PHC 管樁在巖溶地區(qū)的設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用

高 瑩，宋新武

（1.廣東白云學(xué)院，廣東 廣州；2.新城控股華南區(qū)域公司，廣東 廣州）

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，巖溶地區(qū)的工程項(xiàng)目日益增多。巖溶作為一種復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象，其分布廣泛、地質(zhì)形態(tài)變化多樣，給基礎(chǔ)選型和設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。PHC 管樁作為一種輕質(zhì)高強(qiáng)的預(yù)制樁，具有施工快、承載能力高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在巖溶地區(qū)基礎(chǔ)工程中具有較好的應(yīng)用前景。

本文結(jié)合大瀝御府項(xiàng)目，探討PHC 管樁在巖溶地區(qū)的設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用，分析其適用性和工程可行性，為巖溶地區(qū)基礎(chǔ)工程建設(shè)提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 工程概況

大瀝御府項(xiàng)目位于佛山南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)，由13 棟33-48 層高層住宅組成，項(xiàng)目占地面積62 097.1 m2，總建面285 852.23 m2，住宅部分設(shè)兩層地下室（埋深9.2 m），局部為一層（埋深5.3 m）地下室。架空層層高為5.4 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高2.9 m，住宅結(jié)構(gòu)總高度為97.25～141.4 m。

2 地質(zhì)概況簡(jiǎn)介

場(chǎng)地土自上而下分布有素填土、粉砂、粉質(zhì)粘土、淤泥、淤泥質(zhì)土、粗砂、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（富含鈣質(zhì)）、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（富含鈣質(zhì)）、微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（富含鈣質(zhì)）。粉砂及粗砂為含水量豐富的強(qiáng)透水層，與項(xiàng)目北側(cè)香基河聯(lián)系密切，在不同季節(jié)呈水力互補(bǔ)關(guān)系。

場(chǎng)地內(nèi)巖溶地質(zhì)較強(qiáng)發(fā)育，見(jiàn)洞率約35%～40%。溶洞均多為單層結(jié)構(gòu)，頂板深度分布在約21.00～35.0 m 之間。各溶洞均發(fā)生嚴(yán)重漏水，除個(gè)別孔無(wú)填充外，其余溶洞均填充有流塑或軟塑狀粘性土，填充物標(biāo)貫擊數(shù)7 擊，承載力特征值fak=180KPa。中風(fēng)化基巖面標(biāo)高-42.96～-14.16 m，設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高為-0.70 m（一層地下室）/-3.90 m（二層地下室）。基巖有一定的埋深，預(yù)估設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)18.5～43.5 m。較多孔中風(fēng)化或微風(fēng)化基巖以上無(wú)全風(fēng)化等過(guò)渡層，且存在較厚的淤泥等軟弱土層。灌注樁成樁存在較大的塌孔及漏漿風(fēng)險(xiǎn)，管樁成樁存在較大的斷樁風(fēng)險(xiǎn)。典型地質(zhì)剖面見(jiàn)圖1。

圖1 典型地質(zhì)剖面

由地勘報(bào)告顯示，若采用預(yù)應(yīng)力管樁，預(yù)估樁長(zhǎng)約25.0～35.0 m，采用錘擊法（或靜壓法）沉樁，嚴(yán)格以貫入度（終壓值）作為終樁條件，以強(qiáng)風(fēng)化巖下部～中風(fēng)化巖頂面為樁端持力層。樁長(zhǎng)因地而異，以柱狀圖及剖面圖為樁長(zhǎng)配樁依據(jù)。局部地段Q 全風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化巖厚度較小或局部缺失，容易造成上軟下硬、軟硬突變的現(xiàn)象，樁端進(jìn)入持力層時(shí)要嚴(yán)格控制貫入速度，因?yàn)闃抖诉_(dá)到中風(fēng)化巖面時(shí)，沖擊能量過(guò)于集中容易造成打爛樁頭和斷樁現(xiàn)象。若頻發(fā)預(yù)制樁斷樁現(xiàn)象，則應(yīng)調(diào)整樁頭類型。

3 面臨的挑戰(zhàn)

（1） 基巖面起伏劇烈，淤泥/淤泥質(zhì)土等軟弱土層較厚，較多孔全風(fēng)化/強(qiáng)風(fēng)化巖層厚度較小或缺失，局部孔存在軟弱土層下直接為硬質(zhì)巖的情況，軟硬突變比較嚴(yán)重。且基巖面大部分為斜巖面，管樁施工中容易導(dǎo)致由于滑樁而產(chǎn)生的斷樁。

