預(yù)應(yīng)力管樁在地下超薄持力層中的應(yīng)用初探

杭州中豪建設(shè)工程有限公司 杭州 310020

1 項(xiàng)目概況

杭政儲(chǔ)出[2011]51號(hào)地塊商業(yè)金融用房項(xiàng)目房位于杭州市下沙。項(xiàng)目總用地面積約3 萬(wàn)m2，擬建設(shè)6幢16～23 層辦公商業(yè)用房，±0.00 m相當(dāng)于黃海高程6.60 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.6 m，限高100 m，主樓采用框架、剪力墻結(jié)構(gòu)，典型柱距8.4 m，建筑樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。

2 勘察報(bào)告

①1雜填土：灰黃-灰色，松散，主要由粉性土組成，含有水泥塊、磚塊等建筑垃圾、碎石、生活垃圾。局部缺失，層頂高程5.71～6.66 m，層厚0.00～2.40 m。

②（1-5）砂質(zhì)粉土：灰黃色，稍密-中密。干強(qiáng)度低，韌性差，可見(jiàn)鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)。淺部黏性好，為黏質(zhì)粉土，全場(chǎng)分布。層頂高程－16.79～3.51 m，層厚17.1～20.3 m。

②6黏質(zhì)粉土：灰色，稍密。略具層狀，混砂質(zhì)粉土，干強(qiáng)度低，韌性差，搖振反應(yīng)中等。局部夾粉質(zhì)黏土薄層，全場(chǎng)分布。層頂高程－20.40～－17.26 m，厚度4.30～8.80 m。

⑤粉質(zhì)黏土：灰色，流塑，局部軟塑。切面較光滑，細(xì)鱗片狀，具水平層理，含有粉細(xì)砂薄層、團(tuán)塊，含少量貝殼，干強(qiáng)度中等，韌性中等。全場(chǎng)分布，層頂標(biāo)高－26.90～－22.80 m，層厚14.30～19.00 m。

⑥粉質(zhì)黏土：灰色-淺灰色，硬可塑，局部軟可塑狀。切面不甚光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，局部含有少量粉細(xì)砂、礫砂等。全場(chǎng)分布，層頂標(biāo)高－43.79～－40.30 m，層厚1.20～5.30 m。

⑦1礫砂：灰-灰黃色，稍密-中密。含粒徑大于2 mm的顆粒含量占全重的25％左右，含粒徑大于20 mm的顆粒含量約10％，混黏粒和粉粒，全場(chǎng)分布。層頂高程－46.29～－41.98 m，層厚1.00～6.80 m。

⑦4粉質(zhì)黏土：褐灰-淺灰色，硬可塑，局部軟可塑。切面較粗糙，可見(jiàn)鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)，鈣質(zhì)結(jié)核，干強(qiáng)度高、韌性一般，混粉細(xì)砂。局部分布，層頂標(biāo)高－53.24～－49.97 m，層厚0.00～7.00 m。

⑦5圓礫：灰色，中密-密實(shí)。含粒徑2～20 mm的巖石顆粒占全重的50％～60％；含粒徑20～200 mm的巖石顆粒占全重的10％～20％，母巖成分主要為凝灰?guī)r和砂巖，呈亞圓形，其余為砂粒和黏粒充填，分選性差。其密實(shí)度在橫向上和縱向上有一定的離散性。僅Z26孔缺失，層頂高程－56.58～－52.14 m，厚2.20～7.50 m。

⑧1全風(fēng)化玄武巖：褐紫色，局部為紅棕色，硬可塑。原巖結(jié)構(gòu)已基本破壞，可辨認(rèn)，風(fēng)化呈砂土狀，局部夾強(qiáng)風(fēng)化碎塊，干鉆可鉆進(jìn)，局部分布。層頂高程－60.95～－57.78 m，層厚0.00～4.80 m。

⑧2強(qiáng)風(fēng)化玄武巖：褐紫色，稍硬。斑狀結(jié)構(gòu)，母巖成分與結(jié)構(gòu)大部分已破壞，結(jié)構(gòu)不甚清晰，巖芯呈碎塊狀，節(jié)理面被風(fēng)化泥填充，風(fēng)化不均，局部夾中風(fēng)化巖塊，手可掰斷，干鉆可進(jìn)尺約15 cm。層頂標(biāo)高－64.24～－58.18 m，厚度0.00～5.90 m。

