PHC管樁在上海大型居住社區(qū)項(xiàng)目中的應(yīng)用

■ 洪建華 Hong Jianhua

0 引言

上海大型居住社區(qū)是由政府主導(dǎo)的保障房項(xiàng)目，主要分布在上海市外環(huán)線與郊環(huán)線之間，規(guī)劃用地原屬農(nóng)田和村莊，施工道路也是臨時(shí)道路，地面無建筑物和地下管線。由于施工環(huán)境簡(jiǎn)單，適合采用PHC管樁作為該項(xiàng)目基樁。

1 PHC管樁

PHC管樁即預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，是在工廠內(nèi)采用先張法預(yù)應(yīng)力和離心成型工藝，經(jīng)蒸壓養(yǎng)護(hù)而制成的一種空心圓筒體的等截面構(gòu)件。樁身具有較高的預(yù)應(yīng)力，其抗彎、抗裂性能良好；樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80，單樁承載力高，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在單位承載力的綜合造價(jià)明顯低于預(yù)制混凝土方樁和鉆孔灌注樁。

但是，PHC管樁屬于高強(qiáng)脆性樁。在工程實(shí)踐中，由于沉樁不當(dāng)、樁身受壓機(jī)擠壓、基坑開挖遭挖機(jī)碰撞，造成斷樁事故的概率明顯要高于非預(yù)應(yīng)力混凝土樁。

2009年6月27日在建的上海市閔行區(qū)“蓮花河畔景苑”住宅小區(qū)內(nèi)一棟13層(無地下室)高層住宅樓，由于室外地面土方堆放不當(dāng)?shù)戎T多項(xiàng)違規(guī)施工的原因，造成整棟大樓傾倒。由于傾倒的大樓基樁采用的是PHC管樁，在無明顯跡象的情況下轟然倒下，符合預(yù)應(yīng)力鋼筋非塑性破壞的特征，引發(fā)了人們對(duì)PHC管樁基礎(chǔ)安全性的質(zhì)疑。

為吸取倒樓事故教訓(xùn)，2012年6月14日，上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會(huì)發(fā)布〔2012〕645號(hào)通知規(guī)定“十層及以上(或高度超過28m)建筑物應(yīng)設(shè)置地下室”，使PHC管樁基礎(chǔ)深埋，可防范類似的安全風(fēng)險(xiǎn)；并且嚴(yán)格按照要求進(jìn)行試樁，反復(fù)對(duì)比，確保PHC管樁基礎(chǔ)的安全性。

2 試樁

試樁是指在施工現(xiàn)場(chǎng)按照上海市《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(DGJ08—218—2003)進(jìn)行單樁承載力靜載試驗(yàn)。在工程的不同階段進(jìn)行試樁具有不同的定義。

2.1 試驗(yàn)樁

在樁基工程未施工前，進(jìn)行單樁承載力靜載試驗(yàn)，目的是為設(shè)計(jì)提供依據(jù)或驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。此類試樁具有科學(xué)研究的含義，可稱為試驗(yàn)樁。試樁在地面上進(jìn)行。

2.1.1 探索性試驗(yàn)

對(duì)擬設(shè)計(jì)的工程樁進(jìn)行單樁承載力靜載試驗(yàn)，目的是為獲得土體極限承載力(土體與樁身摩擦力及樁端承載力)與樁身極限強(qiáng)度相匹配的基樁極限承載力,作為設(shè)計(jì)依據(jù)是最為經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的。試驗(yàn)應(yīng)采用慢速維持荷載法，試驗(yàn)的荷載加載到土體或樁身臨界破壞而終止。

2.1.2 驗(yàn)證性試驗(yàn)

依據(jù)巖土勘察報(bào)告和地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)的樁基工程，在施工前進(jìn)行單樁承載力靜載試驗(yàn)，目的是為了驗(yàn)證基樁的實(shí)際承載力是否達(dá)到設(shè)計(jì)的極限承載力以及沉樁的可行性。試驗(yàn)的最大加載量為設(shè)計(jì)的極限荷載。

