梁爭勝

（西安潤基投資控股有限公司，西安 710068）

0 引言

高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC）因其具有單樁承載力高，抗彎、抗裂及耐沖擊性能好，穿透力強，施工快捷、方便，質(zhì)量穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于高層建筑及水利水電工程基礎(chǔ)。

1 工程概況

本工程位于西安市長安區(qū)航天大道與雁塔南路十字東北角，地勢呈東南低、西北高，地面最大高差9.80 m。場地地下水穩(wěn)定水位深度為33.2～53.1 m。本場地為自重濕陷性黃土場地，濕陷性土層29.5 m。濕陷性黃土的最大分布深度31.8 m，濕陷等級為II（中等）級?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.15 g，設(shè)計地震分組屬第一組。建筑場地類別屬II類。

擬建建筑物為25層剪力墻結(jié)構(gòu)，先采用擠密土樁進行地基處理，消除全部黃土的濕陷性；然后采用鉆孔灌注樁或管樁。采用墻下布樁，樁為摩擦樁。

本工程采用2種地基處理方案進行設(shè)計：

1）方案1。選用高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC），樁型為PHC-AB500（125）-27a，考慮負摩阻力影響單樁有效豎向極限承載力應(yīng)達到5200 kN，樁數(shù)97根。試樁建議采用錘擊法沉樁工藝，按不小于50號筒式柴油錘，以控制樁長為主，控制貫入度為輔。如采用靜壓法沉樁工藝，也應(yīng)以控制樁長為主，控制終止壓力為輔，終止壓力不小于5000 kN。接樁采用焊接，樁頭錨入承臺內(nèi)50，在樁頭內(nèi)插入6Ф18(II級),長3.5 m，其中2.5 m錨入樁內(nèi)并澆C30混凝土封堵。

2）方案2。采用灌注樁，樁長28 m，樁數(shù)96根。

2 場地工程地質(zhì)狀況

根據(jù)鉆探鑒別，場區(qū)地層地基土主要特征描述見表1。

3 施工情況

根據(jù)勘察報告、施工場地周邊環(huán)境可選擇合適的沉樁機械，其施工機械分錘擊機械和靜壓機械。

1）本工程地處郊外，施工機械采用ZYZ-660型全液壓靜壓樁機和HB-62型筒式柴油錘（考慮到遵循重錘低擊的原則）。為避免由于古土壤結(jié)核層的存在，沉樁難以達到設(shè)計長度。先采用壓樁機送入第一節(jié)樁，焊接后再采用柴油錘錘擊沉入第二節(jié)樁，沉樁長度以達到設(shè)計樁長為止。沉樁結(jié)果顯示，樁頭破碎和樁身破壞的樁數(shù)較多。

表1 場地地層分布及特性表

2）樁頭、樁身破壞原因分析。①內(nèi)因：樁身混凝土澆筑質(zhì)量、鋼筋型號、混凝土等級等是否滿足承載力要求。②外因：a.施工中出現(xiàn)斜樁現(xiàn)象或樁端不平整而導(dǎo)致樁端應(yīng)力集中，致使樁帽滑落或樁頭爆裂。b.施工過程中施工人員擅自移動機架，對樁位、樁身垂直度進行校正，導(dǎo)致樁身斷裂。c.沉樁中斷時間過長。設(shè)備出現(xiàn)故障或其他特殊原因，沉樁過程突然中斷。中斷延續(xù)時間越長，沉樁時阻力就越大，致使樁無法沉到設(shè)計深度。d.接樁時，樁尖停留在硬土層內(nèi)，若時間拖長，很可能不能繼續(xù)沉樁。

經(jīng)過對本工程實際施工過程綜合分析，破壞原因主要歸結(jié)為外因中c項與d項，后來兩節(jié)樁全部采用柴油錘錘擊沉樁，間歇時間短，廢樁較少。

3）施工過程中對沉管終止條件的控制：一般來說，純摩擦樁宜以設(shè)計樁長為控制條件；長度大于21 m的端承摩擦樁，宜以設(shè)計樁長控制為主，終壓力值為輔。本工程樁為純摩擦樁，以控制樁長為主，控制貫入度為輔。正常貫入度均為4 ～8 cm/10擊，與《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》圖集03SG409中2 ～5 cm/10擊有差異。對貫入度的差異可從工程地質(zhì)狀況（樁端為黃土，無堅硬的持力層巖體等）加以解釋。

