預制混凝土勁性體PPRC在復合地基的應用

劉鴻權(quán)

(建華建材（河北）有限公司,河北邢臺 054100)

預制混凝土勁性體PPRC在復合地基的應用

劉鴻權(quán)

(建華建材（河北）有限公司,河北邢臺 054100)

闡述了預制混凝土勁性體PPRC的生產(chǎn)、產(chǎn)品性能及其應用領(lǐng)域。通過具體工程案例分析和設計計算，對產(chǎn)品優(yōu)勢的體現(xiàn)和在復合地基應用的技術(shù)特征、工程特性做了詳細的介紹。

勁性體；復合地基；工程應用；技術(shù)特征

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.05.016

1　產(chǎn)品的生產(chǎn)、特點

在建筑工程的基礎設計、施工領(lǐng)域中，復合地基的技術(shù)設計和處理占了很大的比例。為了拓寬設計復合地基的基礎處理和預制混凝土構(gòu)件的結(jié)合優(yōu)化及其應用，更好地貫徹國家技術(shù)經(jīng)濟政策，做到安全適用、質(zhì)量確保、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、綠色環(huán)保。針對目前廣泛使用的剛性樁復合地基，多以水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）作為復合地基的豎向增強體，施工中容易產(chǎn)生堵管、竄孔、縮頸、夾泥等突出質(zhì)量問題，檢測和質(zhì)量控制受到局限。經(jīng)過多年研發(fā)試驗及使用檢測，預制混凝土勁性體PPRC作為剛性樁復合地基設計的豎向增強體，效果更佳，質(zhì)量可控，很好地解決了CFG樁容易產(chǎn)生的質(zhì)量問題，拓寬了建筑基礎設計和基礎處理的新領(lǐng)域[1]。

1.1產(chǎn)品的標識、規(guī)格

全名：預制混凝土勁性體

簡稱:PPRC（Precast Pipe-pile of Reinforced Concrete）

預制混凝土勁性體的常用規(guī)格按外徑分為300mm、400mm、500mm、600mm4種規(guī)格。

1.2產(chǎn)品的生產(chǎn)

PPRC預制混凝土勁性體的生產(chǎn)工藝跟PHC管樁的生產(chǎn)工藝基本相同，同樣采取科學配比的混凝土設計，但由于產(chǎn)品使用性質(zhì)的不同和壁厚較薄，故在外加劑的使用和粗細骨料的配比、砂率等有明顯的差異。根據(jù)現(xiàn)場施工機具的不同，也可以自由確定是否設置端頭板和抱箍板等。目前，在建華建材集團的多家子公司有各地區(qū)專家、教授經(jīng)過論證而起草編訂的企業(yè)標準，以便用于更好地管理生產(chǎn)，并嚴格地指導生產(chǎn)。

1.3產(chǎn)品的特點

預制混凝土勁性體PPRC用做剛性樁復合地基設計的豎向增強體，與目前廣泛使用的CFG比較，有以下顯著的特點：

1）自動化工藝生產(chǎn)，規(guī)格齊全，對質(zhì)量的控制和檢驗科學先進；

2）樁身混凝土強度高，有一定的抗裂性能；

3）單樁承載力高，更適合用作樁復合地基；

4）從生產(chǎn)、運輸、施工和驗收，時間緊湊，節(jié)省工期；

5）施工現(xiàn)場文明便捷，便于施工，便于管理；

6）按單平方承載力計算，造價更低，經(jīng)濟合理，綠色環(huán)保。

2　產(chǎn)品的應用

2.1工程應用概述

根據(jù)地基基礎設計的概念不同，在此將PPRC（預制混凝土勁性體）的應用范疇歸為以下3種工程應用形式。

第一種工程應用形式：

（1）用做剛性復合地基豎向增強體的建筑基礎設計；

（2）用做一般建筑物及構(gòu)筑物的地基基礎處理、路基處理；

（3）插在散柔樁、散剛樁、柔剛樁及三元復合樁中，如旋噴樁、攪拌樁等，形成勁性樁復合地基。

第二種工程應用形式：

PPRC用做一般建筑物或構(gòu)筑物的地基基礎處理、路基處理，在河北省邯鄲市曲周縣城施工的《山西聚力科技環(huán)保園》項目，設計樁型PPRC40065，是屬于典型的廠房基礎和設備基礎的基礎處理應用案例。另外，唐山省道濱海公路曹妃甸新城漢沽段改造工程項目GL-2標段，在路基處理中設計樁型PPRC50065，是屬于典型的PPRC在公路基礎處理中的應用案例。還有諸多優(yōu)秀工程案例，限于篇幅不一一列舉了。

