0 引言

　　静钻根植竹节桩是一种新型施工工艺，全称为静钻根植先张法预应力混凝土竹节桩。与传统施工方法相比，其特点是先采用特殊螺旋钻钻孔喷浆搅拌形成水泥土，然后依靠桩身自重将预制竹节桩植入到充满水泥浆的钻孔中形成桩基。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，兼具搅拌桩、扩底桩的优点，是一种集多种施工方法优点于一身的新工艺，已在上海、杭州、宁波等城市获得了广泛应用。

　　静钻根植竹节桩相比于预制桩和钻孔灌注桩，经济优势和环保优势比较明显。在同样桩长条件下，静钻根植竹节桩的竖向单桩承载力约为预制桩和常规钻孔灌注桩的1.3～1.5倍^[1]。采用静钻根植竹节桩时，由于采用预钻孔沉桩的工艺，无挤土效应，与钻孔灌注桩相比泥浆排放噪声也较小，与预制桩相比，对周边已有环境影响较小。

　　1 工程概况

　　温州市某教学楼工程位于温州市瓯海区茶山街道高教园区，工程重要性等级为二级，场地等级为二级，地基等级为二级。该工程桩基设计拟采用静钻根植竹节桩基础，桩型分为2种，分别为500～650和600～800，上部均连接600管桩，持力层为(3)₃卵石层，桩长27～30m，桩数量分别为500～650桩447根和600～800桩206根，共653根，如图1,2所示。

　　图1 桩基分布 

　　2 工程地质条件

　　2.1 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。勘察范围内场地土层分布及其力学性质如表1所示。

　　图2 竹节桩示意 

　　2.2 土层特点

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

　　2)根据地勘报告和设计图纸，桩端持力层为卵石层，该土层层厚为2.70～6.80m，分布不均匀。

　　3)桩端持力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0.30～3.70m，含泥量大。

　　4)卵石层以下分布土层为软弱下卧层黏土层。

　　3 桩基设计依据

　　目前对静钻根植竹节桩的设计计算主要依据DB33/T 1134—2017《静钻根植桩基础技术规程》^[2]，单桩竖向抗压承载力的计算公式如下:

　　式中:Q_uk为单桩竖向承载力特征值;u_i为桩身周长，PHDC竹节桩按节外径计算，其他类型桩按桩外径计算;q_sik为桩周第i层土的极限侧阻力标准值，按岩土工程勘察报告提供的预制桩极限侧阻力标准值取值;l_i为第i层土的厚度;A_p为桩端截面面积，不扩底时取钻孔底部截面积，扩底时取扩底部位截面积;q_pk为极限桩端阻力标准值，桩端扩底时可按岩土工程勘察报告提供的预制桩极限端阻力标准值乘以0.45～0.60的折减系数取值(其中持力层为黏土、粉土、全风化岩，折减系数取0.45～0.50;持力层为粉砂、细砂、中砂，折减系数取0.5;持力层为粗砂、砾砂、强风化岩，折减系数取0.55;持力层为砾石、卵石、中风化岩，折减系数取0.6kN)，桩端不扩底时折减系数取0.60。

　　根据式(1)可知，浙江省省标认为桩顶竖向荷载主要由预制桩承担，并由预制桩传递给桩侧水泥土，再由桩侧水泥土传递给周围土体，逐步形成预制桩-水泥土、水泥土-桩侧土的双层应力扩散模式，这种扩散模式使得静钻根植竹节桩比起钻孔灌注桩桩侧土体能够提高更大的侧摩阻力。因此，静钻根植竹节桩的桩侧水泥土主要起承担传递荷载的作用^[3,4]。并且，竹节的存在使得竹节桩相比于普通光滑管桩与桩侧水泥土的粘结效果更好。静钻根植竹节桩桩端与水泥土结合紧密，桩端水泥土与竹节桩同步位移、协同作用，水泥土扩大头的端阻力充分发挥。考虑到水泥土的特性，桩端土层的端阻力进行了一定的折减。

　　4 设计试桩

　　4.1 试桩布置

　　静钻根植竹节桩在温州地区应用较少，根据JGJ 106—2014《建筑基桩监测技术规范》^[5]的要求，对工程桩进行设计试桩，为后续的结构设计和施工提供参考依据。本次设计试桩共6根，试桩布置如表2所示。

　　表1 土层分布及力学性质  

　　表2 设计试桩 

　　4.2 承载力计算

　　根据《静钻根植桩基础技术规程》，对本次全部试桩竖向抗压承载力进行验算，并根据静钻根植竹节桩成桩的工艺特点，采用JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》^[6]的计算方法分别计算了同等条件下的预制桩和钻孔桩的竖向抗压承载力，结果如表3所示。桩端持力层为卵石层，局部夹厚度不均的黏土层和含砾粉质黏土，从保守考虑，端阻力折减系数取0.5。预制桩按桩芯计算;钻孔桩按钻孔直径计算，并考虑扩大头的影响。

　　根据表3分析可知，预制桩的计算结果最小，钻孔桩的计算结果居中，竹节桩的计算结果最大。竹节桩的计算结果分别为预制桩和钻孔桩计算结果的1.5倍和1.3倍。出现上述计算结果的原因是竹节桩兼具了预制桩和钻孔桩的优点，桩侧阻力采用的是预制桩的数值，同时桩端直径分别从650mm和800mm扩大到1 200mm和1 350mm，扩大了约1.8倍，虽然桩端阻力乘以了0.5的折减系数，但是总的端阻力增加了约60%。因此，静钻根植竹节桩实质上是将摩擦桩变成了以端承为主的端承摩擦桩，从而缩短桩长，提高单桩竖向承载力，降低工程造价。