⑧3中風(fēng)化玄武巖：黑色或灰青色，堅(jiān)硬。斑狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)造清晰，氣孔構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙面被鐵錳質(zhì)渲染。巖芯以短柱狀為主，互擊聲較清脆，錘擊不易擊碎，干鉆難鉆進(jìn)。巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度10.2～27.8 MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為13.1 MPa，屬較軟巖。巖體較破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為IV級(jí)，無(wú)洞穴，臨空面及軟弱巖層。全場(chǎng)分布，層頂標(biāo)高－68.77～－58.88 m，控制厚度3.40～6.70 m。

據(jù)此，原設(shè)計(jì)建議樁型為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和鉆孔灌注樁，分別以地質(zhì)⑦3（⑦5）及⑧3作為樁基持力層。

按原設(shè)計(jì)，不僅樁長(zhǎng)超深，且施工質(zhì)量不易保證，故我們?cè)诖_保工程安全的前提下，擬進(jìn)行樁基優(yōu)化，決定在施工前先做樁靜載試驗(yàn)，以確定合理的樁承載力參數(shù)。

3 施工過(guò)程[1-3]

按基坑平面，均勻選擇北、中、南三處點(diǎn)位，分別靠近地質(zhì)報(bào)告Z8、Z22、Z59孔附近為試樁點(diǎn)。管樁選擇PHCA600（130）型管樁，配樁60 m，采用ZYJ-800B型靜力壓樁機(jī)，自重加配重總質(zhì)量約690 t。

3.1 南點(diǎn)位施工情況

2013年10月6日施打近Z59孔樁，樁入土12 m時(shí)壓樁力為3 400 kN，入土18 m時(shí)壓樁力為3 190 kN，入土30 m時(shí)壓樁力為4 250 kN，入土48 m時(shí)壓樁力為4 250 kN，然后壓樁力快速上升，入土49.8 m時(shí)壓樁力達(dá)6 300 kN。樁機(jī)抬架。施壓反復(fù)3次，未見(jiàn)樁下沉，遂停止。樁頂超出自然地面10.20 m，樁端黃海高程為－43.46 m，對(duì)照地質(zhì)報(bào)告參數(shù)，剛進(jìn)入⑦1礫砂層界面。

3.2 中點(diǎn)位施工情況

2013年10月14日，施打近Z22孔樁，樁長(zhǎng)減配至51 m，入土13 m時(shí)壓樁力為2 970 kN，入土17 m時(shí)壓樁力為3 400 kN，入土26 m時(shí)壓樁力為3 830 kN，入土41 m時(shí)壓樁力為3 830 kN，入土50.6 m時(shí)壓樁力為3 400 kN，然后壓樁力快速上升，入土51 m時(shí)壓樁力達(dá)6 300 kN，樁機(jī)抬架，反復(fù)試壓3 次后停止。樁端黃海高程為－45.07 m，對(duì)照地質(zhì)報(bào)告參數(shù)，進(jìn)入⑦1礫砂層0.70 m。

3.3 北點(diǎn)位施工情況

2013年10月15日施打近Z8孔樁，配樁長(zhǎng)52 m，入土13 m時(shí)壓樁力為2 130 kN，入土20 m時(shí)壓樁力為1 590 kN，入土28 m時(shí)壓樁力為3 400 kN，入土39 m時(shí)壓樁力為3 400 kN，入土50 m時(shí)壓樁力為5 100 kN，然后壓樁力快速上升。入土50.8 m時(shí)壓樁力達(dá)6 300 kN，樁機(jī)抬架，施壓反復(fù)3 次后停止。樁端黃海高程－44.80 m，參照地質(zhì)報(bào)告參數(shù)，進(jìn)入⑦1礫砂層0.30 m。

4 樁靜載試驗(yàn)

樁靜載試驗(yàn)委托杭州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院進(jìn)行，采用重力平臺(tái)慢速維持荷載法（執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》）試驗(yàn)方法及過(guò)程正常，此處僅列出試驗(yàn)結(jié)果。預(yù)估極限荷載6 500 kN，計(jì)劃分10級(jí)加載，每級(jí)維持120 min。

2013年10月30日，試驗(yàn)近北點(diǎn)位Z8孔樁，初級(jí)荷載1 300 kN，然后每級(jí)加載650 kN，加載第10級(jí)至7 150 kN，累計(jì)沉降34.89 mm，加載第11級(jí)至7 800 kN，5 min內(nèi)樁沉降快速增加至103.74 mm，停止加載。結(jié)合Q-S曲線，判定該樁極限承載力為7 150 kN。

