某工程樁基方案比選

徐建

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330038）

在建筑工程項目中， 樁基方案一直都是項目關注的重點。 樁基方案直接關系到工程進度、 工程質量，存在重大安全隱患。因此，本文結合某海外項目，分析如何處理好樁基的勘察、 設計、 施工及檢測問題，保證工程進度，提高工程質量。

1 工程概況

某擬建冶煉廠位于印度尼西亞西努沙登加拉省西松巴哇島德薩馬盧克的南貝內特。 安曼努薩登加拉港口（以下簡稱“AMNT 港口”）位于項目現場的西北部，距離現場約20 min 車程。 塔諾港位于項目現場北部，從塔諾港口出發到達現場約有2 h 車程。 巴都希賈烏礦區位于南貝內特礦區的東南方向。

南貝內特的地形主要為丘陵，大部分被草、灌木和樹木覆蓋。項目現場占地約150 ha，場地北部未來工廠的標高約+15 m，南側較小區域的標高為+19 m。

2 設計依據

2.1 設計規范

該項目設計由國內某企業承接， 土建部分的設計主要參考《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）、《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79—2012）、《建筑樁基技術規范》（JGJ 94—2008）、《建筑結構荷載規范》（GB 50009—2012）、《建筑抗震設計規范（2016年版）》（GB 50011—2010）、《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106—2014）、《預應力混凝土管樁技術標準》（JGJ/T 406—2017）、《預應力混凝土管樁》（10G409）、《勁性復合樁技術規程》（JGJ/T 327—2014）、《四川省先張法預應力高強混凝土管樁基礎技術規程》（DB51/5070—2016）、《預應力混凝土管樁技術規程》（DB29—110—2010）、《工業建筑防腐蝕設計標準》（GB/T 50046—2018）[1-12]。

2.2 地質概況

根據該項目工程巖土工程勘察報告（以下簡稱為“地勘報告”），該項目地下地層主要分為3 個主要單元，即細粒土壤（單元1）、粗粒土壤（單元2）和巖石（單元3）。 根據土壤密度或稠度和巖石強度，又可將每個單元劃分為幾個子單元。 3 個主要單元及其子單元的說明見表1。 一個勘探點可能具有表中所述的所有或幾個單元和子單元。 基于BH-1 孔點所得到的土層參數見表2。

表1 地質分層說明

表2 土層參數

埋地鋼管的腐蝕風險可通過土壤電阻率來指示。地勘報告顯示，現場進行了15 次電阻率測試。從測試結果看，項目所在地的土壤電阻率整體較低，相對應的腐蝕電位也較低，即表明土壤的腐蝕性較強。當混凝土與含有硫酸鹽的水和土壤接觸時， 會發生硫酸鹽侵蝕引起的混凝土劣化， 因此勘察人員選擇了幾種土壤和水樣，測定其pH 值，以及氯化物和硫酸鹽的含量。測試結果表明，土壤樣本中的硫酸鹽質量分數從0（負值）到0.04%不等，但鉆孔BH-18 中2.5 m 深處的一個土壤樣本的硫酸鹽質量分數為0.15%。 水樣中硫酸鹽質量分數從無（陰性）到0.35%不等。 南貝內特現場土壤樣品的硫酸鹽質量分數為0.01%～0.03%，水樣中的硫酸鹽質量分數為0.16%～2.09%。

根據土壤和水樣的硫酸鹽含量，可以得出結論，南貝內特大部分地區的硫酸鹽暴露可忽略不計。 在這種情況下，I 型水泥（普通波特蘭水泥）可用于埋地混凝土或與土壤和水接觸，但BH-18 所代表的區域可能有中度硫酸鹽暴露，故埋地混凝土應選擇II 型水泥（或類似水泥）。此外，鑒于南貝內特現場的硫酸鹽暴露量存在可忽略和中度暴露兩類， 因此埋在地下水位以上的混凝土結構使用I 型水泥即可， 埋在地下水位以下的，則需要使用II 型水泥。

