PHC管樁在濕陷性黃土地區(qū)的應(yīng)用

梁爭勝

（西安潤基投資控股有限公司，西安 710068）

0 引言

高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC）因其具有單樁承載力高，抗彎、抗裂及耐沖擊性能好，穿透力強(qiáng)，施工快捷、方便，質(zhì)量穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高層建筑及水利水電工程基礎(chǔ)。

1 工程概況

本工程位于西安市長安區(qū)航天大道與雁塔南路十字東北角，地勢呈東南低、西北高，地面最大高差9.80 m。場地地下水穩(wěn)定水位深度為33.2～53.1 m。本場地為自重濕陷性黃土場地，濕陷性土層29.5 m。濕陷性黃土的最大分布深度31.8 m，濕陷等級(jí)為II（中等）級(jí)?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15 g，設(shè)計(jì)地震分組屬第一組。建筑場地類別屬II類。

擬建建筑物為25層剪力墻結(jié)構(gòu)，先采用擠密土樁進(jìn)行地基處理，消除全部黃土的濕陷性；然后采用鉆孔灌注樁或管樁。采用墻下布樁，樁為摩擦樁。

本工程采用2種地基處理方案進(jìn)行設(shè)計(jì)：

1）方案1。選用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC），樁型為PHC-AB500（125）-27a，考慮負(fù)摩阻力影響單樁有效豎向極限承載力應(yīng)達(dá)到5200 kN，樁數(shù)97根。試樁建議采用錘擊法沉樁工藝，按不小于50號(hào)筒式柴油錘，以控制樁長為主，控制貫入度為輔。如采用靜壓法沉樁工藝，也應(yīng)以控制樁長為主，控制終止壓力為輔，終止壓力不小于5000 kN。接樁采用焊接，樁頭錨入承臺(tái)內(nèi)50，在樁頭內(nèi)插入6Ф18(II級(jí)),長3.5 m，其中2.5 m錨入樁內(nèi)并澆C30混凝土封堵。

2）方案2。采用灌注樁，樁長28 m，樁數(shù)96根。

2 場地工程地質(zhì)狀況

根據(jù)鉆探鑒別，場區(qū)地層地基土主要特征描述見表1。

3 施工情況

根據(jù)勘察報(bào)告、施工場地周邊環(huán)境可選擇合適的沉樁機(jī)械，其施工機(jī)械分錘擊機(jī)械和靜壓機(jī)械。

1）本工程地處郊外，施工機(jī)械采用ZYZ-660型全液壓靜壓樁機(jī)和HB-62型筒式柴油錘（考慮到遵循重錘低擊的原則）。為避免由于古土壤結(jié)核層的存在，沉樁難以達(dá)到設(shè)計(jì)長度。先采用壓樁機(jī)送入第一節(jié)樁，焊接后再采用柴油錘錘擊沉入第二節(jié)樁，沉樁長度以達(dá)到設(shè)計(jì)樁長為止。沉樁結(jié)果顯示，樁頭破碎和樁身破壞的樁數(shù)較多。

表1 場地地層分布及特性表

2）樁頭、樁身破壞原因分析。①內(nèi)因：樁身混凝土澆筑質(zhì)量、鋼筋型號(hào)、混凝土等級(jí)等是否滿足承載力要求。②外因：a.施工中出現(xiàn)斜樁現(xiàn)象或樁端不平整而導(dǎo)致樁端應(yīng)力集中，致使樁帽滑落或樁頭爆裂。b.施工過程中施工人員擅自移動(dòng)機(jī)架，對(duì)樁位、樁身垂直度進(jìn)行校正，導(dǎo)致樁身斷裂。c.沉樁中斷時(shí)間過長。設(shè)備出現(xiàn)故障或其他特殊原因，沉樁過程突然中斷。中斷延續(xù)時(shí)間越長，沉樁時(shí)阻力就越大，致使樁無法沉到設(shè)計(jì)深度。d.接樁時(shí)，樁尖停留在硬土層內(nèi)，若時(shí)間拖長，很可能不能繼續(xù)沉樁。

經(jīng)過對(duì)本工程實(shí)際施工過程綜合分析，破壞原因主要?dú)w結(jié)為外因中c項(xiàng)與d項(xiàng)，后來兩節(jié)樁全部采用柴油錘錘擊沉樁，間歇時(shí)間短，廢樁較少。

3）施工過程中對(duì)沉管終止條件的控制：一般來說，純摩擦樁宜以設(shè)計(jì)樁長為控制條件；長度大于21 m的端承摩擦樁，宜以設(shè)計(jì)樁長控制為主，終壓力值為輔。本工程樁為純摩擦樁，以控制樁長為主，控制貫入度為輔。正常貫入度均為4 ～8 cm/10擊，與《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》圖集03SG409中2 ～5 cm/10擊有差異。對(duì)貫入度的差異可從工程地質(zhì)狀況（樁端為黃土，無堅(jiān)硬的持力層巖體等）加以解釋。

