淺層持力層條件下PHC 預(yù)制管樁進(jìn)尺穿透含卵礫石高標(biāo)超厚貫土層技術(shù)研究

陳劍為 占 彬 廖文健 毛云俊 向光耀

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土（Pre-stressed High-strength Concrete，PHC）預(yù)制管樁是一種廣泛應(yīng)用的樁基技術(shù)，但在某些地質(zhì)條件下，如淺層持力層含有卵礫石的高標(biāo)超厚貫土層，其進(jìn)尺施工會(huì)面臨諸多挑戰(zhàn)。這類(lèi)地質(zhì)條件對(duì)樁基的貫入深度、樁端持力層強(qiáng)度和穩(wěn)定性提出更高的要求。為了解決這些問(wèn)題，有必要研究在淺層持力層條件下，如何提高PHC 預(yù)制管樁在卵礫石高標(biāo)超厚貫土層的貫入深度和施工效率[1，2]。本研究旨在分析淺層持力層條件下PHC 預(yù)制管樁在穿透含卵礫石高標(biāo)超厚貫土層中的施工技術(shù)，探討不同施工參數(shù)對(duì)施工過(guò)程和持力性能的影響。研究采用了綜合方法，包括現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值模擬。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)用于獲取實(shí)際施工數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)樁基行為，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。數(shù)值模擬基于地質(zhì)資料和工程參數(shù)建立模型，分析了不同施工參數(shù)對(duì)施工過(guò)程和樁基性能的影響。當(dāng)穿越含有卵礫石的高標(biāo)超厚貫土層時(shí)，合理選擇樁徑、樁長(zhǎng)、樁間距等施工參數(shù)是確保施工成功的關(guān)鍵。采用適當(dāng)?shù)氖┕すに嚕珙A(yù)先鉆孔、噴漿加固等，可以有效減少施工難度和風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，驗(yàn)證了研究的可靠性。

1 PHC 預(yù)制管樁的應(yīng)用背景與施工優(yōu)點(diǎn)

PHC 預(yù)制管樁技術(shù)是一種常用于地基處理和基礎(chǔ)工程中的先進(jìn)施工技術(shù)。PHC 預(yù)制管樁是由高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土制成的管狀構(gòu)件，具有優(yōu)良的承載能力和抗震性能[3，4]。一般來(lái)說(shuō)，PHC 預(yù)制管樁技術(shù)的施工過(guò)程主要包括以下4 個(gè)步驟：第1，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察和標(biāo)定樁位；第2，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，將鋼筋籠置入鉆孔中，并注入高強(qiáng)度混凝土；第3，進(jìn)行壓漿處理，保證樁身的一體性和密實(shí)度；第4，進(jìn)行樁頂修整和驗(yàn)收。

1.1 PHC預(yù)制管樁的應(yīng)用背景

PHC 預(yù)制管樁技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛的基礎(chǔ)處理方法，其應(yīng)用背景如下：

1）若土壤條件復(fù)雜，傳統(tǒng)基礎(chǔ)處理方法無(wú)法滿(mǎn)足承載要求，采用PHC預(yù)制管樁技術(shù)能夠有效解決上述土壤條件下形成的基礎(chǔ)問(wèn)題，提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)支撐。

2）在土地資源有限的城市和人口密集地區(qū)，無(wú)法實(shí)施大規(guī)模的地基處理工程，采用PHC 預(yù)制管樁技術(shù)能充分利用有限的土地資源，從而在有限的土地空間內(nèi)實(shí)施地基處理工程。此外，PHC 預(yù)制管樁技術(shù)具有快速施工等優(yōu)勢(shì)，能夠提高施工效率，縮短工期，滿(mǎn)足工程進(jìn)度要求。同時(shí)，與傳統(tǒng)灌注樁或鉆孔灌注樁等施工方法相比，PHC 預(yù)制管樁技術(shù)的施工過(guò)程更加簡(jiǎn)化，成本更低，能夠有效降低工程造價(jià)[5，6]。

3）在地震帶地區(qū)，工程的抗震性能至關(guān)重要。PHC 預(yù)制管樁技術(shù)通過(guò)應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土，提高了樁體的抗震性能，增加了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

