預應力高強混凝土管樁在某地下室抗浮中的應用

陳 斌

(福建省華廈能源設計研究院有限公司 福建福州 350003)

0 引言

隨著城市地下空間的開發利用，地下工程的規模和深度也在不斷加大，其抗浮問題日益突出，因受地下水浮力的影響發生地下室等地下工程結構上浮，隆起，開裂破壞的案例不在少數。因此，地下工程的抗浮問題是工程設計中不容忽視的重點問題，尤其在上部無建筑物的地下室或是高層裙房下的地下室抗浮問題尤為突出。

預應力高強混凝土管樁(PHC管樁)具備施工簡便易控制、施工速度快，樁身強度高、質量穩定，基礎質量有保證，基礎造價相對較低等優點，在建筑工程中應用廣泛。但PHC管樁作為抗浮樁時常存在不同意見，由于設計人員對PHC管樁的抗浮性能及關鍵節點控制不全面，原本可以采用PHC管樁作為抗拔樁的地下工程項目，最終沒有選擇PHC管樁，而選用造價更高的沖鉆孔灌注樁或其它措施來解決抗浮問題。

本文結合某地下室工程實例，從樁身強度、接點強度及樁側抗拔力等方面，分析探討PHC管樁在地下工程中作為抗拔樁時對樁身結構強度的要求、樁體連接處的強度驗算及其它主要注意事項等，同時通過現場抗拔靜載荷試驗以驗證其可靠性，供相似地下工程抗浮設計參考借鑒。

1 工程實例

1.1 工程概況

該工程位于福州市鼓樓區西二環路某新建住宅小區，小區擬建6棟28～30層住宅樓，住宅樓下及住宅樓之間設2層地下室，框剪結構，室外地面設計標高7.20m。地下室總埋深9.25m，底板標高-2.05m，地下室頂板厚0.30m，底板厚0.25m，室內建筑面層厚0.10m，頂板上覆土厚度1.00m，典型柱網7.90m×8.20m，地下室典型剖面如圖1所示。

擬建場地屬福州小盆地地貌單元，地形地貌開闊平坦，最高地下水位標高為6.20m，場地地下水及地基土對建筑材料具有弱腐蝕性。典型巖土層分布及巖土層參數如表1所示。

表1 巖土層參數

圖1 地下室典型剖面示意圖

1.2 抗拔樁選型及設計

該工程地下室底板位于③淤泥層中，該土層強度和變形均不能滿足高層住宅樓及地下室荷載的要求，經多方案比較，該工程基礎選用了預應力混凝土管樁基礎。

對于直接位于高層住宅樓下的地下室抗浮，主要是施工期間的臨時抗浮問題，可通過施工期的臨時降排水措施解決。對于住宅樓之間的純地下室部分，則屬于永久性抗浮問題，需通過抗浮驗算，并采取相應的抗浮措施。

綜合場地水、土對建筑材料的腐蝕性，結合住宅樓主樓的基礎型式，該工程純地下室地段選用工程樁作為抗拔樁，選用樁型PHC 500 AB 125-14，以⑨砂土狀強風化花崗巖層作為樁端持力層，樁端進入持力層4.0m，樁長約27.95m，當水位低、水浮力小時作為基礎承壓樁，當水位高、水浮力大時作為抗拔樁，大大節省了基礎造價。

該工程地下室水壓力F浮=(9.25-1.00)×10=82.50kPa，地下室自重F抗=覆土1.00×18+砼梁板(0.30+0.25+0.25+0.30)×25+底板面層(0.10+0.10)×20=49.50kPa，F浮>F抗，依靠地下室的自身重量無法滿足抗浮要求。

該工程取純地下室地段典型柱網7.90m×8.20m位置進行比較分析，單柱上浮力Fk=(82.50×1.05-49.50)×7.90×8.20=2405kN。查表[1]，PHC 500 AB 125樁身軸心受拉承載力設計值[N]=918kN，該工程樁身軸心受拉承載力特征值取680kN，2405kN/680kN=3.54，地下室單柱下設置4樁可滿足抗拔要求。單柱4樁按樁中心距2m矩形布置。