4 素土樁、管樁的試樁

4.1 樁間土濕陷性消除情況

素土夯擴(kuò)樁有效樁長9.9 m，間距1 m，排距870 mm，成孔直徑400 mm，夯擴(kuò)后樁徑500 mm，布樁形式為等邊三角形，樁端持力層為④黃土。根據(jù)6個(gè)探井中所取原狀土樣的土工試驗(yàn)結(jié)果：夯擴(kuò)樁處理深度范圍內(nèi)樁間土的濕陷系數(shù)為0.001 ～0.008，均小于0.015，表明濕陷性已全部消除。

4.2 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

本工程全部采用工程樁進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)，在綜合考慮了管樁平面分布、動(dòng)測結(jié)果、施工狀況等因素后，選取了3根工程樁進(jìn)行試樁。3根工程樁的靜載均是加荷至5200 kN，最大加載值對(duì)應(yīng)的樁頂沉降量為17 mm左右，卸載回彈量8.6 mm左右。

3根試樁樁載試驗(yàn)的Q-S、S-lg t曲線見圖1、圖2。據(jù)圖1、圖2的曲線形態(tài)及變化趨勢可以看出：1）在試驗(yàn)壓力為5200 kN，其Q-S曲線呈緩弧形。2）S-lg t曲線在試驗(yàn)壓力3120 kN前基本呈平行等間距分布，在3120 kN后曲線間距明顯增大，各級(jí)荷載下沉降穩(wěn)定較快。

圖1 三根試樁曲線圖

圖2 三根試樁曲線圖

綜上，此管樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值5200 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

3）低應(yīng)變動(dòng)力檢測結(jié)果。

3根試樁樁身波速范圍為：4120 ～4240 m/s，平均波速4170 m/s，樁底反射明顯，樁身結(jié)構(gòu)完整，均為I類樁。

5 工程樁的檢測

1）高應(yīng)變動(dòng)力檢測結(jié)果：高應(yīng)變檢測儀器采用中國科學(xué)院武漢巖土工程力學(xué)研究所生產(chǎn)的FDP204PDA全封閉一體化動(dòng)測儀,重錘采用6 t重錘錘擊樁頂，使樁在強(qiáng)大沖擊能量下瞬間產(chǎn)生“貫入度”，造成樁側(cè)土摩阻力和樁間端阻力得到發(fā)揮，通過安裝在樁上端距樁頂不小于2倍樁徑處的加速度計(jì)和應(yīng)變式力傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄到樁頂?shù)乃俣惹€和力曲線。采用PSP-WAP實(shí)測曲線擬合法進(jìn)行分析計(jì)算單樁豎向極限承載力估算值。5根樁豎向極限承載力檢測結(jié)果分別為：5400 kN，5420 kN，5330 kN，5330 kN，5350 kN。單樁極限承載力平均值為5366 kN，極差90 kN，小于平均值的30%，滿足達(dá)到5200 kN的設(shè)計(jì)要求。

2）工程樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測結(jié)果：本工程選取26根管樁（約占總樁數(shù)的26%）采用應(yīng)力波反射法進(jìn)行低應(yīng)變檢測。通過對(duì)樁身的完整性（樁身斷裂、樁身各節(jié)的連接情況）及樁體混凝土的質(zhì)量（混凝土的膠結(jié)情況）的評(píng)價(jià)來判別樁基質(zhì)量。檢測結(jié)果顯示，實(shí)測反射波波形規(guī)則，波列清晰，未見明顯的樁身反射波異常，且均可觀測到樁底反射波信號(hào)，表明這26根管樁樁身完整性及連接良好，未出現(xiàn)明顯的樁身質(zhì)量問題，均評(píng)為一類樁即良好樁。

6 樁型的經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)2個(gè)方案的地基處理設(shè)計(jì)，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較見表2。

從表2可以看出，每根管樁相對(duì)于灌注樁節(jié)約34%的費(fèi)用，其經(jīng)濟(jì)性可觀。

表2 管樁與灌注樁兩方案對(duì)比表

7 結(jié)語

通過該工程的設(shè)計(jì)實(shí)踐，從技術(shù)合理性、可行性和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，自重濕陷性黃土地區(qū)采用PHC管樁是可行的。同時(shí)，管樁在施工、設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意以下問題：

1）施工工藝應(yīng)根據(jù)勘察報(bào)告、施工場地周邊環(huán)境等條件進(jìn)行合理選擇；同時(shí)要注意在施工過程中樁對(duì)較厚的堅(jiān)硬土層難以穿越及樁未能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高等問題的處理。

2）加強(qiáng)施工過程控制，建議在濕陷性黃土地區(qū)管樁施工時(shí)加樁尖，以克服地基預(yù)處理。

3）在管樁施打過程中，最后貫入度的取值和壓樁荷載、落距、樁長、樁的直徑及地質(zhì)構(gòu)造等條件、樁端進(jìn)入持力層的厚度、樁的承載力等因素有關(guān)，對(duì)此還須在實(shí)踐中加以摸索。

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[4] GB50025-2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.