（2） 溶洞頂板為中風(fēng)化基巖/微風(fēng)化基巖，厚度2.5～8 m，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度5 Mpa，微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度為12 MPa，均為軟巖[1]?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）[2]第6.6.6 條第1 款“基礎(chǔ)底面以下的土層厚度”的規(guī)定及第6.6.9 條第1 款條文說(shuō)明“樁底以下3～5 倍樁徑或不小于5 m 深度范圍內(nèi)無(wú)影響地基穩(wěn)定性的洞隙存在，巖體穩(wěn)定性良好”特別強(qiáng)調(diào)了巖溶區(qū)溶洞頂板的厚度要求。對(duì)比勘察報(bào)告，局部位置頂板厚度并不滿足規(guī)范要求。

4 樁基選型及試樁

（1） 通過(guò)對(duì)周邊項(xiàng)目的基礎(chǔ)工程調(diào)研，項(xiàng)目西側(cè)的保利中央公館和南側(cè)的保利瓏門(mén)項(xiàng)目，基礎(chǔ)均采用旋挖灌注樁，施工過(guò)程中出現(xiàn)了卡鉆、掉鉆頭、護(hù)壁坍塌、漏漿、超灌量較大等問(wèn)題，施工進(jìn)度緩慢。旋挖樁施工質(zhì)量較難保證，樁檢出現(xiàn)問(wèn)題，個(gè)別樁抽芯不合格，導(dǎo)致需要對(duì)樁基進(jìn)行二次處理。經(jīng)過(guò)對(duì)場(chǎng)地地質(zhì)分析表明：各鉆孔溶洞埋深均有一定深度；溶洞頂板有一定厚度且溶洞內(nèi)基本都有填充物，所以場(chǎng)地土具有一定的承載能力。根據(jù)地質(zhì)分析，項(xiàng)目基礎(chǔ)決定選用管樁進(jìn)行試樁。

（2） 考慮到項(xiàng)目軟弱土層較厚，為防止地面打樁開(kāi)挖樁間土?xí)r造成偏樁，采用先開(kāi)挖后打樁的施工方案。由于坑底土為淤泥，為防止靜壓樁機(jī)由于自重過(guò)大造成的陷機(jī)，前期試樁采用錘擊管樁。共試樁8根，斷樁3 根，斷樁率37.5%。具體試樁報(bào)告詳見(jiàn)表1。通過(guò)試樁可判定錘擊管樁在本項(xiàng)目并不適用。

表1 試樁記錄

對(duì)比地勘報(bào)告，斷樁入土深度均在基巖面附近，斷樁為底部一根樁，斷樁為突然的貫入度陡升，符合斜巖面滑樁斷樁的特點(diǎn)。

（3） 試樁后，項(xiàng)目邀請(qǐng)華南理工大學(xué)、廣東省建筑設(shè)計(jì)院、深圳市工勘院的相關(guān)專家進(jìn)行了樁基評(píng)審，經(jīng)過(guò)專家組評(píng)定，項(xiàng)目地質(zhì)溶洞上覆層較厚，溶洞頂板有一定厚度，且溶洞內(nèi)填充物有一定承載能力，采用管樁方案基本可行。且專家組提出了如下建議：

①管樁方案基本可行。溶洞頂板為微風(fēng)化巖時(shí)，厚度大于等于2.5 m 可作為管樁的持力層；溶洞頂板為中風(fēng)化巖時(shí)，厚度大于等于4 m，可作為管樁的持力層。必要時(shí)可采用引孔，穿越溶洞頂板到達(dá)穩(wěn)定持力層。

②采用方格網(wǎng)或一樁一探超前鉆，探明溶洞分布及頂板厚度等。

③采用樁筏，適當(dāng)加厚筏板厚度，防止局部管樁失效導(dǎo)致的不均勻沉降。

5 樁基設(shè)計(jì)

采用小直徑、低單樁承載力的設(shè)計(jì)原則，分散風(fēng)險(xiǎn)。盡量墻下布樁，采用裙樁筏板基礎(chǔ)，以控制塔樓下的不均勻沉降[3]。避免由于局部管樁失效對(duì)結(jié)構(gòu)整體造成破壞。項(xiàng)目采用PHC500AB（125）管樁，單樁承載力視每棟見(jiàn)洞率情況采用1 500～1 800 KN，終壓值取3 750～4 500 KN。筏板適當(dāng)加厚，取為1 500～2 000 mm。典型樓棟基礎(chǔ)布置見(jiàn)圖2。樁基施工前采用4×4 m 方格網(wǎng)布置超前鉆，具體見(jiàn)圖3。局部溶洞頂板較薄位置采用潛孔錘引孔[4]。

