水泥土復(fù)合管樁在深圳市龍崗區(qū)中心城巖溶地區(qū)應(yīng)用研究

鄧 偉

（深圳市龍崗區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站 深圳 518172）

0 引言

水泥土復(fù)合管樁由高噴攪拌法形成的水泥土樁與同心植入的的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“管樁”）復(fù)合而成的基樁，屬于勁性復(fù)合樁類(lèi)的柔剛復(fù)合樁。該種樁型適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、填土、粘性土、粉土、砂土、全或強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)基巖等地層。該種樁型充分結(jié)合了水泥土樁與管樁的優(yōu)點(diǎn)，具有“施工工藝簡(jiǎn)單、成樁質(zhì)量有保證、環(huán)境噪音小、造價(jià)合理、承載力高”等特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)近年來(lái)的不斷發(fā)展，該種樁型的技術(shù)已經(jīng)基本成熟［1-8］，國(guó)家和相關(guān)省市制定了相關(guān)技術(shù)規(guī)范［9-11］，推動(dòng)了該種樁型的推廣應(yīng)用，但該種樁型仍處于推廣試用階段，對(duì)其的應(yīng)用缺乏深入有效的研究。

深圳市龍崗區(qū)中心城屬于巖溶高度發(fā)育地區(qū)，對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜、存在溶洞發(fā)育的場(chǎng)地基礎(chǔ)，管樁或灌注樁難以施工或不宜使用，可以考慮選用水泥土復(fù)合管樁基礎(chǔ)；但直到目前，該地區(qū)只有第一個(gè)項(xiàng)目某住宅項(xiàng)目7 棟建筑物中的2棟建筑物部分基礎(chǔ)采用了該種樁型。

本文通過(guò)場(chǎng)地的巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告、樁位超前鉆勘察報(bào)告、詳細(xì)的理論估算、試驗(yàn)樁檢測(cè)結(jié)果比對(duì)及專(zhuān)家組評(píng)審等綜合分析手段，擬對(duì)水泥土復(fù)合管樁在該項(xiàng)目基礎(chǔ)中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究。

1 工程概況

深圳市龍崗區(qū)中心城巖溶地區(qū)某住宅項(xiàng)目屬于一個(gè)城市更新項(xiàng)目，位于深圳市龍崗區(qū)龍城街道，場(chǎng)地西、北側(cè)緊鄰居民小區(qū)，南側(cè)與龍翔大道相距約10 m，東側(cè)建筑物拆遷后為空地，占地面積約3.6 萬(wàn)m2。該項(xiàng)目擬建7 棟建筑物，其中5 棟超高層塔樓、3 棟高層塔樓和1 棟幼兒園，建筑面積約22.3 萬(wàn)m2，塔樓下擬建兩層地下室（局部3 層），上部結(jié)構(gòu)型式為：裝配式+疊合板+現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，塔樓地上最高46 層，最高高度148.15 m。本項(xiàng)目抗震設(shè)防烈度為7 度（0.10g），設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類(lèi)別Ⅱ類(lèi)，基本風(fēng)壓0.70 kN/m2，地面粗糙度C 類(lèi)。塔樓地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。

1.1 地質(zhì)概況

本項(xiàng)目擬建場(chǎng)地的工程地質(zhì)概況詳見(jiàn)表1所示。

表1 工程地質(zhì)概況Tab.1 Overview of Engineering Geology

本項(xiàng)目場(chǎng)地地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，以斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造與斷裂相伴而生，場(chǎng)地土層分布存在兩種不同地質(zhì)情況的突變界面：①場(chǎng)地北側(cè)，分布較厚的全、強(qiáng)風(fēng)化砂巖，中風(fēng)化巖面深埋或未揭露，也未揭露微風(fēng)化巖，局部強(qiáng)風(fēng)化巖層存在中風(fēng)化夾層；②場(chǎng)地中部及南側(cè)區(qū)域，土層揭露微風(fēng)化灰?guī)r，巖面起伏非常大，且?guī)r溶強(qiáng)發(fā)育（1#、2#和7#塔樓見(jiàn)洞率分別為100%、70%和82.5%），且絕大多數(shù)超前鉆孔（1#、2#和7#塔樓所有鉆孔）顯示，微風(fēng)化巖（及溶洞）下均下伏全或強(qiáng)、中風(fēng)化巖層（個(gè)別鉆孔為粉質(zhì)粘土），微風(fēng)化巖厚度（含溶洞）約5～50 m，下伏強(qiáng)風(fēng)化巖層局部存在中風(fēng)化或全風(fēng)化夾層。其中：

⑴1#和2#塔樓同一塔樓范圍內(nèi)跨越以上兩種不同的地質(zhì)情況。7#塔樓西側(cè)和南側(cè)微風(fēng)化埋深較淺，揭露的溶洞下揭示較厚的完整微風(fēng)化巖；東北側(cè)、南側(cè)局部揭示微風(fēng)化巖（溶洞）并穿越至全或強(qiáng)、中風(fēng)化巖層，微風(fēng)化巖面呈傾斜狀，西南高東北側(cè)低。

