下 30 m 左右开始出现密实砂 层，施工困难，导致难以沉桩而需要截桩或者锤击 数过高，从而影响桩身的耐久性，对工程的长期安 全和使用性能具有不利影响。对于该大型工程，使 用钻孔灌注桩将消耗大量混凝土材料，且排放大量 难以处理的泥浆，不符合“节能减排”的要求。 静钻根植桩是一种新型组合桩基。它是用螺旋 钻先喷浆搅拌形成水泥土，达到设计深度 ； 然后将 竹节桩放入到充满水泥土的钻孔中形成组合桩。利 用桩周水泥土相对较大的表面积获得更大的侧摩阻 力，同时用预应力竹节桩承担上部荷载使桩身不易 发生破坏。因此，静钻根植桩结合预应力管桩桩身 强度大和水泥土桩侧摩阻力大的优点，且静钻根植
周振兴，闫兴非，张凯龙：静钻根植桩基础在上海地区高架桥梁工程中的应用研究
2017 年第 6 期
浆，边注浆边提钻。钻孔完成后依靠桩的自重将桩 植入设计标高，通过桩端及桩周水泥浆液硬化，使 桩与桩端及桩周土体形成一体。制成由预制桩身、 桩端水泥浆和土体共同承载的静钻根植桩基础 。 静钻根植桩施工流程示意图见图 2。
[2]
3.2 桩基施工 针对本次静钻根植桩的施工，共投入施工班组 1 个，施工作业人员 10 人，管理人员 3 人 ； 施工机 械 1 台（套） 。在施工前和施工过程中，进行周密的 施工质量控制方案设计，包括 ： 打桩流程安排、桩 机就位控制、桩机偏差质量控制、垂直度控制、钻 孔过程各参数控制、修孔各参数控制、焊接质量控 制，预埋孔施工、水泥用量控制、施工数据监控及 分析、钻孔过程与地质情况比较等。 该项目静钻根植桩施工过程中，每根桩施工前做 好桩位放样，由监理进行复核。钻孔、修孔、扩底及 注浆过程均严格按照设计要求进行，植桩时采用专有
图 1 静钻根植先张法预应力混凝土竹节桩实景图
收稿日期：2017-09-12 课题编号：科 10018KY 第一作者简介：周振兴（1961—），男，教授级高级工程师， 本科，主要从事桥梁工程设计工作。
静钻根植桩采用专用单轴钻机，按照设定深度 进行钻孔，桩端部按照设定尺寸（直径与高度）进 行扩孔。扩孔完成后，注入桩端水泥浆和桩周水泥 81
周 振 兴，闫 兴ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ非，张 凯 龙
[ 上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海 200125] 摘要： 静钻根植桩是一种采用埋入法施工的预应力预制桩基，在浙江等地区已广泛应用于商业建筑、民用建筑、 工业厂房等多种建筑物的基础，并取得良好的社会效益和经济效益。由于上海地区地质及工程条件与浙江沿海地 区有一定差异，目前针对该桩基的研究和应用还是空白。静钻根植桩具备质量控制点明确、易监控，材料消耗量少， 无泥浆排放及无噪声污染等优势。通过研究静钻根植桩在上海地区应用和试桩检测等工作，有效表明静钻根植桩 的施工质量可靠，具有良好的竖向抗压、抗水平承载能力和抗震性能，能够满足上海地区高架桥梁工程桩基的设 计要求，且经济效益突出；为该技术在上海地区的推广应用积累可靠经验和数据。 关键词：静钻根植桩；上海地区；工程桩；试桩；承载能力；质量控制 中图分类号：U443.15 文献标志码：a 文章编号：1004-4655（2017）06-0081-06
第6期 （总第 195 期） 2017 年 12 月 DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2017.06.022 CHINA MUNICIPAL ENGINEERING
Ｎｏ．６ （Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１９５） Ｄｅｃ． ２０１７
静钻根植桩基础在上海地区高架桥梁工程中的 应用研究
图 2 静钻根植桩施工流程示意图
预埋孔接桩技术，将总长 32 m 的静钻根植桩预拼接 好后一次植入桩孔内，保证焊接质量、冷却时间。对 施工过程中溢出的泥浆进行测算，体积约为钻孔体积 的 1.2 倍，及时掺加固化剂进行固化，固化的水泥土 用于 S26 沿线场地平整回填，实现无泥浆排放。 在工期方面，根据业主方要求，中新艾祈江桥 静钻根植桩原定工期为 12 d，实际施工时间为 9 d， 提前完成 ； 试验桩部分，静钻根植桩施工原定工期 为 8 d，实际施工工期为 8 d，按期完成。同时，根 据本次桩基施工的具体情况，总结 5 条在今后大规 模工程桩施工中可采取优化措施，以提高施工效率。 1）对地质情况进行全面了解，对施工过程中 的控制参数有定量控制资料，能够使施工过程更加 顺畅。 2）对每个工序进行优化，在确保质量的前提下 缩短工序时间，提高施工效率。 3）工程桩施工中采用流水作业方式，第一根桩 的拔杆过程与第二根桩的钻孔过程交叉进行，可减
工法施工能够大量减少泥浆排放量 [1]。 由此，基于上海 S26 公路东延伸（G15-G1501） 新建工程，为验证静钻根植桩的使用性能及在上海 地区地质条件下高架桥梁工程中的适用性，进行工 程桩施工应用和非原位试桩两方面研究，对静钻根 植桩的施工工艺、承载力、质量控制和技术经济指 标展开全方位论证。 2 静钻根植桩的特点及工法 静钻根植桩的类型有 ： 静钻根植先张法预应力 混凝土竹节桩，代号 PHDC（见图 1） ； 复合配筋先 张法预应力混凝土管桩，代号 PRHC ； 先张法预应 力高强混凝土管桩，代号 PHC。