超高強(qiáng)混凝土管樁（UHC）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探討

王琪

（廈門大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，福建廈門 361100）

1 引言

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC）經(jīng)過二十多年的發(fā)展，以其造價(jià)低廉，生產(chǎn)工藝簡單、成熟，施工便捷，質(zhì)量控制可靠等優(yōu)點(diǎn)，得到了業(yè)主認(rèn)可和市場的廣泛應(yīng)用。但是隨著建筑市場的發(fā)展，傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁已經(jīng)難以滿足要求，進(jìn)而出現(xiàn)了一些新的標(biāo)準(zhǔn)以滿足高承載能力預(yù)制樁型的需求。接下來就對超高強(qiáng)混凝土管樁（UHC）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

2 工程概況

某地產(chǎn)項(xiàng)目位于廈門翔安，地下兩層通場地滿布，地上若干棟34 層純住宅高層建筑，控制高度100 m 以內(nèi)，總建筑面積約17 萬m2。當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度7 度0.15g，場地類別Ⅱ類，設(shè)計(jì)地震分組屬第三組，場地特征周期0.45 s。當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓0.8 MPa，基本雪壓為0。各塔樓結(jié)構(gòu)采用剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻抗震等級二級，純地下室采用框架結(jié)構(gòu)，框架抗震等級三級。

3 地質(zhì)條件與結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)地勘報(bào)告，場地屬于丘陵緩坡地段，地面起伏不是很大，典型孔位的土層自上而下大致描述見表1。

表1 場地土層分布情況表

塔樓結(jié)構(gòu)布置簡圖如圖1 所示。

圖1 塔樓豎向構(gòu)件布置圖

4 樁型選擇及單樁承載力計(jì)算

4.1 樁基選型

按照上部結(jié)構(gòu)試算的柱墻底軸力，以及地勘報(bào)告反映的地質(zhì)條件，塔樓顯然不具備淺基礎(chǔ)條件，地勘報(bào)告建議采用樁基礎(chǔ)。對比分析預(yù)制樁和灌注樁，包括常見的預(yù)應(yīng)力管樁PHC、預(yù)制方樁、沖鉆孔樁、旋挖樁等樁型，綜合考慮成本造價(jià)控制等因素，排除了造價(jià)較高、施工周期較長的灌注樁，同時(shí)地勘報(bào)告顯示場地內(nèi)未見孤石等影響預(yù)制樁沉樁的不利因素，初步考慮預(yù)應(yīng)力管樁PHC，然而經(jīng)過初步試算，采用預(yù)應(yīng)力管樁PHC500(125)型樁時(shí)，單樁豎向承載力特征值最高也就2 200 kN，大約需要布置230 多根樁，不僅剪力墻下獨(dú)立承臺難以滿足布樁要求，即使采用整體樁筏基礎(chǔ)布樁時(shí)，筏板也要擴(kuò)出塔樓范圍較大尺寸，造成成本增加較大，超出了開發(fā)商的成本控制指標(biāo)，開發(fā)商難以接受，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)難以進(jìn)行下去。后經(jīng)采用超高強(qiáng)混凝土預(yù)應(yīng)力管樁C105 型UHC500(125)試算，樁筏尺寸基本控制在塔樓范圍，樁數(shù)也較PHC 樁減少了50%以上，成本測算很好地滿足了開發(fā)商的指標(biāo)要求。

4.2 UHC樁基單樁承載力計(jì)算

按照T13/FJECSA 003—2019 《預(yù)制樁工程技術(shù)規(guī)程》第4.2.8 條，樁基豎向承載力特征值按式（1）估算[1，2]：

式中，Ra為單樁豎向承載力特征值，kN；qpk、qsik為樁端極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值、樁側(cè)極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；Ap為樁底端橫截面面積，m2；up為樁身周邊長度，m；li為第i 層巖土的厚度，m。

對于C105 型UHC500(125)樁：

由T13/FJECSA 003—2019《預(yù)制樁工程技術(shù)規(guī)程》附錄F查得該樁型樁身軸心受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（未考慮壓屈影響）R=6 818 kN。

顯然樁基承載能力起控制作用，因此，設(shè)計(jì)實(shí)際采用單樁承載力特征值Ra=3 250 kN。并按此用YJK 結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行布樁計(jì)算，得到的布樁總數(shù)約130 根，平均反力2 490 kN，最大反力3 416 kN，樁基布置圖及樁反力計(jì)算簡圖見圖2 和圖3。

圖2 塔樓樁基布置圖

圖3 樁豎向承載力驗(yàn)算結(jié)果（單位：kN）

4.3 單樁豎向承載力靜載試驗(yàn)

