大直徑PHC管樁在軟土地基工程中的應(yīng)用

吳鴻志

(嘉博(福建)聯(lián)合設(shè)計(jì)有限公司 福建福州 350001)

引 言

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是目前應(yīng)用最廣泛、也相對(duì)比較成熟的樁型，與其它樁型比較具備了以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):①樁體強(qiáng)度高，單樁承載力高，設(shè)計(jì)范圍廣;②單樁可任意接長(zhǎng)，施工條件限制小;③工廠預(yù)制，質(zhì)量有保證;④施工簡(jiǎn)便，成樁可靠，工期短;⑤環(huán)境污染相對(duì)小;⑥造價(jià)低廉，經(jīng)濟(jì)性能好。

1 小直徑混凝土管樁的局限性

目前民用建筑中應(yīng)用比較多的是PHC 400 PHC500 PHC600這三種直徑相對(duì)小的樁型。小直徑的樁本身相對(duì)來(lái)說(shuō)具有一定的局限性:①樁體小，有效摩擦力小，自重輕;②樁身抗彎剛度小;③樁身受彎、受剪承載力低;④樁長(zhǎng)細(xì)比大;⑤承載力相對(duì)較低，布樁數(shù)量多等。

2 軟土場(chǎng)地特點(diǎn)

福建沿海城市，大部分建筑場(chǎng)地地表都覆蓋著比較厚的淤泥或淤泥質(zhì)土，其主要特點(diǎn)是:①軟土覆蓋層厚且埋深淺;②樁端持力層深，樁長(zhǎng)較長(zhǎng);③飽和土，含水率高，呈流塑或半流塑狀態(tài)等。

3 小直徑混凝土管樁在軟土地基中使用的局限性

(1)淤泥或淤泥質(zhì)土覆蓋層厚，樁端持力層深，樁長(zhǎng)比較長(zhǎng)，小直徑管樁長(zhǎng)細(xì)比相對(duì)大，樁身垂直度控制難，打樁過(guò)程容易出現(xiàn)樁身傾斜、斷樁、爆樁的情況。

(2)淤泥或淤泥質(zhì)土多為飽和土，含水率高，管樁本身又是擠土樁，如果沒(méi)有有效的措施及合理的施工方案，樁基礎(chǔ)施工過(guò)程，隨著沉樁數(shù)量不斷增加，擠土效應(yīng)明顯并產(chǎn)生超孔隙水壓力，帶動(dòng)樁間土及樁體往上位移，從而使樁端與持力層產(chǎn)生了較大的孔隙，也就是浮樁，浮樁量大了對(duì)樁的承載力特別是端承為主的樁影響較大。

(3)由于軟土層埋深淺，基坑開(kāi)挖深度及承臺(tái)埋深大部分都位于淤泥或淤泥質(zhì)土層，對(duì)于這種流塑或半流塑狀態(tài)的土層，土方開(kāi)挖過(guò)程容易引起土體滑坡，從而影響到工程樁，出現(xiàn)樁身傾斜、偏位甚至斷裂的情況。

4 大小直徑混凝土管樁力學(xué)性能對(duì)比

小直徑管樁有效摩擦力小自重輕，樁基施工過(guò)程更容易浮樁;另一方面，小直徑管樁長(zhǎng)細(xì)比大、側(cè)向剛度小、樁身抗彎承載力和受剪承載力低，打樁及土方開(kāi)挖過(guò)程容易出現(xiàn)偏位、傾斜及爆樁、斷樁情況。而大直徑管樁相對(duì)于小直徑管樁卻具有一定的優(yōu)勢(shì)，從表1可以看出PHC 800 AB 130型較PHC 500 AB 125(PHC 600 AB 130)管樁樁身承載力具有較大優(yōu)勢(shì)，特別是水平承載力及抗彎剛度。

5 工程實(shí)例

位于福建沿海某城市的兩相鄰A、B地塊，設(shè)防烈度、基本風(fēng)壓均相同，場(chǎng)地地質(zhì)條件也相近，如下(圖1)，淤泥埋深不到1m，含水率約75%。其中 A地塊10#樓為33層百米高層住宅，建筑長(zhǎng)寬分別為49.6m和16.4m，采用剪力墻結(jié)構(gòu);B地塊6#樓為39層120m超高層住宅，建筑長(zhǎng)寬分別為50.6m和19.7m，也是采用剪力墻結(jié)構(gòu);兩棟樓的設(shè)計(jì)條件及建筑體型都非常類(lèi)似。

A地塊10#樓選用PHC 500 AB 125樁，持層為⑨卵石層，單樁承載力特征值2400kN，樁間距3.5d，總樁數(shù)為237根，樁總抗力與上部荷載比值約為1.2;采用錘擊工藝，錘重6.2T，沖程2.0m，最后三陣貫入度控制50mm，有效樁長(zhǎng)約40m，樁端進(jìn)入持力層約1.0m，樁基布置如(圖2)。