3 樁基方案

預應力預制管樁和混凝土鉆孔樁是樁基施工主要采用的樁型。 該項目地勘報告給出了300 mm、400 mm 和500 mm 預應力預制管樁以及500 mm、600 mm 和800 mm 的混凝土鉆孔樁的建議埋置長度和估計容許軸向承載力,見表3。 本節在初勘報告的基礎上，結合規范要求確定樁型方案。本文樁基方案里廠房標高均按照＋15 m 設置。

表3 勘察報告建議埋置長度和容許軸向承載力

3.1 預應力管樁

依據《建筑樁基技術規范》3.3.2 第3 條，抗震設防烈度為8 度及以上地區， 不宜采用預應力混凝土管樁（PC）和預應力混凝土空心方樁（PS）[2]。

依據《預應力混凝土管樁技術標準》5.1.2 條，管樁選型應符合下列規定： 用于抗震設防烈度8 度及以上地區時，與承臺連接的首節管樁不應選用A 型樁，宜選用混合配筋管樁或AB 型、B 型、C 型的預應力高強混凝土管樁。

依據《預應力混凝土管樁技術規程》3.1.4 條，抗震設防烈度為8 度地區的管樁樁基及高層建筑樁基礎應采用高強預應力混凝土管樁（PHC 樁）；厚層軟土地區抗震設防烈度為8 度時，不宜采用預應力管樁。

依據《四川省先張法預應力高強混凝土管樁基礎技術規程》第6.1.2 條，設計等級為甲級、受水平和上拔荷載控制、擠土效應顯著影響沉樁施工質量、抗震設防烈度8 度及以上地區的樁基礎， 以及地下水或土對材料有中等及以上腐蝕性的工程不應選用A型樁，宜選用直徑不小于400 mm 的AB、B、C 型樁，或混合配筋管樁和按特定要求設計的管樁。 該規程第6.1.6 條還規定，地下水或土對混凝土及其中鋼筋有中等及以上腐蝕的管樁基礎設計應做到以下幾點：1）采用壁厚不小于125 mm、摻有磨細摻合料的管樁；2）采用封口型樁尖；3）除開口樁尖植樁法外，管孔內應灌注強度等級不低于C30 的微膨脹混凝土。

依據《工業建筑防腐蝕設計標準》第4.9.2 條,樁基礎的選擇應符合下列規定：1）腐蝕性等級為強時，宜選用預制鋼筋混凝土樁，可選用預應力高強混凝土管樁、預應力混凝土管樁；2）腐蝕性等級為中、弱時，可采用鋼筋混凝土灌注樁。

樁身混凝土材料可根據防腐蝕要求， 采用抗硫酸鹽硅酸鹽水泥， 也可在普通水泥中摻入抗硫酸鹽的外加劑、礦物摻和料、鋼筋阻銹劑等；當樁身混凝土采用或摻入耐腐蝕材料后已能滿足防腐蝕性能要求時，可不再采用《工業建筑防腐蝕設計標準》續表4.9.5 表中2 和3 的技術措施。

預應力高強混凝土管樁和預應力混凝土管樁應采用AB 級及以上型號,且最小壁厚應≥95 mm。 在預制樁和預應力混凝土管樁中， 不得采用單一亞硝酸鹽類的阻銹劑。樁身涂刷防腐蝕涂層的長度，應大于污染土層的厚度。

綜合上述分析，該項目管樁應選用：1）有腐蝕性的Ⅲ類場地采用PHC500(125)C 型、PHC600(130)C型或PRCI500(125)C 型、PRCI600(130)C 型(并在樁中灌注C35 細石混凝土）；2）無腐蝕性的II 類場地采用PHC500(125)B 型、PHC600(130)B 型或PRCI500(125)B 型PRCI600(130)B 型。