2.2 檢驗(yàn)樁

樁基工程施工前已進(jìn)行了試樁，在完成基樁工程施工后進(jìn)行單樁承載力靜載試驗(yàn)，是依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50202-2002)對(duì)已完成的基樁工程施工質(zhì)量進(jìn)行檢查與驗(yàn)收，可稱為檢驗(yàn)樁。該階段試樁在地面或基坑底都可以實(shí)施。

2.3 檢測(cè)樁

樁基工程施工前未進(jìn)行試樁，在完成基樁工程施工后進(jìn)行單樁承載力靜載試驗(yàn)，以檢測(cè)設(shè)計(jì)的基樁承載力是否與實(shí)際承載力相吻合和檢驗(yàn)基樁工程施工質(zhì)量，具有試驗(yàn)樁和檢驗(yàn)樁雙重含義，可稱為檢測(cè)樁。其試樁應(yīng)在基坑開挖前實(shí)施。由于前期的試樁受到成本和周期的影響或制約，對(duì)于一般性PHC管樁樁基工程，按此方式進(jìn)行施工和檢測(cè)驗(yàn)收的較為普遍。

3 PHC管樁在上海大型居住社區(qū)項(xiàng)目中的應(yīng)用

上海屬于土地資源稀缺型城市，大型居住社區(qū)地塊的規(guī)劃容積率一般不會(huì)低于2，為了保證地塊內(nèi)住宅的日照、交通、消防、綠化等各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)滿足現(xiàn)行相關(guān)的國(guó)家和上海市的標(biāo)準(zhǔn)要求，社區(qū)的建筑類型均設(shè)計(jì)為高層住宅。由于PHC管樁單樁承載力高，采用PHC管樁作為高層住宅基樁的性價(jià)比高。

3.1 PHC管樁的住宅產(chǎn)業(yè)化

上海大型居住社區(qū)每個(gè)基地由十幾個(gè)地塊或幾十地個(gè)塊組成，住宅建筑的體量多在百萬平方米以上。PHC管樁在工廠流水化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可以滿足工地大批量供貨，機(jī)械化施工，工期短，文明環(huán)保。可以說，PHC管樁已成為住宅產(chǎn)業(yè)化的組成部分。

3.2 地質(zhì)條件

上海位于長(zhǎng)江三角洲入?？跂|南前緣，屬三角洲沖積平原，地質(zhì)成因較為簡(jiǎn)單。匯總大型居住社區(qū)基地各地塊的勘察成果，工程地質(zhì)條件及土的物理力學(xué)性質(zhì)基本相近，各土層的厚度和深度有一定的起伏和差異，PHC管樁可以與之相適應(yīng)，樁徑和樁長(zhǎng)的設(shè)計(jì)可靈活選擇。

3.3 PHC管樁樁基的設(shè)計(jì)與施工

3.3.1 工程概況

上海大型居住社區(qū)某基地(JGH)一期3個(gè)地塊(圖1～3)，建高層住宅(地下1層，地上14～27層)，基樁為PHC管樁，樁基安全等級(jí)設(shè)計(jì)為二級(jí)，400㎜厚鋼筋混凝土帶梁筏板基礎(chǔ)，鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)(表1)。巖土勘察的地層特性見表2。

3.3.2 按照“規(guī)范”設(shè)計(jì)的基樁與施工

依據(jù)表2顯示的地層特性及相關(guān)土工試驗(yàn)報(bào)告，按照上海市《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(DGJ08-11-2010)設(shè)計(jì)出不同管徑和樁長(zhǎng)的PHC管樁樁基，第⑦層粉砂土體為樁的持力層。表3列出了JGH-01、JGH-02地塊PHC-AB500(100)-x系列部分基樁的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。完成基樁施工后，按本文2.3章節(jié)的試樁方式進(jìn)行了基樁承載力的檢測(cè)驗(yàn)收。

表1 JGH基地概況表

表2 JGH基地地層特性表

表3中，6棟樓的層數(shù)、面積、樁長(zhǎng)、樁數(shù)和單樁承載力都有所不同，而三項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(PHC管樁每米的平均承載力、建筑面積平均含樁量、建筑面積樁基的平均工程造價(jià))的數(shù)據(jù)基本相近，體現(xiàn)出設(shè)計(jì)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的合理性。