1.3 抗拔承載力驗算

在上拔力的作用下，抗拔樁的破壞模式主要包括兩大類：一種是樁身材料強度不足，出現樁身混凝土或鋼筋被拔斷破壞以及樁接點破壞等；一種是樁體從巖土中拔出的破壞，包括單樁樁體被拔出的破壞，以及群樁連帶群樁所包圍的巖土體整體被拔出的破壞，即非整體破壞模式及整體破壞模式。

1.3.1樁身及接點強度

(1)樁基按樁身軸心受拉承載力布置，滿足樁身強度抗拔要求。

(2)根據福建省管樁技術規程[1]，Qct=680kN<(σpc+ft)A=(6.02+2.22)×1000×[3.14×(0.252-0.1252)]=1213kN，樁身強度滿足抗裂要求。

1.3.2樁體拔出破壞

單樁樁體被拔出的破壞和群樁連帶群樁所包圍的巖土體整體被拔出的破壞，對該類破壞的樁基承載力驗算按樁基規范[2]公式進行：

Nk≤Tuk/2+Gp，Tuk=∑λisikuili；

(1)非整體破壞

Tuk=∑λisikuili=3.14×0.5×(0.70×6.55×12+0.70×2.10×50+0.70×7.30×15+0.60×3.50×70+0.70×2.00×70+0.70×2.50×90+0.65×4.0×120)=1443.8kN；

Gp=3.83×27.95-3.14×0.252×27.95×10=52.2kN；

Nk=680kN

(2)整體破壞

Ggp=(樁重208.8+土重1210.8)/4=355kN；

Nk=680kN

2 單樁豎向抗拔靜載試驗

為了驗證該工程PHC管樁的抗拔性能，確保安全，施工現場根據相關規范[2-3]及設計要求，選取了3根工程樁進行單樁豎向抗拔靜載荷試驗。試驗過程采用慢速維持荷載法，單樁最大上拔荷載取1360kN，最終最大上拔量為13.69mm，試驗全過程均滿足規范及設計要求，試驗結果如表2所示。

表2 單樁豎向抗拔靜載試驗結果

由此可見，該工程PHC管樁單樁豎向抗拔極限承載力不小于1360kN，與上述分析計算的結果吻合，能滿足擬建地下室的抗拔承載力要求。

3 結論

在一定條件下，PHC管樁作為抗拔樁完全能滿足要求，技術上可行，是一種經濟效益明顯的抗拔樁樁型。

PHC管樁作為抗拔樁，抗拔承載力主要由樁身、樁接頭以及樁側等部位的抗拉力綜合確定，其抗拔承載力直接受樁體最薄弱的部位控制，各部位強度及驗算均需滿足抗拔承載力要求，缺一不可。用管樁內孔填芯混凝土中的鋼筋作為抗拔樁的受力鋼筋時，填芯混凝土的灌注深度及質量直接影響到抗拔力的傳遞，設計及施工時應慎重處理，必要時應通過抗拔試驗確定。另外，作為抗拔樁，對樁體質量的要求極高，從生產、運輸、施工沉樁等各個環節必須確保樁體質量滿足要求以及不受破壞。

[1] DBJ13-86-2007 先張法預應力混凝土管樁基礎技術規程[S].福州：福建省建筑標準設計辦公室，2007.

[2] JGJ 94-2008 建筑樁基技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3] JGJ 106-2014 建筑基樁檢測技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[4] 10G409 預應力混凝土管樁[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[5] 楊振仲．預應力高強混凝土管樁抗拔承載力分析[J]．福建建筑，2016(7).

[6] 李宏偉．淺析預應力高強混凝土抗拔管樁的連接接頭方式[J]．福建建筑，2013(3).