PHC管樁在復(fù)雜地基條件下的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用

楊 睿

（太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002）

PHC 管樁廣泛應(yīng)用于高層建筑地基，具有單樁豎向承載力高、抗彎性能好、抗裂抗沖擊、穿透力強(qiáng)、施工方便快捷、樁身質(zhì)量穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)太原市某地區(qū)PHC 管樁施工進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗(yàn)樁的結(jié)果和經(jīng)濟(jì)性，探討了在復(fù)雜地基條件下高層建筑中PHC 管樁的合理使用（8 度濕陷性黃土地區(qū)）以及施工過(guò)程中的可行性和注意事項(xiàng)。

1 工程概況

太原火車南站附近某項(xiàng)目，建設(shè)場(chǎng)地設(shè)在太原市小店區(qū)。為高層住宅小區(qū)，主要由地上18 層、20 層等共26 棟高層建筑組成，地下均為二層，結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)?？拐鹪O(shè)防烈度：8 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值：0.2g；設(shè)計(jì)地震分組為第二組。場(chǎng)地地貌單元為汾河?xùn)|岸二級(jí)階地與東山山前傾斜平原的結(jié)合帶。

地質(zhì)條件復(fù)雜，本場(chǎng)地為非自重濕陷性場(chǎng)地(濕陷等級(jí)Ⅰ級(jí))；濕陷土層分布在第二層濕陷性粉土中，自然地基承載力為120KPa，考慮到深度修正后仍不能滿足設(shè)計(jì)承載力要求，且地基土存在濕陷性，應(yīng)對(duì)地基進(jìn)行處理。

2 地基處理方案的確定

2.1 灰土擠密樁+CFG 樁

按照?qǐng)龅厍樾魏蜐裣菪詧?chǎng)地處理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本工程采用多元復(fù)合地基處理設(shè)計(jì)方案，即先用灰土擠密樁處理，消除濕陷的同時(shí)提高承載力，然后插打CFG 剛性樁。

復(fù)合地基工程造價(jià)低，現(xiàn)場(chǎng)按照此方案進(jìn)行試樁，先施工灰土擠密樁處理濕陷，但在采用柴油錘成孔過(guò)程中發(fā)現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，

對(duì)地基土“加濕”后，效果不好，無(wú)法解決塌孔問(wèn)題。根據(jù)地勘報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)土層情況來(lái)看，本場(chǎng)地第2 層濕陷性粉土層中混夾粉砂、細(xì)砂薄層，呈稍密狀態(tài)，具中等壓縮性。采用機(jī)械洛陽(yáng)鏟成孔，雖然能避免出現(xiàn)塌孔，但由于土質(zhì)較硬，成孔非常困難，導(dǎo)致整體工程進(jìn)度推遲。

2.2 高層剪力墻住宅樓樁基礎(chǔ)（高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁）

根據(jù)承載力和濕陷處理要求，高層住宅采用樁基礎(chǔ)(PHC 管樁+承臺(tái)梁基礎(chǔ)+防水板)；根據(jù)8 度區(qū)規(guī)范使用要求，管樁采用PHC-AB500(125)。有效單樁豎向抗壓承載力特征值為1800～1900kN，試樁選用靜壓法沉樁工藝技術(shù)，以控制樁長(zhǎng)為主，控制終止壓力為輔。接樁采用焊接，樁頭錨入承臺(tái)內(nèi)50mm，在樁頭內(nèi)插入鋼筋，并澆筑C35 微膨脹混凝土封堵。PHC 管樁質(zhì)量穩(wěn)定，性能可靠；施工速度快，工效高，工期短。一般能縮短工期1～2月。