2013年11月2日，試驗(yàn)中點(diǎn)位Z22孔樁，初級(jí)荷載1 300 kN，然后每級(jí)加載650 kN。加載第10級(jí)至7 150 kN，累計(jì)沉降39.79 mm，加載11級(jí)至7 800 kN，5 min內(nèi)樁沉降快速增大至108.42 mm，停止加載。結(jié)合Q-S曲線，判定該樁極限承載力為7 150 kN。

2013年10月25日，試驗(yàn)?zāi)宵c(diǎn)位Z59孔樁，初級(jí)荷載1 300 kN，然后每級(jí)加載650 kN，加載第10級(jí)至7 150 kN，累計(jì)沉降40.43 mm，加載第11級(jí)至7 800 kN，5 min內(nèi)樁沉降快速增大至104.42 mm，停止加載。結(jié)合Q-S曲線，判定該樁極限承載力為7 150 kN。

5 一個(gè)問(wèn)題的說(shuō)明

從試樁看，對(duì)照地質(zhì)報(bào)告參數(shù)，樁端進(jìn)入⑦1層為0 m、0.3 m、0.7 m，從壓樁力觀測(cè)，進(jìn)入⑦1層應(yīng)無(wú)疑義，其誤差來(lái)源只能有兩個(gè)：

（a）試樁位未精確定位在樁孔處，可能造成偏差。

（b）地質(zhì)報(bào)告土層界“線”，是依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探及業(yè)內(nèi)成果劃分，而事實(shí)上土層為一延續(xù)漸變狀態(tài)，并不存在突變的線，劃分有難度，易造成誤差。

6 結(jié)語(yǔ)

（a）據(jù)地質(zhì)報(bào)告顯示：Z8孔⑦1層礫砂厚1.6 m，下有較軟弱的⑦2層粉質(zhì)黏土厚2.2 m；Z22孔⑦1層礫砂厚1.8 m，下有較軟弱的⑦2層粉質(zhì)黏土厚4.1 m；Z59孔⑦1層礫砂厚3.1 m，下有較軟弱的⑦2層粉質(zhì)黏土厚4.9 m。

依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，“樁端全截面進(jìn)入砂土不宜小于1.5d，當(dāng)存在軟弱下臥層時(shí)，樁端以下硬持力層厚度不宜小于3d”，按此標(biāo)準(zhǔn)，本次3 根試樁的進(jìn)入持力層深度及樁端下持力層厚度都未達(dá)到。但荷載試驗(yàn)證明，樁極限承載力可達(dá)7 150 kN。故對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁在先進(jìn)行靜載試驗(yàn)的前提下，在超薄持力層的工程應(yīng)用具備可行性。

（b）靜壓樁機(jī)最終壓力對(duì)樁極限承載力有較好的預(yù)示性，可視作一次簡(jiǎn)化的承載力測(cè)試。只要通過(guò)終壓力標(biāo)準(zhǔn)控制，使樁端恰好進(jìn)入持力層合適深度，就可較好地滿足樁的極限承載力標(biāo)準(zhǔn)。其他如鉆孔灌注樁，則無(wú)法安全、準(zhǔn)確地分辨和應(yīng)用此種薄層。

（c）在工程設(shè)計(jì)初期，先行樁靜載試驗(yàn)，樁承載力特征值參數(shù)可定得更為科學(xué)合理，更有利于工程建設(shè)，使之在安全性及經(jīng)濟(jì)性上達(dá)到平衡。以本工程為例，如用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法，采用管樁首先不可能以厚1.60～3.10 m的⑦1層礫砂為持力層；其次，據(jù)地質(zhì)報(bào)告參數(shù)，以Z22孔為例，Φ600 mm管樁計(jì)算特征值為2 554 kN（計(jì)算結(jié)果從略），而靜載試驗(yàn)法樁特征值≥3 500 kN，參數(shù)值可增加37％，其經(jīng)濟(jì)效益很可觀。

（d）對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁而言，其樁端進(jìn)入礫砂層后，壓樁力迅速增加，很快達(dá)到荷載停止標(biāo)準(zhǔn)，此后如想再下壓50 mm也幾乎是不可能的。