⑵3#和4#塔樓范圍內(nèi)揭露了很厚的強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化巖層，未揭示中風(fēng)化及微風(fēng)化或巖面埋深約達(dá)80～100 m，很難在合適的深度找到相應(yīng)的持力層，擬采用水泥土復(fù)合管樁。

1.2 水泥土復(fù)合管樁工作機(jī)理

該種樁型是在強(qiáng)度較低的大直徑水泥土旋噴樁/水泥土攪拌樁中植入適當(dāng)?shù)母邚?qiáng)度管樁，提高了樁身整體材料的復(fù)合強(qiáng)度，以達(dá)到與樁側(cè)土阻力的匹備。其施工流程為：下鉆攪拌注漿?樁底復(fù)攪?提鉆注漿?植入芯樁?成樁完畢。

該種樁型在豎向荷載作用下的工作機(jī)理為：管樁承擔(dān)的大部分荷載通過(guò)管樁-水泥土的界面?zhèn)鬟f至水泥土樁，然后再通過(guò)水泥土-土的界面?zhèn)鬟f至樁側(cè)土，管樁、水泥土樁、樁側(cè)土構(gòu)成了由剛性向柔性過(guò)渡的結(jié)構(gòu)。該種樁型中的管樁與水泥土作為一個(gè)整體，共同承擔(dān)外部荷載，且管樁承擔(dān)主要的豎向抗壓荷載和水平荷載，及全部豎向抗拔荷載。

1.3 水泥土樁承載力分析

1.3.1 豎向承載力特征值驗(yàn)算

對(duì)于該種樁型單樁豎向承載力特征值的估算，相對(duì)于《水泥土復(fù)合管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程：JGJ/T 330—2014》［1］相應(yīng)的計(jì)算公式，采用《勁性復(fù)合管樁技術(shù)規(guī)程：JGJ/T 327—2014》［2］相應(yīng)的計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果更為科學(xué)、精準(zhǔn)。

初步設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)一根長(zhǎng)芯水泥土復(fù)合管樁的豎向抗壓承載力特征值估算，可根據(jù)文獻(xiàn)［2］4.3.2 中公式（4.3.2-1）和公式（4.3.2-3）估算并取其中的小值。該項(xiàng)目的一根長(zhǎng)芯水泥土復(fù)合管樁的復(fù)合段外徑為?800 mm，長(zhǎng)21 m，水泥土強(qiáng)度取為1.6 MPa，復(fù)合段內(nèi)芯側(cè)阻力特征值取水泥土攪拌樁強(qiáng)度的0.05倍，約80 kPa；內(nèi)芯為?500 mm、24 m 長(zhǎng)的UHC500AB125-C105（工藝系數(shù)取值0.7）管樁，入持力層深度3.0 m，廠家推薦該種管樁的單樁豎向抗壓承載力特征值為3 450 kN，土層力學(xué)參數(shù)詳見(jiàn)表2所示。

表2 土層力學(xué)參數(shù)Tab.2 Mechanical Parameters of Soil Layers

⑴樁側(cè)破壞面位于內(nèi)、外芯界面：

⑵樁側(cè)破壞面位于外芯和樁周土的界面時(shí)：

綜上可知，取三者中的最小值，則該單樁豎向抗壓承載力特征值取3 450 kN。

1.3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

該場(chǎng)地采用長(zhǎng)芯水泥土復(fù)合管樁作為抗壓樁，結(jié)合傳統(tǒng)施工方法（靜壓）增加收樁標(biāo)準(zhǔn)：靜壓機(jī)施工終壓值（特征值×1.5～2.0），采用樁長(zhǎng)和終壓值雙控做法；其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：內(nèi)芯為管樁UHC500（125）-AB 型（C105），外芯為?800水泥土攪拌樁（2 MPa），樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，單樁抗壓承載力特征值為3 150 kN，單樁水平承載力特征值為120 kN，長(zhǎng)螺旋鉆入長(zhǎng)度25 m，有效樁長(zhǎng)30 m，入持力層深度≥3.0 m，終壓值為6 300 kN，受力類(lèi)型為抗壓。

1.4 試驗(yàn)管樁和水泥土復(fù)合樁的檢測(cè)比對(duì)

2022 年6 月26 日～7 月10 日，項(xiàng)目部根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)要求，在相應(yīng)的場(chǎng)地內(nèi)，試驗(yàn)施工了一批靜壓管樁、水泥土復(fù)合管樁和旋挖灌注樁，并委托第三檢測(cè)單位于2022 年7 月25 日～10 月26 日，對(duì)13 根試驗(yàn)樁進(jìn)行了抗壓、抗拔、水平推力共3 項(xiàng)承載力的檢測(cè)。其中3根靜壓管樁和2根長(zhǎng)芯水泥土復(fù)合管樁的承載力檢測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)表3所示。

