沿海地區不均勻地質下抗拔預應力高強混凝土管樁的設計與施工

湯亮，李聰聰，郭淯晟，唐明成，楊高勇，王仕名

（中國建筑第二工程局有限公司華南公司珠海分公司，廣東珠海 519000）

1 項目概況

1.1 工程概況

珠海機場綜合交通樞紐項目一期工程位于廣東省珠海市金灣區珠海機場北側。項目主要建設內容為：航站樓前交通樞紐、配套商業服務中心及相關業務用房、地鐵預留、軌道及軌道交通旅客行李通道（土建）等。項目用地面積約7.57×104m2，總建筑面積1.618×105m2，建筑最高點高度為27.38 m。地上2層，地下2層，局部地下3層，結構為框架結構體系。

1.2 工程地質條件

建設場地地形開闊，略有起伏，地面標高介于2.87～9.63 m；場地原始地貌單元為濱海堆積地貌，后經人工改造，目前場地大部分為施工區域、綠化帶及道路等。根據勘察報告，場地內埋藏的地層主要有人工填土層、第四系海陸交互相沉積層及第四系殘積層，下伏基巖為燕山期花崗巖。地勘報告中各地層工況為：中砂，分選較好，級配一般，局部不均勻含20%～40%淤泥質黏土，呈飽和、松散狀態，偶見稍密狀態；粉質黏土，主要由粉粒、黏粒組成，含10%～15%石英質，搖震無反應，光澤反應稍有光澤，干強度及韌性較高，呈很濕、可塑狀態；淤泥，不均勻，含10%～30%粉細砂，光澤反應有光澤，干強度及韌性高，呈飽和、流塑狀態；含粗砂粉質黏土，主要由粉粒、黏粒組成，含30%～40%粗砂，砂礫為石英質，次棱狀，搖震無反應，光澤反應稍有光澤，干強度及韌性較高，呈濕、可塑狀態；淤泥質黏土，局部夾朽木，不均勻含30%～40%石英砂，搖震反應緩慢，光澤反應有光澤，干強度及韌性高，呈飽和、軟塑狀態；粗砂，主要成分為石英質，次棱狀，分選一般，級配一般，不均勻，含10%～20%黏粒、約5%石英礫砂，呈飽和、稍密～中密狀態；砂質黏性土，由花崗巖原地風化而成，搖震無反應，光澤反應稍有光澤，干強度及韌性中等，呈很濕～飽和、硬塑狀態。

場地工程地質條件復雜，地基整體穩定性差，工程建設適宜性為適宜性差，各土層層位穩定性差，多呈互層狀或透鏡體分布，層頂埋深變化很大，層厚變化很大，勘察場地地基土總體屬于不均勻性地基土。

2 抗拔預應力高強混凝土管樁設計與試樁結果差異分析

2.1 管樁的設計技術指標

本工程采用的抗拔預應力高強混凝土管樁類型為PHC-500-AB-125管樁，共計5 121根，單樁豎向抗拔承載力特征值400 kN，設計有效樁長≥15 m，采用靜壓法施工，終壓力值為2 800 kN，樁身允許爆壓壓樁力為5 000 kN。按最初的樁基設計，含粗砂粉質黏土、粗砂、砂質黏性土、全風化花崗巖均可作為樁端持力層，管樁進入持力層深度不小于2 m。抗拔預應力管樁設計終壓值計算詳見圖1。

圖1 抗拔預應力管樁設計終壓值計算

2.2 管樁試樁結果

共進行7根試樁（編號為SZ1～SZ7），均出現滿足設計樁長后，壓力值不足的問題。管樁在粗砂粉質黏土、粗砂、砂質黏性土中，壓力值增長緩慢，當壓至全風化花崗巖時，壓力值方能明顯增長，并最終滿足終壓值至2 800 kN的要求，而此時樁長遠大于設計有效長度。試樁記錄見表1。