圖2 局部樓棟樁基

圖3 局部樓棟超前鉆

6 樁基施工

根據(jù)試樁經(jīng)驗(yàn)，換用靜壓施工，開(kāi)挖至坑底滿鋪磚渣后再施工樁基。選擇有類似場(chǎng)地施工經(jīng)驗(yàn)的操機(jī)師傅，控制沉樁速度，特別是在軟硬交接處的沉樁速度。前期項(xiàng)目采用十字型樁尖，第一節(jié)樁沉樁后立即進(jìn)行樁底灌芯，灌芯高度2 m，防止樁底泥質(zhì)粉砂巖持力層遇水軟化而導(dǎo)致的承載力降低。

（1） 1 號(hào)樓施工進(jìn)展較為順利，斷樁率控制在3%左右。且終壓力值均可達(dá)到2.5 Rt，即3 750 KN，且可達(dá)到設(shè)計(jì)穩(wěn)壓的要求。

（2） 2、3 棟見(jiàn)洞率較高，超前鉆資料顯示基巖面起伏較為劇烈，較多鉆孔全風(fēng)化/強(qiáng)風(fēng)化等過(guò)渡層缺失。導(dǎo)致斷樁率較高，前期施工10 根，斷樁4 根，斷樁率40%。通過(guò)小應(yīng)變探測(cè)，斷裂位置均在底部以上3～6 m，經(jīng)推斷符合斜巖面滑樁導(dǎo)致的斷樁。為控制斷樁率，對(duì)2、3 棟樓的樁基進(jìn)行了調(diào)整。底部一節(jié)樁選用抗彎性能好的500B（125）型管樁，見(jiàn)表2，樁尖調(diào)整為有一定嵌巖能力的環(huán)型鋸齒樁尖，具體見(jiàn)圖4。

表2 抗彎承載力對(duì)比

圖4 十字型樁尖及環(huán)型鋸齒樁尖

經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)后，斷樁率得到了很好的控制，2、3 棟后續(xù)施工總計(jì)328根，斷樁6 根，取得了比較好的效果。終壓值均可達(dá)到2.5 Rt，即3 750 KN，且可達(dá)到設(shè)計(jì)穩(wěn)壓的要求。

（3） 基于前3 棟樁基施工的經(jīng)驗(yàn)，4-13 棟對(duì)于見(jiàn)洞率不高的樓棟采用十字型樁尖，見(jiàn)洞率較高且基巖面起伏劇烈樓棟底部采用一根PHC500B（125）型樁和環(huán)型鋸齒樁尖。對(duì)于溶洞頂板厚度不滿足設(shè)計(jì)要求的樁位，采用潛孔錘進(jìn)行引孔?？傆?jì)施工管樁1 806 根，斷樁15 根。斷樁率控制優(yōu)良，起到了比較好的效果。

（4） 對(duì)于已施工的管樁，每棟抽取3 根進(jìn)行復(fù)壓檢測(cè)，經(jīng)過(guò)檢測(cè)，復(fù)壓沉降量約0.5 cm～1.0 cm，滿足規(guī)范沉降控制要求。由于管樁布置較密，施工過(guò)程中，持續(xù)對(duì)管樁進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)于管樁或樁間土上浮區(qū)域的管樁進(jìn)行復(fù)壓。以保證管樁承載力。

（5） 樁基施工完工后，委托第三方質(zhì)檢部門(mén)對(duì)管樁進(jìn)行了檢測(cè)，經(jīng)過(guò)靜載檢測(cè)，單樁承載力均達(dá)到了設(shè)計(jì)承載力要求。管樁大部分為I 類樁，部分II 類樁，無(wú)III 類及IV 樁。成樁質(zhì)量?jī)?yōu)良，達(dá)到了較好的工程效果。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于溶洞有較強(qiáng)發(fā)育且有一定埋深，上覆土層存在較厚的淤泥等軟弱土層，基巖面軟硬突變較為嚴(yán)重的地質(zhì)情況，當(dāng)其他樁型施工困難且質(zhì)量較難控制時(shí)，可采用PHC 管樁，能取得較好的工程效果。

本項(xiàng)目PHC 管樁施工總周期約2 個(gè)月，比附近保利瓏門(mén)項(xiàng)目樁基施工工期節(jié)省約4 個(gè)月，總造價(jià)較灌注樁基礎(chǔ)節(jié)約50%以上，成樁質(zhì)量?jī)?yōu)良，管樁承載力較好，經(jīng)濟(jì)效果明顯。

通過(guò)對(duì)各塔樓施工期間和使用后2 年內(nèi)的沉降監(jiān)測(cè)，塔樓總沉降量為2 mm～10 mm，總沉降量較小，沉降且已基本穩(wěn)定。

通過(guò)本項(xiàng)目PHC 管樁在巖溶地區(qū)的成功應(yīng)用，為巖溶地區(qū)基礎(chǔ)工程的建設(shè)提供了很好的指導(dǎo)和實(shí)踐意義，供同仁們參考借鑒。