圖1 工程地質(zhì)剖面

圖2 A地塊10#樓PHC500樁布置圖

B地塊6#樓選用PHC 800 AB 130樁，持層為⑨卵石層，單樁承載力特征值4500kN，樁間距3.5d，總樁數(shù)為147根，樁總抗力與上部荷載比值約為1.2;采用錘擊工藝，錘重10.2T，沖程2.0m，最后三陣貫入度控制30mm，有效樁長(zhǎng)約40m，樁端進(jìn)入持力層約2.0m，樁基布置如(圖3)。

圖3 B地塊6#樓PHC800樁布置圖

其中A地塊樁基礎(chǔ)于2012年施工完畢，B地塊樁基礎(chǔ)于2014年施工完畢，經(jīng)監(jiān)測(cè)對(duì)比:A地塊10#樓，日最大上浮量50mm，最大總上浮量150mm，靜載不滿足要求;施工過(guò)程斷樁、爆樁率相對(duì)高，約1.5～2%;土方開(kāi)挖過(guò)程，出現(xiàn)較多樁偏位、樁身傾斜、斷裂。B地塊6#樓:最大總上浮量40mm，靜載滿足設(shè)計(jì)要求;施工過(guò)程斷樁、爆樁率相對(duì)低，約0.5～1.0%;土方開(kāi)挖過(guò)程，僅個(gè)別樁出現(xiàn)少量偏位。

圖4 B地塊6#樓Φ800沖(鉆)孔灌注樁布置圖

從以上兩個(gè)工程實(shí)例可以看出，大直徑管樁在軟土地基中使用，其可靠性及穩(wěn)定性較好，充分發(fā)揮了自身力學(xué)性能的優(yōu)勢(shì)。

表1 PHC樁樁身承載力指標(biāo)

表2 PHC 800 AB 130型管樁與Φ800沖(鉆)孔灌注樁經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

6 大直徑混凝土管樁與灌注樁的經(jīng)濟(jì)性比較

大直徑管樁除了在安全性、可靠性方面具備優(yōu)勢(shì)外，與其它類(lèi)型的灌注樁對(duì)比，其經(jīng)濟(jì)性也相當(dāng)明顯。B地塊6#樓改用Φ800沖(鉆)孔灌注樁布置，如圖 4，樁身混凝土為水下C40，樁端持力層選⑩中風(fēng)化凝灰?guī)r層，進(jìn)入持力層深度不小于500mm，單樁承載力特征值由樁身混凝土控制取5000kN，沖(鉆)孔樁單價(jià)按每立方混凝土成樁費(fèi)用1500元計(jì)，不含樁端或樁側(cè)注漿費(fèi)用;PHC 800 AB 130樁每米費(fèi)用約為480元(其中打樁費(fèi)按30～40元計(jì))。具體對(duì)比詳表二，采用 PHC 800 AB 130樁大約可以節(jié)省40%造價(jià)，而且管樁施工工期短，環(huán)境污染相對(duì)小，整體經(jīng)濟(jì)效益更為明顯。

7 大直徑樁設(shè)計(jì)及施工注意事項(xiàng)

對(duì)于在軟土地基中使用的大直徑管樁，在設(shè)計(jì)與施工過(guò)程也需要采取合理的方案及措施，避免出現(xiàn)浮樁或斜樁的現(xiàn)象。具體如下:

(1)設(shè)計(jì)樁間距適當(dāng)加大，按3.5～4.0d，地質(zhì)條件允許的場(chǎng)地不采用樁尖或采用開(kāi)口樁尖，以減少擠土效應(yīng);

(2)嚴(yán)格控制最后三陣貫入度，保證樁端多進(jìn)入堅(jiān)硬土層的深度，提高樁體有效摩擦力;

(3)根據(jù)場(chǎng)地情況設(shè)置一定的消擠孔、排水井或塑料排水板，降低孔隙水壓力;

(4)采用“重錘低打”降低錘擊應(yīng)力，一般采用不小于10.2T的錘，并控制每天每棟樓每臺(tái)機(jī)子的成樁數(shù)量;

(5)選擇合理的打樁施工順序，先里后外，先密后疏，先中間后兩邊;

(6)樁基全面施工前應(yīng)將現(xiàn)有施工場(chǎng)地壓實(shí)、整平，局部松軟的場(chǎng)地、舊建筑物基礎(chǔ)及混凝土地面、較大的塊石等應(yīng)清除;

(7)選取一定數(shù)量樁，每天測(cè)量樁頂標(biāo)高;

(8)土方開(kāi)挖深度較大的可以采用攪拌樁對(duì)表層軟土進(jìn)行固化處理，并采用分層開(kāi)挖，分段砍樁。

8 結(jié)語(yǔ)

大直徑管樁憑借其自身良好的力學(xué)性能，較好地克服了小直徑管樁在軟土地基中使用的局限性，具有比較明顯的經(jīng)濟(jì)效益和時(shí)間效益。近年來(lái)高層與小超高層的建筑越來(lái)越多，大直徑管樁在民用建筑的應(yīng)用也將會(huì)越來(lái)越廣泛。

[1]GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3]10G409，預(yù)應(yīng)力混管樁設(shè)計(jì)圖集[S].