預應力混凝土管樁在巖溶地區的應用

葉修喜，余安勝

（中機第一設計研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

我國南方地區巖溶地質廣泛分布，巖溶地區不良地質作用較發育，地質條件復雜，巖面起伏較大，沖（鉆）孔灌注樁是在巖溶地區應用最為廣泛的一種樁型。近年來，預應力混凝土管樁在建筑工程中得到廣泛的應用。預應力混凝土管樁有質量可靠、施工速度快、經濟性好等優點，預應力混凝土管樁應用在巖溶地區也有明顯的缺點：斷樁率高、樁長變化大、遇溶洞易出現失穩等方面的問題。本文根據工程實踐，對預應力混凝土管樁在巖溶地區的應用進行分析探討，針對不同情況提出應對措施。

2 工程概況

項目位于廣東省佛山市，規劃用地約18.7×104m2，建筑面積約 12.6×104m2。擬建技術中心、研發樓、專家樓，地上 4～6 層，地下1 層，采用鋼筋混凝土框架結構，砌體填充墻圍護；擬建廠房1～3 層，單層廠房采用門式剛架結構，多層廠房采用鋼框架結構，圍護結構采用雙層彩鋼板。

3 地質情況

3.1 場地工程地質分層及特征

場地地貌單元屬于沖積平原。場地地形平坦廣闊，原為魚塘和耕地，現已回填平整，整個場地最大高差0.9m。勘探深度范圍內揭露地層主要有：素填土、沖積層（粉質黏土、淤泥、細砂等）、殘積層粉質黏土、灰巖，土層具體特性如下。

①素填土：灰黃、淺灰色；松散；成分主要為黏性土及碎石，粒徑多為3～10cm，近期回填而成，未經壓實，全場分布，厚度 1.0～4.0m。

②粉質黏土：灰黃、淺灰色；濕，可塑；部分表現為黏土，含多量細砂顆粒，黏性較好，干強度中等，沖積成因，承載力特征值 fak=120kPa，局部分布，厚度 0.7～12.5m。

③淤泥質土、淤泥：灰黑；飽和，流塑；含少量腐殖質及多量粉細砂顆粒，黏性好，手捏有滑膩感，局部為含淤泥粉砂，沖積成因，承載力特征值fak=60kPa，局部分布，厚度0.9～10.7m。

④粉細砂：褐黃、淺灰；飽和，松散為主，局部稍密；砂的主要礦物成分為石英，含多量黏粒，局部表現為中砂，級配不良，沖積成因，承載力特征值fak=100kPa，局部分布，厚度1.1～11.5m。

⑤粉質黏土：褐黃、紫褐色；稍濕，硬塑～堅硬；含多量細砂顆粒，局部含圓礫、碎石，粒徑一般為2～6cm，局部地段夾多量全、強風化巖塊，黏性一般，干強度中等，為砂巖、灰質礫巖完全風化殘留產物，遇水易軟化，殘積成因，承載力特征值fak=200kPa，局部分布，厚度 2.1～14.3m。

⑥1強風化灰巖：深灰、灰色，巖石風化強烈，巖芯多呈半巖半土狀，夾少量中等風化巖塊，巖質極軟，遇水易崩解軟化。巖體完整程度為極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ類，承載力特征值fak=500kPa，局部分布，厚度1.1～14.3m。

⑥2中等風化灰巖：灰黑、深灰色，隱晶質結構、層狀構造，主要礦物成分為方解石，含少量炭質，節理裂隙發育，節理面多被方解石巖脈充填，巖芯多呈塊狀，巖質較硬，巖體完整程度為極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ類，承載力特征值fak=1 700kPa，局部分布，厚度 0.5～7.7m。

⑥3微風化灰巖：灰黑、深灰色，隱晶質結構、層狀構造，主要礦物成分為方解石，含少量炭質，節理裂隙發育，多被方解石巖脈全充填，巖芯多呈柱狀，少部分為塊狀，巖質較硬，巖體完整程度為較完整，巖體基本質量等級為Ⅲ類，承載力特征值fak=3 700kPa，本次勘測未鉆穿該層。

3.2 巖溶發育情況

完成的255 個鉆孔中有43 個鉆孔揭露有溶（土）洞，見洞率16.9%，屬溶洞中等～強發育。其中50%的洞隙無充填，其余為半～全充填，洞隙埋深為12.5～31.9m。對于已形成的洞隙，由于地下水位隨氣候呈季節性升降變化大，場地基巖面起伏變化差異大，地下水的動力條件較強，因此，土洞有加劇向上發展的可能性。這些巖溶的存在對地基的穩定性構成了隱患。