綜上所述，PHC 預(yù)制管樁技術(shù)在解決現(xiàn)代工程建設(shè)中的基礎(chǔ)問(wèn)題方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，提供了一種可行、高效的解決方案。

1.2 PHC預(yù)制管樁的施工優(yōu)點(diǎn)

PHC 預(yù)制管樁施工具有很多優(yōu)點(diǎn)，使其成為一種廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)處理方法，具體優(yōu)點(diǎn)如下：

1）高承載能力。PHC 預(yù)制管樁采用預(yù)應(yīng)力混凝土制成，具有較高的強(qiáng)度和剛度，因此，能夠承受較大的垂直和水平荷載，提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)支撐能力。

2）施工效率高。PHC 預(yù)制管樁采用工廠(chǎng)預(yù)制制作，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的組裝和安裝，施工過(guò)程簡(jiǎn)化，施工速度快，能夠縮短工期。

3）適應(yīng)性強(qiáng)。PHC 預(yù)制管樁適用于各種土質(zhì)和地質(zhì)條件，包括軟土地基、河床沉積物以及砂質(zhì)土壤等，能夠有效解決不同土壤條件下的基礎(chǔ)問(wèn)題。

4）節(jié)約土地資源。PHC 預(yù)制管樁采用垂直布置，占地面積相對(duì)較小，特別適用于土地資源有限的城市和人口密集地區(qū)，能夠充分利用有限的土地空間。

5）施工質(zhì)量可控。PHC 預(yù)制管樁在工廠(chǎng)環(huán)境下制作，質(zhì)量控制措施統(tǒng)一，能夠保證樁體的質(zhì)量[7，8]。

6）抗震性能好。PHC 預(yù)制管樁采用預(yù)應(yīng)力混凝土制成，能夠提高樁體的抗震性能，同時(shí)增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，在地震帶地區(qū)具有重要意義。

PHC 預(yù)制管樁施工具有承載能力高、施工效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、節(jié)約土地資源、施工質(zhì)量可控及抗震性能良好等優(yōu)點(diǎn)，能為工程提供一種高效的基礎(chǔ)處理方案。

2 工程概況與地質(zhì)情況分析

某海濱城市商務(wù)中心包括3 座建筑群，占地約20000 m2，3 座建筑物呈現(xiàn)矩形平面布局，地下室及其9 ～11 層采用框剪結(jié)構(gòu)，總建筑面積為31047.58 m2。

根據(jù)地質(zhì)勘察單位提供的報(bào)告，該場(chǎng)地的原始地貌為靠近山腳沖積扇前沿的地區(qū)，地勢(shì)西北高、東南低。經(jīng)過(guò)人工整平后，地面較為平緩。地層自上而下分布如下：第1 層是最近填土層，厚度為1.0 ～5.5 m；第2 層是均勻的黏土層，厚度2.0 ～10.5 m；第3 層是細(xì)粉狀砂層，以石英為主要成分，厚度為0.5 ～3.5 m；第4 層是卵礫石層，厚度為0.5 ～5 m，主要由微風(fēng)化的花崗巖組成，填充物為砂粒和黏土；第5 層是殘積礫質(zhì)黏土層，主要成分為石英和高嶺土，厚度為2.5 ～10.0 m；最底層是強(qiáng)風(fēng)化的花崗巖層，具有明顯的花崗巖結(jié)構(gòu)，厚度為5 m。巖土層的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，如表1 所示。

3 樁基的施工與技術(shù)檢測(cè)

3.1 試壓樁

施工單位進(jìn)場(chǎng)后，首要任務(wù)是進(jìn)行試驗(yàn)性壓樁。為確定靜壓樁施工的控制標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)參數(shù)，選擇3 根具有代表性的樁進(jìn)行試驗(yàn)。確定的控制標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)參數(shù)如下：第1，終壓力值為主要控制標(biāo)準(zhǔn)，樁長(zhǎng)為輔助控制指標(biāo)；第2，終壓力值設(shè)定為4500 kN；第3，進(jìn)行3 次復(fù)壓，每次復(fù)壓的累計(jì)沉降量不超過(guò)20 mm；第4，每次復(fù)壓持續(xù)時(shí)間不少于5 min。施工過(guò)程中，施工單位根據(jù)上述控制標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)參數(shù)指導(dǎo)靜壓樁施工。