大規(guī)模施工前，進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，結(jié)果良好，單樁豎向承載力極限值達(dá)到7 100 kN。具體分級加載情況見表2 和表3。荷載-位移（Q-s）曲線如圖4 所示，對數(shù)（s-lgt）曲線如圖5所示。

圖4 Q- s 曲線

圖5 對數(shù)曲線

表2 靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總表

表3 試樁樁位地質(zhì)情況

4.4 UHC樁型與PHC樁型樁身基本參數(shù)對比分析

查閱T13/FJECSA003—2019《預(yù)制樁工程技術(shù)規(guī)程》附錄F 中C105 型UHC500(125)樁，對比10G409 圖集《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》中C80 型PHC500（125）樁的基本參數(shù)指標(biāo)如表4所示。

對比表4 數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)：

表4 UHC樁型與PHC樁型樁身基本參數(shù)對比

1）C105 型UHC500（125）樁樁身軸心受壓承載力設(shè)計(jì)值（未考慮壓屈影響）6818kN，而PHC 樁樁身軸心受壓承載力設(shè)計(jì)值（未考慮壓屈影響） 為3 701 kN， 承載力提高了6818/3701=1.84 倍，樁身強(qiáng)度提高了84%，抗壓承載能力提高非常顯著。

2）兩種樁型樁身受彎承載力設(shè)計(jì)值基本一樣，沒有提高。但其按標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的抗裂彎矩明顯有所提高，按4 組數(shù)據(jù)比 值 分 別 為 ：137/123=1.11；158/144=1.1；185/170=1.09；208/193=1.08，顯然UHC 樁標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的抗裂彎矩值比PHC 樁標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的抗裂彎矩值提高了8%~11%，抗裂彎矩略有提高，效果不大。

3） 兩種樁型樁身受剪承載力設(shè)計(jì)值4 組數(shù)據(jù)比值分別為：274/243=1.13；307/273=1.125；345/308=1.12；373/333=1.12，因此，UHC 樁樁身受剪承載力設(shè)計(jì)值比PHC 樁樁身受剪承載力設(shè)計(jì)值提高了11%~13%左右，有所提高但效果并不明顯。

4）樁身主筋數(shù)量與直徑完全相同，其實(shí)樁身制作配筋完全沒變，提高的主要是混凝土本身的強(qiáng)度等級。

5）樁身混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力4 組數(shù)據(jù)比值分別為：4.56/4.53=1；6.22/6.18=1；8.32/8.24=1；10.05/9.93=1，顯然混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力基本沒有變化。

5 總結(jié)思考

總結(jié)本次基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，有如下幾點(diǎn)體會：

1）綜合考慮兩種樁型施工設(shè)備和工藝相同，施工簡潔方便的特點(diǎn)，可以揚(yáng)長避短的組合使用，UHC 樁顯著提高了樁身受壓承載能力，可以布置在豎向荷載較大的塔樓下樁筏基礎(chǔ)，而裙房或純地下室部分柱底軸力較小，主要以抗浮為主，可仍然采用PHC 樁基礎(chǔ)。

2）無地下室的高層建筑或柱軸力較大多層建筑，柱底彎矩和剪力分別需要樁身抗彎、抗剪來參與平衡，這種情況采用UHC 樁時(shí)應(yīng)特別注意驗(yàn)算樁身抗彎強(qiáng)度以及樁身抗剪強(qiáng)度能否滿足要求。

3）支護(hù)結(jié)構(gòu)或淤泥層較厚或存在可液化砂層的地質(zhì)條件下，主要以水平受力為主，UHC 樁身抗彎抗剪強(qiáng)度一般很難滿足，應(yīng)慎重采用。

4）與PHC 樁相比，UHC 樁強(qiáng)度更高更脆，壓樁力更大，場地內(nèi)有孤石的情況下，沉樁過程更易出現(xiàn)斷樁、裂樁等情況，影響樁身正常工作，因此，這類場地下使用時(shí)，應(yīng)采用機(jī)械裝置引孔穿過孤石區(qū)，以保證樁身完整性。

5）UHC 樁目前還沒有標(biāo)準(zhǔn)圖可以直接套用，相應(yīng)的細(xì)部節(jié)點(diǎn)做法一般均參照PHC 樁圖集使用，經(jīng)復(fù)核驗(yàn)算，國標(biāo)10G409 圖集中樁頂與承臺連接大樣做法仍可滿足UHC 樁使用，其接頭混凝土樁身承載力以及局壓均滿足要求，可以放心套用。

6）UHC 樁防腐抗裂要求與PHC 樁無異，不再贅述。