復雜地質條件下預制管樁的創新應用

陳勛新

（福建省建筑輕紡設計院有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

工程建設中應用最廣泛的樁型主要有2 類：預制管樁（＜600徑的管樁應用更廣）和沖（鉆）孔灌注樁。預制管樁適用于一般性地質情況，具有成本低和工期短的優勢；而灌注樁幾乎適用所有的地質條件，其適用性最強，但成本高、工期長。

目前市面上最常見的500 徑預制高強混凝土管樁（PHC500-C80）承載力可達4400～5000kN，其常規持力層：全風化以上；超高強度混凝土管樁（UHC500-C105）其承載力可達5500～7200kN，其常規持力層：強風化以上。而灌注樁若要實現上述承載力，不僅持力層要更深，樁徑也要大得多。

預制管樁在福建、廣東等持力層埋藏較深的沿海地區應用較為廣泛，省錢省工期[1]。但預制管樁水平承載力低，其廣泛應用受到較特殊或較復雜的地質條件限制：當地質表層為類淤泥的軟弱土時，小直徑樁的適用性受限。常需表層地基加固處理的配套措施或直接加大樁徑，導致工期和成本優勢大幅削弱；不利沉樁的特殊地質：大量孤石導致沉樁困難；較深厚的中粗砂或碎卵礫石夾層阻擋沉樁。探明孤石或引孔沉樁均會增加造價和工期。

因此，對于預制管樁如何在復雜地質條件下進行有效應用需進一步探討和摸索。本文以福建省某些工程實例為依據，重點分析大直徑管樁、超高強預應力管樁、新工法植樁的適用條件、成本比較，并在案例3 中，重點介紹和推薦新工法植樁，其經濟成本和工期介于預制管樁和灌注樁之間。

1 PHC大直徑預應力管樁

場地位于連江縣，其土層地質剖面圖如圖1 所示。由圖1 可知，場地淤泥深厚，持力層埋藏很深，持力層選用第7 層砂土狀強風化花崗巖層，本工程采用大直徑 PHC800（130）-AB，有效樁長約69m，單樁承載力特征值3800kN，與800 徑鉆孔灌注樁方案對比見表1。

圖1 連江縣某工程地質剖面

從表1 可知，采用PHC800 管樁方案，節約造價約30%，而且大幅度節約工期。且該工程800徑灌注樁承載力特征值尚無法達到3800kN，實際成本差異更超上述粗估。

表1 PHC800管樁與800徑鉆孔灌注樁對比

一般情況下，預制管樁用較小的成本可實現更高的承載力，其成本和工期均大幅優于灌注樁。

2 UHC超高強預應力管樁

場地位于福清市，土層概況如圖2 所示。該地質第1 層為福建典型地質——“鐵板砂”，即面層覆蓋較厚且標貫較高的密實砂層，普通C80 預應力管樁穿透較難；采用UHC500(125)-C105-AB 超高強管樁后，順利沉樁，同時到達基巖后承載力特征值達3500kN，充分發揮樁身強度高的優勢[2]。

圖2 福清市某工程地質剖面

結論：UHC 超高強預應力管樁樁身混凝土強度等級為C105～C125，相比普通C80 預應力管樁優勢在于：（1）特別適合對樁身強度要求高的樁基工程，軸心受壓承載力較C80 預應力管樁得到大幅提升，提升幅度高達26%～44%，而成本僅提升10%～15%，在以豎向承載力主控的工程項目中，具備極高的經濟性；（2）由于樁身強度更高，對硬質夾層的穿透性，UHC 樁比普通C80預應力樁更強。這部分解決了密實砂層、較高卵礫含量的夾層沉樁問題；（3）樁身耐打性能更強，爛樁爆樁率更低[3]。

3 新工法植樁

新工法植樁幾乎適用各種地質，它綜合了攪拌樁、灌注樁的成孔和預制管樁高承載力和樁身強度高的優點，很好地解決了預制空心管樁水平承載力差、硬質土層沉樁難的痛點。同時，它的單樁（無論是豎向還是水平）承載力比預制管樁更高，持力層的要求又低于灌注樁，可大幅節約樁長，使其建造成本大幅低于灌注樁。總之，新工法植樁的總成本和總工期均界于預制管樁和灌注樁之間。