3.2 工程樁施工

試壓樁后，施工單位進(jìn)行工程樁施工。施工過(guò)程中，大部分樁號(hào)符合標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)要求，但個(gè)別樁號(hào)在進(jìn)入粉細(xì)砂層后出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致壓力上升、樁身發(fā)出聲音，甚至發(fā)生停機(jī)現(xiàn)象。對(duì)此，施工單位選擇重新啟動(dòng)機(jī)器，直至達(dá)到終壓值，最終成功完成工程樁施工。

3.3 樁基靜載檢測(cè)

在靜壓PHC 管樁施工完成的10 d內(nèi)，施工單位根據(jù)樁基檢測(cè)規(guī)范和壓樁施工中的異常情況，選擇4 根樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，其中有1 根樁（編號(hào)102#）的極限承載力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，被認(rèn)定為不合格樁。鑒于此，施工單位擴(kuò)大了承載力檢測(cè)范圍，并選擇了另外2 根樁（編號(hào)分別為55#和101#）進(jìn)行靜載試驗(yàn)，但結(jié)果仍然不合格。單樁豎向靜載試驗(yàn)結(jié)果，如表2 所示。

表2 單樁豎向靜載試驗(yàn)結(jié)果

4 單樁抗壓極限承載力不合格的原因

PHC 管樁進(jìn)入卵礫石層時(shí)，卵礫石層具有較大滲透系數(shù)，停壓后超孔隙水壓力迅速消散，導(dǎo)致壓樁阻力隨卵礫石層性質(zhì)和深度變化。樁端持力層為卵礫石時(shí)，擠出咬合和摩擦形成反作用力，使樁處于動(dòng)態(tài)平衡。卸載后，礫石和砂粒重新排列，降低樁端承載力和樁側(cè)摩阻力，使極限承載力小于終壓力。樁周側(cè)阻力受砂性土和粘性土的摩阻力影響，停壓后樁周砂土固結(jié)導(dǎo)致樁周側(cè)阻力減小，而粘性土的樁周側(cè)阻力增加。特別是短樁長(zhǎng)度小于14 m 時(shí)，極限承載力相對(duì)終壓力的降低更大。即使樁端持力層為碎石土或砂土層，樁周土為粘土，短樁極限承載力仍遠(yuǎn)小于壓樁終壓力。

5 卵礫石層中靜壓PHC 管樁沉樁的常見(jiàn)問(wèn)題與對(duì)策

卵礫石層中靜壓PHC 管樁沉樁的常見(jiàn)問(wèn)題及產(chǎn)生的原因，如表3 所示。

表3 卵礫石層中靜壓PHC 管樁沉樁的常見(jiàn)問(wèn)題及產(chǎn)生的原因

為確保樁基施工的質(zhì)量和穩(wěn)定性，提出以下主要對(duì)策：第1，在樁基設(shè)計(jì)階段考慮土層的特性和樁身材料的性能，以確保樁基的承載力能夠滿(mǎn)足實(shí)際需求。根據(jù)土層情況，可以調(diào)整樁徑、樁長(zhǎng)等參數(shù)，以提高樁基的穩(wěn)定性和持力性能。第2，改進(jìn)施工工藝，減少施工中對(duì)樁體產(chǎn)生的不良影響，確保樁體的一致性和完整性。第3，加強(qiáng)施工過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)控，包括施工參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、樁身材料的質(zhì)量檢查等。定期進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)收，以確保施工質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。以上為卵礫石層中靜壓PHC 管樁沉樁的常見(jiàn)問(wèn)題與對(duì)策。

6 結(jié)語(yǔ)

本文深入研究了淺層持力層條件下PHC 預(yù)制管樁在穿透含卵礫石高標(biāo)超厚貫土層中的施工技術(shù)，并提出合理的建議，能夠?yàn)轭?lèi)似工程提供有價(jià)值的技術(shù)支持。在未來(lái)的工程實(shí)踐中，將進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，驗(yàn)證和完善這些技術(shù)方案，推動(dòng)土木工程領(lǐng)域的發(fā)展和創(chuàng)新。