　　5 试桩施工

　　5.1 工艺流程

　　静钻根植竹节桩施工具体流程如下:钻机定位，钻头钻进，对孔体进行修整及护壁→钻孔至持力层后，打开扩大翼进行扩孔→注入桩端固化水泥浆并进行搅拌→收拢扩大翼，边提升钻杆边注入桩侧固化水泥浆→依靠自重将桩沉入设计标高。静钻根植桩施工流程如图3所示。

　　图3 施工工艺流程 

　　5.2 试桩施工过程

　　1)18号设计试桩钻进至34.8m，期间电流量为150～200A，持续39s，继续钻入0.4m后电流量降低为60～80A，达到设计标高后，根据施工经验判断该桩未进入持力层。后经各方协商决定，继续钻进2m。实际钻入总长37.2m，电流量显示在60～70A，基本判定未进入持力层，该桩停止施工。

　　2)112号设计试桩钻进至32m，电流量逐渐加大，继续钻进至33m，期间电流量显示为80～250A，根据施工经验判断该桩未进入持力层。后经各方协商决定加钻1m，继续钻至33.8m时，电流量显示为200～380A，确认终孔。

　　3)567号设计试桩钻进至32m，电流量逐渐加大，继续钻进至33m，期间电流量为180～380A，确认终孔。下最下面一节竹节桩时，由于塌孔，无法顺利下桩。该桩孔重新进行清空、注浆和下桩。

　　6 试桩检测

　　6.1 检测结果

　　按照相关标准要求对6根试桩进行单桩竖向抗压静载试验，以确定单桩极限抗压承载力，为本工程下一步的设计和施工提供依据，试验结果如表4所示。

　　表3 竖向抗压承载力计算结果  

　　表4 试验结果  

　　试验结果中，6组数据中仅有272号桩和631号桩2组达到设计和标准要求，其他4组数据中，2组达到了90%,1组达到了80%,1组只达到40%。试验结果显示，该桩型在本工程地质条件下单桩竖向抗压承载力数值离散型较大，承载力特征值难以准确确定。

　　6.2 原因分析

　　1)18号试桩为施工的第1根桩，施工过程中，电流反应不明显，根据现场施工经验无法判断是否进入持力层。查询地勘报告，该桩的持力层卵石层分布最薄，仅为2.7m，中间还夹有1.5m厚的软黏土层，致使该设计试桩穿透了持力层，该桩承载力检测结果大大减小。

　　2)根据设计试桩的单桩竖向抗压静载试验结果分析，并与地勘报告对比，发现持力层中黏土夹层的厚度与竖向抗压极限承载力存在着负相关性，即黏土夹层厚度变大，极限承载力相应变小。

　　3)桩端持力层为卵石层，分布极不均匀，层厚为2.70～6.80m。该土层土质情况复杂，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0.30～3.70m，含泥量大。基桩施工过程中，由电流变化来控制基桩是否进入持力层。如此多变复杂的地质情况，电流变化短暂且不明显，难以保证桩进入持力层的深度以及桩端以下硬持力层的厚度，因此，对静钻根植竹节桩的承载力形成了较大的影响。

　　4)卵石层以下分布黏土层的桩端承载力小于卵石层桩端承载力的1/3，判断为软弱下卧层。软弱下卧层对于静钻根植竹节桩的承载力和沉降都产生了较大的影响。

　　5)根据《静钻根植桩基础技术规程》，静钻根植桩的桩端进入持力层的深度应符合以下要求:碎石类土作为持力层时，桩端全截面进入该层的深度不宜小于1.0D_w，但存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力层的厚度不宜小于3.0D_w，其中D_w为竹节的直径。因此，硬持力层的厚度不宜小于4.0D_w，本工程中即为2.6～3.2m，因此对于分布较薄的部位，硬持力层的厚度不易满足要求。而且静钻根植竹节桩是通过桩端扩大头提高桩的竖向抗压承载力，以端承为主，D_w以扩大头直径为宜，因此，持力层的厚度不宜小于4D_w，即4.8～5.4m，本工程中卵石层的层厚分布无法满足硬持力层的厚度要求。

　　7 结语

　　1)静钻根植竹节桩桩顶竖向荷载由预制桩承担，预制桩传递给桩侧水泥土，再由桩侧水泥土传递给周围土体，形成了预制桩-水泥土、水泥土-桩侧土的双层应力扩散模型。桩侧水泥土不承担竖向荷载，只起传递荷载的作用。桩侧承载力临近极限后，由于静钻根植竹节桩桩端与水泥土结合紧密，桩端水泥土与竹节桩同步位移、协同作用，水泥土扩大头也起到了分担竖向荷载的作用。静钻根植竹节桩通过钻孔、搅拌、注浆、压桩的工艺，将摩擦桩转变为以端承为主的端承摩擦桩，端承力约占总承载力的70%。

　　2)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6m。静钻根植竹节桩桩端持力层土质要求比较单一，不宜有夹层。夹层的存在对于由电流控制的钻孔施工存在较大的困难，电流变化较快，持续过程短暂，难以精确保证桩端进入持力层的深度。静钻根植竹节桩持力层以下不宜存在软弱下卧层，软弱下卧层的存在对桩的承载力和沉降都会产生较大的影响。

　　3)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慎重选用。特别是上部有较厚淤积软土，且以中间某层复杂分布的硬土层为持力层时，应进行科学合理的设计，并进行严密的试桩检测后方可应用静钻根植竹节桩。