第三種工程應用形式：

具體的設計、施工和質(zhì)量驗收、檢測，可以全面參照2014年2月頒布的行業(yè)標準《勁性復合樁技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T327—2014）。此應用形式的工程案例較多，筆者不在此贅述。

以下僅對PPRC預制混凝土勁性體應用剛性復合地基豎向增強體的基礎設計、驗算和分析，通過不同的工程案例進行分析和論述。

2.2優(yōu)秀工程案例分析

2.2.1案例一工程概況

擬建河北邯鄲館陶縣某某住宅樓，該場地位于太行山東麓，華北沖積平原西部，場區(qū)內(nèi)地形平坦。擬建的16#～18#住宅樓地上17層，地下2層，剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎，基礎埋深6.5m，基底壓力標準值250kPa。從第2層到第6層為粉土、粉質(zhì)黏土，第7層細砂，中密～密實，均厚4.6m，由于天然地基不滿足設計要求，根據(jù)規(guī)模和工程性質(zhì)，要求基礎處理。由于設計CFG復合地基，考慮到樁身范圍內(nèi)存在第4層粉土，成孔容易造成塌孔導致樁身夾泥和樁底沉渣過厚。多方面考慮經(jīng)濟造價、質(zhì)量控制、工期對比，最終設計為預制混凝土勁性體PPRC復合地基。

2.2.2館陶縣某住宅16#樓設計復合地基CFG與PPRC勁性體經(jīng)濟對比分析

1）16#樓層高17層，地下2層。

2）剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎，基礎埋深6.5m，基底持力層第4層粉土fak=120kPa。

3）以第7層細砂層做持力層，fspk要求250kPa。

4）設計樁長估算：24.17-6.5-0.8-1.0=15.87m有效樁長16m

5）地基設計參數(shù)（見表1）。

表1　地基設計參數(shù)

6）400CFG設計計算

(設計值取550kN)

置換率5.6%，樁間距1.5m，計算復合地基承載力特征值

7）400PPRC勁性體設計計算

結(jié)論：由以上設計復合地基的計算可知，根據(jù)不同置換率對應計算出的樁間距的不同，初步設計時按照以上公式估算得出，采用CFG和PPRC勁性體均滿足復合地基承載力的設計要求。選擇樁長時宜使樁端穿過壓縮性較高的土層，進入壓縮性相對較低的土層。

2.2.3案例二工程概況

以邯鄲金域藍灣16#樓為例，每層占地面積為1012.5m2，樓高17層，地下室2層，總建筑面積為19m1012.5m= 19237.5m2。預估荷載250kPa。

1)基礎造價對比分析（見表2）

表2　樁基造價對比

2)工期對比分析（見表3）

表3　工期對比

3）其他費用對比分析（見表4）

表4　其他費用對比

結(jié)論：通過計算，不難發(fā)現(xiàn)，此項目設計PPRC400勁性體復合地基與CFG400復合地基造價節(jié)約10%～15%。在估算復合地基承載力滿足要求的前提下，調(diào)整置換率（即根據(jù)施工和現(xiàn)場具體情況而定），節(jié)省總造價也有所不同。筆者參與優(yōu)化基礎設計方案的工程項目中，相比CFG復合地基的造價最大可以節(jié)省到25%。況且，PPRC勁性體質(zhì)量控制優(yōu)勢明顯，很好地避免了CFG縮頸、夾泥等質(zhì)量問題的存在。

3　在應用中的幾點思考

3.1勁性體PPRC復合地基應用的技術(shù)特征

勁性體PPRC復合地基是剛性復合地基中的一種，是由剛度較大的預制混凝土勁性體和樁間土共同分擔上部荷載，PPRC勁性體復合地基適用于處理黏性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥質(zhì)土等地基，具有承載力高、調(diào)整幅度大、沉降變形小、沉降穩(wěn)定較快等特點。在上部荷載作用下，大部分荷載由PPRC勁性體承受。本身屬于擠土樁，樁周摩阻力能得到充分發(fā)揮，端阻力隨著荷載作用的時間及樁側(cè)阻力發(fā)揮的程度而逐漸增高。同時，樁頂褥墊層發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，是樁間土與樁身進入共同工作狀態(tài)，逐漸形成復合地基[2]。