表1 試樁記錄

2.3 分析偏差原因

以SZ1為例，下部土層-7.90～-15.20 m為中砂，-15.20～-22.60 m為含粗砂粉質黏土，-22.60～-26.30 m為砂質黏性土，-26.30～-36.20 m為全風化花崗巖。SZ1設計終壓值分析圖如圖2所示。

圖2 SZ1分析圖

以SZ3為例，下部土層-7.83～-12.43 m為粉質黏土，-12.43～-19.53 m為含粗砂粉質黏土，-19.53～-25.63 m為砂質黏性土，-25.63～-34.63 m為全風化花崗巖。SZ3設計終壓值分析圖如圖3所示。SZ3附近地層剖面圖如圖4所示。

圖3 SZ3分析圖

SZ3試樁計算結果如圖5所示。通過試樁發現原設計未考慮不均勻土層中夾雜厚薄不均的淤泥層，而淤泥層的樁側摩阻力特征值僅為8 kPa，遠小于含粗砂粉質黏土的樁側摩阻力特征值42 kPa，粗砂的樁側摩阻力特征值33 kPa，砂粉質黏土的樁側摩阻力特征值42 kPa，且含粗砂粉質黏土、粗砂、砂粉質黏土為松土，自穩能力一般，以至于過于樂觀地估計了樁側摩阻力。

圖5 SZ3試樁計算

3 調整管樁設計技術指標

滿足抗拔承載力反推需要的壓樁力計算公式為：壓樁力=（抗拔承載力/土層摩阻力折減系數+端阻力）×2

土層摩阻力折減系數為0.45，則壓樁力近似計算為：（400/0.45+196）×2=2 170 kN。

從滿足抗拔承載力要求的角度分析終壓力約為：2 200 kN（底板以下終壓力增量2 200 kN）。

目標為抗拔承載力特征值400 kN。施工時以控制終壓力為主（底板以下終壓力增量2 200 kN），樁長為輔。

4 對沿海地區不均勻地質條件下管樁設計提出具體建議

現場試樁結果和設計參數差異較大，與場地內的中砂、粉質黏土、淤泥、含粗砂粉質黏土、淤泥質黏土、粗砂穩定性較差，均與夾雜厚薄不均的淤泥層相關，在沿海不均勻地質條件下，應以終壓力值為主的同時再滿足設計樁長，且應以全風化花崗巖及其以下地層作為樁端持力層。預應力管樁對地層的要求較高，因此，在勘察中對地層中的土體劃分精度要求更高，需補充靜力觸探來對夾雜在地層中的特殊地層描述清楚，保證設計計算的準確性。

5 不均勻地質條件下精準配樁

傳統配樁方法按照地勘報告持力層深度估算樁長，而在實際應用中地勘點位相距較遠約20～25 m一孔，因此，當遇到巖層起伏較大的地質條件時，難以反映真實的地質情況，造成配樁不準確，損耗率高。

通過增加管樁試樁要求，取得正式施壓所需要的相關控制數據。明確正式樁施工時的雙控原則，壓力或樁長[1]。運用BIM軟件根據地勘報告創建模擬持力層巖面標高圖，并根據試樁的樁長計算入持力層的深度，在模擬巖面標高圖所在位置調整豎向坐標，巖面標高圖會隨著坐標點的更新即時調整，確定附近區域入持力層的深度，下一根樁施工時可根據周圍入持力層的深度快速的計算出配樁樁長，并且巖面標高圖會隨著輸入數據的增加而更加準確。從而提高配樁的準確率，減少材料浪費、降低施工成本、加快施工進度等優點[2]。

6 結語

根據具體工程，通過對沿海地區不均勻地質條件下的試樁分析，總結出抗拔預應力管樁的與設計偏差的原因，對勘察工作提出了更高的要求，必須將地層劃分描述更準確。總結的內容可為后續類似工程項目提供參考。