預(yù)應(yīng)力管樁在濕陷性黃土場(chǎng)地應(yīng)用實(shí)例

劉華明 史曉輝

(山西省第三地質(zhì)工程勘察院，山西 晉中 030600)

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“管樁”)作為工廠預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件，具有強(qiáng)度高、施工方便快捷、單樁承載力高等顯著特點(diǎn)，尤其在工業(yè)與民用建筑承臺(tái)樁基礎(chǔ)方面應(yīng)用很廣泛。我省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ 04—273—2009預(yù)應(yīng)力混凝土管樁建筑樁基技術(shù)規(guī)程自發(fā)布實(shí)施以來(lái)，目前省內(nèi)已有管樁生產(chǎn)企業(yè)5家，全年各類(lèi)型號(hào)的管樁產(chǎn)量近600萬(wàn)m。由于管樁基礎(chǔ)比較適合我省六大盆地的一般場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件，且符合環(huán)保的要求，多年來(lái)已成為山西地區(qū)設(shè)計(jì)人員優(yōu)選的建筑樁基類(lèi)型。另一方面隨著政府部門(mén)對(duì)文明、環(huán)保施工的嚴(yán)格加強(qiáng)，可以預(yù)見(jiàn)，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁應(yīng)用前景一定會(huì)十分廣闊。

1 概述

我省六大盆地內(nèi)次生黃土分布較為廣泛，一般均具有濕陷性，非自重濕陷性類(lèi)型比較典型。關(guān)于濕陷性黃土地區(qū)管樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原則，上述省標(biāo)《管樁規(guī)程》有三個(gè)條款規(guī)定：1)管樁應(yīng)穿透濕陷性黃土層，樁端持力層應(yīng)支承在壓縮性較低的非濕陷性的巖土層中；2)濕陷性黃土地基中，設(shè)計(jì)等級(jí)為甲、乙級(jí)建筑樁基的單樁豎向承載力特征值，應(yīng)通過(guò)單樁豎向靜載荷浸水試驗(yàn)確定；3)自重濕陷性黃土地基中的單樁豎向承載力應(yīng)根據(jù)具體情況分析計(jì)算樁側(cè)負(fù)摩阻力的影響?，F(xiàn)行國(guó)標(biāo)GB 50025—2018濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)及省標(biāo)DBJ 04/T 312—2015濕陷性黃土場(chǎng)地勘察及地基處理技術(shù)規(guī)范對(duì)濕陷性黃土地區(qū)的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)做了如下規(guī)定：在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，計(jì)算單樁豎向承載力時(shí)，濕陷性黃土層內(nèi)的樁長(zhǎng)部分可取飽和狀態(tài)下的樁側(cè)正摩阻力。在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，除不計(jì)濕陷性黃土層的樁長(zhǎng)按飽和狀態(tài)下的正側(cè)阻力外，還應(yīng)扣除樁側(cè)的負(fù)摩阻力。總之，在濕陷性黃土場(chǎng)地進(jìn)行管樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑物重要性等級(jí)結(jié)合場(chǎng)地濕陷類(lèi)型，因地制宜的采取不同的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境。

我們常見(jiàn)的一般黏性土、粉土、素填土、雜填土以及上述濕陷性黃土等地基，管樁都在適用范圍之內(nèi)，但管樁缺點(diǎn)是不適用于穿透較厚密實(shí)砂土、碎石土等土層。相比較鉆孔灌注樁，其對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性較差。

2 工程概況

榆次北方功能食品產(chǎn)業(yè)園位于山西省轉(zhuǎn)型綜改示范區(qū)晉中開(kāi)發(fā)區(qū)大學(xué)城產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，建設(shè)場(chǎng)地南鄰鳴謙大街，北距G5京昆高速約300 m，交通便利。該項(xiàng)目是示范區(qū)晉中開(kāi)發(fā)區(qū)2018年引進(jìn)的一項(xiàng)大型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型投資項(xiàng)目，當(dāng)年9月開(kāi)工建設(shè)。被列為晉中開(kāi)發(fā)區(qū)標(biāo)桿單位，也被列為2019年—2020年山西省省級(jí)重點(diǎn)工程項(xiàng)目，該產(chǎn)業(yè)園一期主要包括9座生產(chǎn)廠房，其中A區(qū)2號(hào)廠房為地面以上4層建筑物，高度為23.7 m，框架結(jié)構(gòu)，原擬采用獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深1.5 m，基底壓力按160 kPa考慮。擬建廠房為丙類(lèi)建筑，本工程建設(shè)場(chǎng)地屬于非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)Ⅰ級(jí)。按照上述黃土規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，地基處理厚度不應(yīng)小于1 m，且下部未處理濕陷性黃土層的濕陷起始?jí)毫χ挡灰诵∮?00 kPa。

擬建場(chǎng)地原地勢(shì)較為平緩，地貌單元屬榆次北山山前沖洪積傾斜平原。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，該場(chǎng)地自然地面下25 m深度內(nèi)地基土的巖性主要為黃土狀粉土、粉砂、礫砂、粉土。大致可分為七層，分述如下：

在本場(chǎng)地勘察深度范圍內(nèi)，未揭露穩(wěn)定的地下水，可不考慮地下水對(duì)基礎(chǔ)材料的腐蝕作用。

3 地基基礎(chǔ)處理方案論證

綜合考慮場(chǎng)地工程地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型、荷載特征、施工技術(shù)條件與環(huán)境等因素，對(duì)幾種地基加固方案從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)以及工期方面上進(jìn)行了分析和比較。