3.2勁性體PPRC復合地基的工程特性

1)勁性體PPRC復合地基承載力提高較大，且可調(diào)性強。樁長可以從幾米到20多m，可全樁發(fā)揮樁的側(cè)阻力。樁承擔的荷載占建筑總荷載一般在40%～70%之間，這樣使得復合地基承載力具有很大的可調(diào)性。進行設計時，可選擇樁徑規(guī)格，改變樁長、樁間距來達到不同的復合地基承載力。

2）勁性體PPRC復合地基提高了樁間土承載力的利用效率。PPRC勁性體作為復合地基的豎向增強體，沉降一般為10～20mm，樁間土承載力可以得到充分發(fā)揮。

3）勁性體PPRC復合地基的沉降較小，一般可控制在20mm以內(nèi)。勁性體可全樁長發(fā)揮側(cè)阻力，落在壓縮性較小的土層上自然明顯地提高了樁的端承作用。

3.3勁性體PPRC施工完畢樁孔的封堵

勁性體PPRC作為剛性復合地基豎向增強體，屬于半擠土樁，由于要加設褥墊層，樁孔需要封堵。在工程項目中常見的樁孔封堵形式有以下幾種：

1）樁孔插筋填芯法

特點：施工方便快捷，直接注漿插筋填芯，插筋下焊接小托板即可，填芯深度不小于3D(D為孔徑)。此方法造價成本相對低廉，主要適用于PPRC勁性體用于復合地基的多層、高層及民用住宅建筑和各種廠房等構(gòu)筑物基礎處理中。大部分混凝土管樁樁基礎也是采用這種形式。

2）支?，F(xiàn)澆樁帽法

特點：支模施工相對復雜，可樁帽跟樁頭澆筑于一體，樁頭承載面積大大提高，優(yōu)勢明顯。充分利用勁性體豎向承載力大的特點，提高復合地基的置換率。主要適用于PPRC勁性體用于復合地基的公路、鐵路、橋梁等一般廠房構(gòu)筑物基礎處理中。

3）預制混凝土樁帽法

特點：混凝土樁帽需要提前預制，配套使用。起樁孔封堵和增加樁頭承載面積雙重作用，優(yōu)勢明顯。主要適用于PPRC勁性體用于復合地基的公路、鐵路、橋梁和民宅高層建筑物和廠房構(gòu)筑物基礎處理中。缺點：此方法因為樁帽跟樁體不完全固定，在現(xiàn)場施工褥墊層機具設備的作業(yè)容易使樁頭發(fā)生破壞。

4　結(jié)語

建筑上遇到的復雜地質(zhì)情況使基礎工程的設計越來越重要，其工程造價占整個工程總投資的比例越來越大。PRC混合配筋支護樁在深基坑支護中的應用，PHC高強預應力管樁、PHS高強預應力空心方樁等在樁基礎中的應用也是非常普遍。目前,廣泛應用的鉆孔灌注樁、CFG樁在施工中因存在固有的缺陷，如：堵管、竄孔、夾泥、縮頸、斷樁等，還表現(xiàn)在施工速度慢，場地污染嚴重，成樁質(zhì)量難以保證，材料浪費大，容易出現(xiàn)各種弊病。而PPRC預制混凝土勁性體表現(xiàn)出較大的優(yōu)勢，無論單樁還是復合地基均承載力高，施工方便，節(jié)省投資，是一種較為理想的地基處理技術(shù)，具有顯著的經(jīng)濟效益和廣泛的推廣前景。

【1】GB/T50783—2012復合地基技術(shù)規(guī)范[S].

【2】劉明輝.管樁復合地基應用[J].建筑知識,2012():146-147

Application of Precast Concrete Stiffness PPRC int he Composite Foundation

LIU Hong-quan
(JHF Building Materials(Hebei)Co.Ltd.,Xingtai 054100,China)

Article expounds the precast concrete strength of the production,product performance and application of body PPRC areas；Through specific engineering case analysis,the design and calculation,The embodiment of the advantage of product and the technical features of the application of composite foundation and engineering properties is introduced in detail.

strong body;composite foundation;the engineering application;the technical features

TU473.1+3

B

1007-9467（2016）05-0067-04

劉鴻權(quán)（1972～），男，甘肅武威人，高級工程師，從事建筑建材與建筑工程基礎設計與研究，（電子信箱）65688289@qq.com。

2015-11-27