4 基礎設計

基坑開挖后基底主要有①素填土、②粉質黏土、③淤泥質土、④粉細砂，上述土層承載力低，力學性質差，不能滿足建筑物對天然地基承載力和變形要求。場地下伏基巖為灰巖，巖面起伏大，并發育有土洞和溶洞。因此，對于荷載較大的多層框架結構和跨度較大的單層廠房，地質報告建議優先采用鉆（沖）孔灌注樁，以中風化～微風化巖作為樁端持力層，建議樁徑800～1 400mm，預計樁長15～35m。樁型也可選用預制樁方案，但需要進一步查明溶洞、土洞的分布范圍，對溶（土）洞進行處理后采用，以強風化～中風化巖作為樁端持力層，樁徑400～600mm。

根據工程的實際情況，該工程若采用鉆（沖）孔灌注樁，施工周期及造價很難滿足建設單位的要求。綜合考慮工期、造價等各方面因素，多層框架結構和跨度較大的單層廠房采用預應力混凝土管樁基礎，樁端以強風化～中風化巖作為樁端持力層。

根據巖土工程詳細勘察報告，溶（土）洞見洞率16.9%，巖面起伏較大，微風化巖頂面高差達14.5m，建議開展施工勘察【1】，施工勘察包含 2 部分內容。

第一部分：按一承臺一孔原則布置施工勘察孔，查明完整巖層（持力層）的埋深、標高等情況，為樁基礎設計提供依據。

第二部分：根據已實施的勘探孔推測溶（土）洞分布范圍，在溶（土）洞區域周邊或內部增加鉆孔，進一步查明溶（土）調分布范圍、大小、填充物等情況。

預應力混凝土管樁的特點是抗壓強度高、抗剪能力差，在巖溶地區，巖面高低不平，在沉樁過程中，樁下端碰到傾斜的巖面很容易斷裂，該地區某些工程斷樁率超過10%。設計通過3 方面措施來減小斷樁率：（1）控制單樁承載力特征值大小，本工程采用φ500mm×125mm 管樁，單樁豎向承載力特征值Ra=1 300kN；（2）接樁采用機械嚙合接頭，樁尖采用 H 型鋼樁尖【2】；（3）采用高強預應力混凝土管樁（PHC）、較大壁厚、AB 型及以上樁型號，根據需要亦可以將管樁箍筋加大加密。

巖溶地區，巖面起伏較大，樁長變化大，但根據一承臺一孔施工勘察數據確定的樁長與地質實際情況吻合度高，施工過程中只要通過合理計劃配樁即可減小樁長變化大的不利影響。

預應力管樁施工前，根據施工勘察查明的溶（土）洞分布范圍、大小，采用水泥灌漿方式對溶（土）洞進行處理，確保溶（土）洞灌滿水泥漿，注漿完成后用水泥砂漿封孔。溶（土）洞內水泥漿填充物膠結、硬化后檢測填充率和填充物承載力，確保灌漿質量滿足設計要求。溶（土）洞處理后再進行預應力管樁施工，不會出現樁遇溶（土）洞易出現失穩的問題。

5 預應力混凝土管樁施工

巖溶地區預應力混凝土管樁施工過程中斷樁率高，施工工程須采取措施把斷樁率降到最低【3】。

1）根據設計圖紙和施工勘察報告，選用合理的樁節組合，盡量減少接樁次數。

2）嚴格控制樁身質量，有質量缺陷的樁嚴禁使用。

3）采用靜壓法施工工藝。

4）壓樁過程中要密切注意控制壓樁力及入土速度。

5）壓樁過程應測量樁身垂直度，當樁身垂直度偏差大于1%時，應停止壓樁，找出原因并設法糾正。

6）出現斷樁及時上報，由設計人員出具補樁方案。

6 結語

預應力混凝土管樁在本工程應用過程中，共出現斷樁17根，斷樁率0.5%，斷樁率遠小于該地區其他工程，樁基工程已全部檢驗合格。預應力混凝土管樁施工速度快、樁身質量穩定、經濟性好，通過合理的設計與施工，預應力混凝土管樁在巖溶地區的應用有較大推廣價值。