1)三七灰土換填墊層加固方案。

擬建廠房屬于多層丙類(lèi)建筑，根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，該廠房天然地基不均勻，地基承載力偏低，不滿(mǎn)足基底壓力設(shè)計(jì)要求，另外場(chǎng)地為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)。按上述規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定要求，可采用三七灰土墊層處理地基，處理厚度按1.5 m考慮。該加固方案必須增加基坑支護(hù)，造價(jià)不低，約60萬(wàn)元。但該方案與管樁比較，由于施工周期較長(zhǎng)，最終沒(méi)有選用。

2)管樁基礎(chǔ)加固方案。

該廠房單柱荷載大且集中，對(duì)地基強(qiáng)度及變形有嚴(yán)格的控制要求，其絕對(duì)沉降和不均勻沉降均不應(yīng)超出設(shè)計(jì)要求。考慮管樁樁身承載力高、抗彎性能好，成樁質(zhì)量可靠，安全儲(chǔ)備高，適用于本場(chǎng)地的地質(zhì)條件，再?gòu)奈拿魇┕?，現(xiàn)場(chǎng)整潔，符合環(huán)保要求，施工速率快、周期短等方面考慮，最終選用管樁基礎(chǔ)方案。

但該方案施工費(fèi)用較高，造價(jià)約87萬(wàn)元。

4 管樁基礎(chǔ)方案

根據(jù)設(shè)計(jì)該廠房基礎(chǔ)形式為管樁+承臺(tái)基礎(chǔ)，成樁工藝選用靜壓法沉樁。該2號(hào)廠房±0.000的絕對(duì)高程為812.60 m。樁端持力層為第⑤層粉土，有效樁長(zhǎng)10 m，樁徑500 mm。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，有關(guān)管樁樁基參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 靜壓管樁極限側(cè)阻力和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值表

根據(jù)表1參數(shù)，單樁豎向承載力極限值理論計(jì)算值如下：

Quk=u∑qsikli+qpkAp=
0.5×3.14×(25×2.0+30×2.2+110×
3.3+65×2.5)+0.252×3.14×2 100=1 419 kN。

設(shè)計(jì)管樁總樁數(shù)388根，施工前應(yīng)先試樁，要求單樁極限承載力應(yīng)不小于1 400 kN。樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。

5 管樁靜壓成樁施工工藝流程

施工放線→樁基吊裝配重→樁機(jī)就位→吊裝→壓樁→接樁(焊接)→壓樁(直至壓樁力達(dá)到設(shè)計(jì)要求并與設(shè)計(jì)有效樁長(zhǎng)要求正負(fù)偏差不大時(shí)為止)→樁機(jī)就位開(kāi)始第二根樁施工(直到全部施工完畢)。

6 工程檢測(cè)

6.1 檢測(cè)目的與任務(wù)

1)通過(guò)單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙確定的5根管樁進(jìn)行承載力檢測(cè)，確定受檢樁單樁豎向抗壓承載力極限值是否大于1 400 kN。

2)通過(guò)低應(yīng)變?cè)囼?yàn)對(duì)78根管樁進(jìn)行隨機(jī)抽檢，確定受檢樁的樁身完整性。

6.2 檢測(cè)結(jié)果分析

1)試驗(yàn)最終加荷值均為1 400 kN，特征點(diǎn)不明顯，在所加荷載范圍內(nèi)沒(méi)有發(fā)生突然陡降情況；S—lgt曲線亦均無(wú)明顯向下彎曲，即該管樁在試驗(yàn)荷載范圍內(nèi)未達(dá)到破壞，綜合分析取最大試驗(yàn)荷載值作為該管樁的極限承載力。所檢測(cè)的5組單樁豎向承載力極限值為1 400 kN。

2)此次檢測(cè)的78根樁，其中Ⅰ類(lèi)樁74根，占檢測(cè)總數(shù)的94.9%，Ⅱ類(lèi)樁4根，占檢測(cè)總數(shù)的5.1%，未發(fā)現(xiàn)Ⅲ類(lèi)和Ⅳ類(lèi)樁。

7 結(jié)語(yǔ)

1)管樁具有強(qiáng)度高，造價(jià)相對(duì)低廉，單樁承載力高，應(yīng)用地質(zhì)條件范圍廣的特點(diǎn)，在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，對(duì)于單柱荷載較大的工業(yè)廠房基礎(chǔ)選型上，應(yīng)優(yōu)先選擇管樁基礎(chǔ)。

2)在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，選用管樁基礎(chǔ)，管樁應(yīng)穿透濕陷性黃土層，樁端應(yīng)支承在非濕陷性的、壓縮性較低的巖土層中。

3)在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，計(jì)算管樁單樁豎向承載力時(shí)，濕陷性黃土層內(nèi)的樁長(zhǎng)部分可取樁周土在飽和狀態(tài)下的樁側(cè)正摩阻力。

4)管樁采用靜壓沉樁工藝具有低噪聲、無(wú)振動(dòng)、污染小，施工方便且快速，可以24 h連續(xù)施工，縮短建設(shè)工期，創(chuàng)造時(shí)間效益，從而降低工程造價(jià)。

5)榆次北方功能食品產(chǎn)業(yè)園(一期)A區(qū)2號(hào)廠房采用管樁基礎(chǔ)方案比較成功，該產(chǎn)業(yè)園一期其他廠房和綜合樓基本采用了該方案，所有廠房主體目前均已竣工，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。