2.3 也可采用鋼筋混凝土灌注樁+承臺(tái)梁基礎(chǔ)+防水板的基礎(chǔ)形式，但施工進(jìn)度慢工程造價(jià)相對(duì)較高。

綜上所述，依據(jù)地質(zhì)情況、經(jīng)濟(jì)成本、施工工期和可行性，經(jīng)專家論證后本工程采用PHC 管樁。

3 通過(guò)場(chǎng)外試驗(yàn)確定單樁豎向抗壓承載力

在8 度區(qū)管樁釆用PHC-AB500(125)管樁，根據(jù)圖集中得知其樁身允許豎向極限承載力為5482kN。有效樁長(zhǎng)預(yù)估24m，樁端以第14 層粉質(zhì)黏土作為持力層，根據(jù)地勘報(bào)告提供參數(shù)，經(jīng)計(jì)算單樁極限承載力2486kN,單樁豎向承載力特征值RA=1243kN。

在正式工程樁施工前，樁基施工方對(duì)樁長(zhǎng)進(jìn)行了優(yōu)化處理，在場(chǎng)外做了三組試樁，有效樁長(zhǎng)為22m，對(duì)其進(jìn)行了單樁豎向靜載荷試驗(yàn)，確定了單樁豎向極限承載力，并對(duì)樁身的完整性進(jìn)行了測(cè)試。試驗(yàn)是用液壓千斤頂進(jìn)行的。荷載用并聯(lián)于千斤頂MPM420-2 可程控壓力變送器直接測(cè)定油壓；采用BWS3CA-50mm 位移傳感器測(cè)量試驗(yàn)樁的沉降量。試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，即逐級(jí)加載，每級(jí)按360 kN 加載，第一級(jí)加載720 kN，每級(jí)加載施加后按第間隔固定時(shí)間讀取樁頂沉降量。在荷載相對(duì)穩(wěn)定后，增加荷載，直到荷載條件終止時(shí)達(dá)到最大荷載3600kN，樁頂沉降達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得單樁豎向極限承載力值分別為 4000kN,3600kN,3600kN,對(duì)應(yīng)的累積沉降為 10.15mm,10.64mm,9.89mm,Q-s 曲線未出現(xiàn)陡降型，取平均單樁豎向抗壓承載力特征值為1866kN。樁身完整性檢測(cè)均為一類樁。根據(jù)上述試樁結(jié)果，結(jié)合類似局部地質(zhì)條件的承載力值，最終確定單樁承載力的特征值為1800kN。工程樁按22m 有效樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)，后續(xù)工程樁檢測(cè)仍滿足設(shè)計(jì)要求。

依據(jù)地質(zhì)報(bào)告參數(shù)推算的單樁豎向承載力特征值為1243kN,試樁所得的單樁承載力特征值l8OOkN,計(jì)算和實(shí)際情況還是有一定差距。因此，根據(jù)規(guī)范要求，工程樁施工前必須進(jìn)行試樁，試樁結(jié)果為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。現(xiàn)階段的樁基設(shè)計(jì)過(guò)程中，建設(shè)方往往為了施工進(jìn)度，節(jié)約成本，按照設(shè)計(jì)單位提供的樁長(zhǎng)及單樁承載力直接開(kāi)展樁基施工，等工程樁施工完后再隨機(jī)挑選工程樁進(jìn)行單樁靜荷載試驗(yàn)。這個(gè)過(guò)程往往會(huì)承擔(dān)相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，倘若檢測(cè)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，則順利驗(yàn)收通過(guò)，否則工程樁已施工完畢，承載力不夠?qū)Ρ竟こ痰鼗幚碓斐蓸O大困難，對(duì)于設(shè)計(jì)方來(lái)說(shuō)可能需要重新去設(shè)計(jì)，修改基礎(chǔ)形式，對(duì)于施工方則會(huì)面臨機(jī)械無(wú)法進(jìn)場(chǎng)、補(bǔ)樁困難等。對(duì)于建設(shè)方來(lái)說(shuō)是得不償失。