表3 5根受檢樁的施工參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果匯總表Tab.3 Summary of the Construction Parameters and Test Results of Five Inspected Piles

由表3 可知，相對(duì)于管樁，水泥土復(fù)合管樁的單樁抗壓承載力提高了35%左右，抗拔承載力相當(dāng)，且其單樁的抗壓、抗拔、水平推力的承載力滿足3#和4#塔樓的樁基承載力設(shè)計(jì)要求。

1.5 基礎(chǔ)選型專(zhuān)家組評(píng)審

2022年12月6日，本項(xiàng)目建設(shè)方就擬建場(chǎng)地的基礎(chǔ)選型等問(wèn)題，組織舉行了專(zhuān)家評(píng)審會(huì)。意見(jiàn)如下：

深圳市龍崗區(qū)中心城屬于巖溶高度發(fā)育地區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，地下不良地質(zhì)情況難以摸清，若采用灌注樁，需要通過(guò)大量超前鉆探查土層情況，影響工期和造價(jià)；而且在巖溶分布區(qū)域，灌注樁穿越溶洞后，難以在合適的深度找到巖層作為設(shè)計(jì)持力層，則導(dǎo)致樁長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，代價(jià)太高，樁身質(zhì)量難以保證，宜盡量避免采用灌注樁。

而采用水泥土復(fù)合管樁基礎(chǔ)，每根樁都相當(dāng)于一根“試樁”，施工質(zhì)量可靠，可以有效地避免灌注樁的相應(yīng)缺點(diǎn)；其設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為30 m左右，樁長(zhǎng)適中，且其單樁受壓承載力比管樁提高35%左右，非常適合巖層埋深較深的巖溶地區(qū)。水泥土復(fù)合管樁雖然目前在深圳地區(qū)的應(yīng)用較少，但已在全國(guó)多個(gè)項(xiàng)目中得到成功應(yīng)用，技術(shù)已經(jīng)成熟，該種樁型可以在深圳巖溶地區(qū)采用。

該擬建場(chǎng)地的基礎(chǔ)整體選型建議如下：

⑴1#、2#和7#塔樓基礎(chǔ)，對(duì)于地下存在巖溶發(fā)育較發(fā)達(dá)的場(chǎng)地基礎(chǔ)采用旋挖灌注樁基礎(chǔ)（樁徑為?800 mm、?1 000 mm）；對(duì)于微風(fēng)化作為持力層埋深在20 m 左右，微風(fēng)化巖層以上的土層性能較好，沉管容易，承載力要求較低的場(chǎng)地（如幼兒園等）基礎(chǔ)采用靜壓管樁（管徑為?500 mm）。

⑵3#和4#塔樓基礎(chǔ)場(chǎng)地的地質(zhì)情況較復(fù)雜，強(qiáng)風(fēng)化巖中揭露中風(fēng)化夾層，未揭示中風(fēng)化及微風(fēng)化或巖面埋深很深約達(dá)80～100 m，很難在30 m 左右合適的深度找到管樁的持力層，且沉管難度大，破損率高，不宜采用管樁基礎(chǔ)。

由于靠近基坑邊場(chǎng)地?zé)o法沉管作業(yè)，其基礎(chǔ)采用旋挖灌注樁（樁徑為?800 mm、?1 000 mm）；其余部分的基礎(chǔ)采用長(zhǎng)芯水泥土復(fù)合管樁基礎(chǔ)（外芯水泥土樁樁徑為?800 mm，內(nèi)芯管樁管徑為?500 mm）。

2 結(jié)語(yǔ)

2.1 水泥土復(fù)合管樁的優(yōu)點(diǎn)

該種樁型結(jié)合了水泥土樁和管樁的優(yōu)良特性，充分發(fā)揮了兩者優(yōu)良的受力性能，摒棄了兩者的缺點(diǎn)，且比灌注樁具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，具有施工工藝簡(jiǎn)單、成樁質(zhì)量有保證、環(huán)境噪音小、造價(jià)合理、承載力高等特點(diǎn)。

2.2 水泥土復(fù)合管樁的承載力

該種樁型設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為30 m 左右，樁長(zhǎng)適中；相對(duì)于管樁，其單樁抗壓承載力提高了35%左右，兩者的抗拔承載力相當(dāng)。

2.3 水泥土復(fù)合管樁適用場(chǎng)地

本文研究結(jié)果表明，對(duì)于巖溶地區(qū)，存在地下地質(zhì)情況復(fù)雜、不良地質(zhì)情況難以摸清、持力層埋深較深、巖溶發(fā)育較少的場(chǎng)地基礎(chǔ)，綜合場(chǎng)地地質(zhì)復(fù)雜性以及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全性、可控性等因素考慮，不宜采用管樁或灌注樁，而采用水泥土復(fù)合管樁則經(jīng)濟(jì)可行、安全可靠。