新工法植樁與灌注樁、靜壓或錘擊工法管樁工藝對比見表2，植樁成孔工法見表3。

表2 新工法植樁與灌注樁、管樁工藝對比

表3 新工法植樁成孔方法

3.1 取土植樁工法

案例場地位于廈門市沿海地帶，土層概況如圖3所示，場地孤石異常發育，孔內孤石平均遇見率達45%，為最大程度避開孤石的影響，從樁基施工難度、工期、承載力條件、造價等綜合考慮，甲方組織該項目召開地基基礎選型（勘察階段）專家咨詢會，根據勘察成果綜合進行地質分析，結合專家咨詢意見，該項目采用取土植樁工法[4]。

圖3 取土植樁工法地質剖面

該工程原方案采用樁徑d=1200mm的灌注樁，樁端持力層為中～微風化花崗巖層，平均樁長約45m。經優化孤石分布區域，采用旋挖植樁工法，旋挖直徑為700mm，孔進入砂土狀強風化3m，填入C25 細石混凝土，灌注長度為有效樁長2/3，植入PHC600 管樁，采用錘擊成樁。平均有效樁長約33m。旋挖+管樁與灌注樁對比見表4。

取土植樁設計要點：（1）挖孔直徑比樁身大200～300mm，孔的直徑比樁身大可矯正鉆孔不垂直導致管樁無法垂直問題，孔徑具體取值可根據垂直度控制大小調整，長樁需要增大預留量；（2）填充材料可選用水泥砂漿、細石混凝土及其它材料，填充高度為樁長的2/3以上；細石混凝土適用各種土層，承載力恢復快；水泥砂漿適用于松散、空隙大、滲透性強的地層；純水泥漿適用于地層簡單、滲透性不強的地層；膨脹土、黏土適用于松散、滲透系數大的地層。

植樁法極限側阻力標準值及極限端阻力標準值可取灌注樁和預制管樁的側摩阻力中間值，一般取灌注樁摩擦力的1.3～1.5倍。

3.2 非取土植樁工法

案例場地位于廈門某臨近地鐵線旁，根據相關部門要求，不得采用有擠土效應的樁，考慮到此地質比較適合采用攪拌植樁，經過與業主單位多次溝通，最后同意采用攪拌植樁工法進行試樁。非取土植樁工法地質剖面如圖4所示。

圖4 非取土植樁工法地質剖面

試樁時，采用大扭矩水泥攪拌鉆機，要求攪拌樁入土深度29m，進入砂礫狀強風化花崗巖層9m，管樁采用PHC500-125-AB，復合樁承載力特征值不小于2400kN。水泥攪拌樁直徑800mm,水泥攪拌樁采用P·O42.5 級普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比18%～20%，水泥漿液的水灰比為0.5～0.65。

植入PHC 樁后，采用錘擊式成樁，機械選用60#型號柴油錘，沖程及收錘標準：沖程采用2.5m；最后一陣（10擊）貫入度均不大于30mm。

非取土植樁（水泥土+管樁）設計要點如下：

（1）水泥土樁（攪拌樁、高壓旋噴樁等軟性樁）樁身直徑比管樁大200以上。

（2）水泥土做法按《勁性復合樁技術規程》JGJ/T 327-2014 及《水泥土復合管樁基礎技術規程》JGJ/T 330-2014規定執行。

（3）施工設備軟土地區用攪拌樁機和高壓旋噴樁機，嵌巖地區用潛孔錘旋噴樁機。

根據多個項目工程經驗數據，復核樁身承載力約為芯樁的1.05～1.2 倍。采用靜壓時的壓樁力可取單樁承載力特征值的15～1.8倍。

4 結束語

樁基礎工程若以經濟性和工期為主控目標，預制管樁為首選；若以復雜地質的適用性為主控目標，灌注樁的地質適用性最強，但一般情況下成本和工期最劣。植樁工法綜合了灌注樁的成孔優勢，使其對復雜地質適用性較預制管樁大幅拓寬，而其成本和工期又大幅優于灌注樁。隨著植樁工法在工程實踐中的進一步推廣，定會成為最主流的深基礎方案。