通過(guò)大量試樁檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，可知大多數(shù)樁的實(shí)際承載力大于計(jì)算值，當(dāng)?shù)鼗敛痪鶆颉F(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況與勘察報(bào)告不符的情況下，不進(jìn)行試樁而是直接進(jìn)行工程樁施工將給工程造成較大的困難且引發(fā)不必要的浪費(fèi)。例如本場(chǎng)地26 號(hào)樓根據(jù)地勘報(bào)告推算采用29m 長(zhǎng)的管樁，單樁承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值約為3700kN,采用靜壓工藝，實(shí)際施工中有一個(gè)單元范圍內(nèi)每根樁都?jí)褐?000kN 而未達(dá)到預(yù)定深度(有效樁長(zhǎng)只有26m)，而此時(shí)已接近預(yù)制樁的樁身強(qiáng)度，如果按設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)要求施工，則可能會(huì)出現(xiàn)爆樁，經(jīng)討論分析，此部分土層中有粉細(xì)砂夾層，很難穿透，后續(xù)施工中每根樁都進(jìn)行了截樁，通過(guò)靜載荷試驗(yàn)在本單元范圍內(nèi)增加三根樁(未達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高的工程樁)進(jìn)行檢測(cè)，均滿足設(shè)計(jì)要求。如果施工前進(jìn)行試樁，工程樁有效樁長(zhǎng)則會(huì)至少減少3m，避免了不必要的浪費(fèi)。

由此可見(jiàn)，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)規(guī)范要求在本場(chǎng)地進(jìn)行試樁是非常必要的，試樁為本工程單樁承載力設(shè)計(jì)提供依據(jù)，使得設(shè)計(jì)方案更加合理，經(jīng)濟(jì)。

4 樁基檢測(cè)注意的問(wèn)題

靜壓法施工時(shí)每根樁的承載力可通過(guò)壓力表中的壓樁力反應(yīng)出來(lái)。在某種程度上變相為單樁承載力檢測(cè)提供依據(jù)，但也有特殊情況。在高度敏的土地上施工PHC 管樁時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生單樁達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，但壓力表中壓樁力未達(dá)到設(shè)計(jì)承載力的情況且相差很多；例如本場(chǎng)地20-24 號(hào)樓，在壓樁過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，中間土質(zhì)較軟，當(dāng)樁長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，壓力表中數(shù)據(jù)只有單樁承載力的2/3，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間放置以后(超過(guò)管樁達(dá)到設(shè)計(jì)齡期)，對(duì)PHC 樁進(jìn)行檢測(cè)，承載力滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在高敏感土中進(jìn)行PHC 管樁靜壓施工時(shí)，管樁周圍的土受到外力的因素，土中孔隙水壓力增大，管樁周圍的土被隆起，土體發(fā)生剪切破壞，降低了土的側(cè)阻力。此時(shí)，樁在外力作用下很容易下沉，也就說(shuō)明了壓力表中的壓樁力為什么減小。從靜壓樁施工過(guò)程中來(lái)看，其阻力主要是樁端阻力，雖然是摩擦型樁，但側(cè)摩阻力較小。靜壓樁施工后，放置一段時(shí)間，土體孔隙水壓力慢慢消散，之后重新固結(jié)，抗剪強(qiáng)度逐步恢復(fù)。PHC 管樁達(dá)到設(shè)計(jì)齡期25 天或者更長(zhǎng)時(shí)間后，承載力逐步恢復(fù)到極限承載力。因此，樁的承載力測(cè)試應(yīng)在樁施工完成后25 天或者更長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

從PHC 管樁的設(shè)計(jì)與施工中可以總結(jié)出，PHC 管樁具有單樁承載力高，質(zhì)量可靠、施工工期短，節(jié)約成本，環(huán)保等優(yōu)越性。因此，在地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，應(yīng)先進(jìn)行樁基試驗(yàn)(試樁)，才能確定最合理、最經(jīng)濟(jì)的地基處理方案。