把兩個(gè)地塊基樁同為￠500㎜PHC管樁的13棟樓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，￠500㎜PHC管樁設(shè)計(jì)的平均承載力為42.75kN/m，建筑面積的平均含樁量為0.421 m/m2，建筑面積樁基的平均工程造價(jià)為126.30元/m2。

(1)兩個(gè)地塊13棟樓共1 046根￠500mmPHC管樁，進(jìn)行了21根樁的豎向承載力靜載試驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)量達(dá)到2%。檢測(cè)結(jié)果顯示：樁頂最大沉降量平均值15.53mm，變異系數(shù)0.184。

(2)兩個(gè)地塊￠500㎜PHC管樁施工，采用靜壓方式進(jìn)行沉樁，在沉樁的過程中時(shí)有壓力表讀數(shù)超出設(shè)計(jì)極限承載力較多的狀況。

3.3.3 依據(jù)試樁成果設(shè)計(jì)的基樁與施工

分析和總結(jié)JGH-01 、JGH-02兩個(gè)地塊的試樁數(shù)據(jù)和壓機(jī)壓力表讀數(shù)，發(fā)現(xiàn)該基地土體的承載力有提升的空間，對(duì)JGH-03地塊PHC管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整后，按本文2.1.1章節(jié)的試樁方式進(jìn)行前期的試樁。

表4列出了JGH-03地塊依據(jù)試樁成果設(shè)計(jì)的PHC-AB500(100)-33基樁的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。完成基樁施工后，按本文2.2章節(jié)的試樁方式進(jìn)行基樁承載力的檢查驗(yàn)收。

對(duì)表4中7棟樓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，￠500mmPHC管樁設(shè)計(jì)的平均承載力為56.47kN/m，建筑面積的平均含樁量為0.328 m/m2，建筑面積樁基的平均工程造價(jià)為98.40元/m2。

JGH-03地塊7棟樓基樁均為￠500mmPHC管樁，共871根樁，進(jìn)行了13根樁的豎向承載力靜載試驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)量達(dá)到1.50%。檢驗(yàn)結(jié)果表明：樁頂最大沉降量平均值14.87mm，變異系數(shù)0.144。

(1) JGH-03地塊￠500mmPHC管樁設(shè)計(jì)的平均承載力為56.47kN/m，而JGH-01、JGH-02地塊￠500mmPHC管樁設(shè)計(jì)的平均承載力為42.75kN/m，相當(dāng)于JGH-03地塊通過試樁設(shè)計(jì)比前兩個(gè)地塊的基樁承載力提高了32.09%；

(2) JGH-03地塊￠500mmPHC管樁的建筑面積平均含樁量為0.328m/m2比JGH-01、JGH-02地塊￠500mmPHC管樁的建筑面積平均含樁量0.421m/m2減少0.093 m/m2,相當(dāng)于JGH-03地塊87 605m2高層住宅通過試樁設(shè)計(jì)比前兩個(gè)地塊的設(shè)計(jì)減少了8 147m￠500mmPHC管樁；

(3)JGH-03地塊￠500mmPHC管樁樁基建筑面積平均工程造價(jià)為98.40元/m2，比JGH-01、JGH-02地塊￠500mmPHC管樁樁基的建筑面積平均工程造價(jià)126.30元/m2減少了27.90元/m2，相當(dāng)于JGH-03地塊的高層住宅通過試樁設(shè)計(jì)比前兩個(gè)地塊的樁基工程節(jié)省投資244.42萬元。

表3 PHC-AB500(100)-x系列部分基樁的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表4 JGH-03地塊PHC-AB500(100)-33基樁的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4 結(jié)語

到目前為止，在已建成的保障房項(xiàng)目中，PHC管樁的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)實(shí)用，推進(jìn)了住宅產(chǎn)業(yè)化的步伐，加快了工程建設(shè)。高層住宅采用地下室設(shè)計(jì)可有效防范PHC管樁樁基的安全風(fēng)險(xiǎn)。工程建設(shè)中，重視PHC管樁樁基前期的試樁研究，有利于科學(xué)提升PHC管樁的承載力，特別是在大型居住社區(qū)項(xiàng)目建設(shè)中顯的尤為必要，其規(guī)模效益十分可觀。