經過復算， 預制樁的單樁承載力標準值及特征值見表4。

表4 復算后預制樁的單樁承載力標準值及特征值

3.2 混凝土鉆孔樁

經過比選，混凝土鉆孔樁采用直徑為800 mm、1 200 mm 的混凝土機械鉆孔灌注樁。 經過復算，混凝土鉆孔樁的單樁承載力標準值及特征值見表5。

表5 復算后混凝土鉆孔樁的單樁承載力標準值及特征值

3.3 旋挖植樁法

由于該工程為海外項目， 對項目的進度和質量要求很高， 而單一的采用鉆孔灌注樁或預應力管樁會存在一些問題：1）樁端沉渣難以清除；2）混凝土灌注的樁體質量受人為因素影響大，存在斷樁、夾泥等隱患；3）現場需綁扎鋼筋籠等工作，施工周期較長。由于本工程場地有層厚及標貫值較大的粉質礫石層，如單一采用混凝土預制樁， 在靜壓和錘擊法沉樁時可能會遇到困難，甚至有斷樁和爆樁的風險。 預制樁的高強性能優勢無法得到充分的發揮，而失去其經濟性。且項目現場的沙石材料，只能滿足C30 混凝土的要求，如需配制C30 以上的混凝土，沙石料需要采取外運的方式來解決，不但工期無法保證，還會增加建設成本。

旋挖植樁法是利用旋挖機引孔后， 在孔內灌注適量細石混凝土或水泥砂漿材料， 并將預制樁沉入其中形成復合基樁的施工方法。 可用輔助沉樁設備將預制樁打入、 壓入或振入。 旋挖植樁法適用于填土、粉土、黏性土、砂卵石、基巖、巖溶等地質條件。基于該項目地勘資料， 筆者認為應優選采取旋挖植樁工法進行樁基設計。 旋挖植樁可以解決管樁在密實砂層、卵礫石層、基巖風化層中的沉樁困難問題，且該法豎向承載力高，施工質量可靠、可控，工期短，與同直徑灌注樁相比綜合經濟性更優越。 旋挖植樁工法流程見圖1。

圖1 旋挖植樁工法流程示意

4.2 樁型計算分析

依據地勘資料中BH-1 孔點的相關參數， 參考《建筑樁基技術規范》表5.3.5 中的數值，M600+C500樁型方案、M800+C600 樁型方案單樁承載力計算結果見表6。采用M600+C500 樁型，內芯樁直徑為0.5 m，外芯樁直徑為0.6 m，外芯周長為1.880 m，內芯樁截面積為0.130 m2。 采用樁型M800+C600 樁型，內芯樁直徑為0.6 m，外芯樁直徑為0.8 m，外芯周長為2.512 m，內芯樁截面積為0.186 m2。

表6 M600+C500、M800+C600 樁型方案單樁承載力計算結果

4 樁基方案綜合比選

3 種樁型樁基方案綜合比選情況見表7。

表7 樁基方案綜合比選

經過上述方案的比選，得到以下結論：

1）當建（構）筑物對單樁荷載要求較低，且基巖埋深較深時，可采用錘擊/靜壓施工PHC（PRC）管樁的方案，此時施工效益最好。當建（構）筑物對單樁荷載要求較高，可采用混凝土鉆孔樁或旋挖植樁工法的方案（當軟土較厚且樁長＞25 m，采用混凝土灌注樁）。

2）旋挖植樁工法相較于鉆孔灌注樁而言，單位造價較低，且可以克服鉆孔灌注樁的諸多缺點；另外承臺設計時按內芯樁控制樁間距，節約承臺造價。

3）項目地的土壤及地下水具有一定的腐蝕性，旋挖植樁工法的外芯樁可以起到很好的阻斷作用，減少內芯樁與外部介質的接觸， 從而提高基樁的耐久性，延長樁基的使用壽命。

4）依據《預應力混凝土管樁技術標準》第8.6.6條，植入法沉樁施工時，管樁垂直度允許偏差不應大于0.5%，定位允許偏差應為10 mm，樁頂允許偏差為50 mm。 從國內某項目試樁情況來看， 樁長超過25 m,垂直度難以保證，加大引孔直徑會增加樁基成本。就目前本項目的初勘情況來看，樁長基本都可以控制在25 m 以內，方案可行。

5 結論

樁基設計不僅要考慮樁基安全、耐久、經濟，而且要結合項目現場的實際情況來選擇。 本文通過某海外工程項目樁基方案選擇的實例， 對工程項目樁基的勘察、設計比選的過程進行了分析，根據項目具體地質情況提出了最優樁基方案。