4 素土樁、管樁的試樁

4.1 樁間土濕陷性消除情況

素土夯擴樁有效樁長9.9 m，間距1 m，排距870 mm，成孔直徑400 mm，夯擴后樁徑500 mm，布樁形式為等邊三角形，樁端持力層為④黃土。根據(jù)6個探井中所取原狀土樣的土工試驗結(jié)果：夯擴樁處理深度范圍內(nèi)樁間土的濕陷系數(shù)為0.001 ～0.008，均小于0.015，表明濕陷性已全部消除。

4.2 單樁豎向抗壓靜載試驗

本工程全部采用工程樁進行靜荷載試驗，在綜合考慮了管樁平面分布、動測結(jié)果、施工狀況等因素后，選取了3根工程樁進行試樁。3根工程樁的靜載均是加荷至5200 kN，最大加載值對應(yīng)的樁頂沉降量為17 mm左右，卸載回彈量8.6 mm左右。

3根試樁樁載試驗的Q-S、S-lg t曲線見圖1、圖2。據(jù)圖1、圖2的曲線形態(tài)及變化趨勢可以看出：1）在試驗壓力為5200 kN，其Q-S曲線呈緩弧形。2）S-lg t曲線在試驗壓力3120 kN前基本呈平行等間距分布，在3120 kN后曲線間距明顯增大，各級荷載下沉降穩(wěn)定較快。

圖1 三根試樁曲線圖

圖2 三根試樁曲線圖

綜上，此管樁豎向抗壓極限承載力標準值5200 kN，滿足設(shè)計要求。

3）低應(yīng)變動力檢測結(jié)果。

3根試樁樁身波速范圍為：4120 ～4240 m/s，平均波速4170 m/s，樁底反射明顯，樁身結(jié)構(gòu)完整，均為I類樁。

5 工程樁的檢測

1）高應(yīng)變動力檢測結(jié)果：高應(yīng)變檢測儀器采用中國科學(xué)院武漢巖土工程力學(xué)研究所生產(chǎn)的FDP204PDA全封閉一體化動測儀,重錘采用6 t重錘錘擊樁頂，使樁在強大沖擊能量下瞬間產(chǎn)生“貫入度”，造成樁側(cè)土摩阻力和樁間端阻力得到發(fā)揮，通過安裝在樁上端距樁頂不小于2倍樁徑處的加速度計和應(yīng)變式力傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄到樁頂?shù)乃俣惹€和力曲線。采用PSP-WAP實測曲線擬合法進行分析計算單樁豎向極限承載力估算值。5根樁豎向極限承載力檢測結(jié)果分別為：5400 kN，5420 kN，5330 kN，5330 kN，5350 kN。單樁極限承載力平均值為5366 kN，極差90 kN，小于平均值的30%，滿足達到5200 kN的設(shè)計要求。

2）工程樁低應(yīng)變動力檢測結(jié)果：本工程選取26根管樁（約占總樁數(shù)的26%）采用應(yīng)力波反射法進行低應(yīng)變檢測。通過對樁身的完整性（樁身斷裂、樁身各節(jié)的連接情況）及樁體混凝土的質(zhì)量（混凝土的膠結(jié)情況）的評價來判別樁基質(zhì)量。檢測結(jié)果顯示，實測反射波波形規(guī)則，波列清晰，未見明顯的樁身反射波異常，且均可觀測到樁底反射波信號，表明這26根管樁樁身完整性及連接良好，未出現(xiàn)明顯的樁身質(zhì)量問題，均評為一類樁即良好樁。

6 樁型的經(jīng)濟比較

根據(jù)2個方案的地基處理設(shè)計，進行經(jīng)濟比較見表2。

從表2可以看出，每根管樁相對于灌注樁節(jié)約34%的費用，其經(jīng)濟性可觀。

表2 管樁與灌注樁兩方案對比表

7 結(jié)語

通過該工程的設(shè)計實踐，從技術(shù)合理性、可行性和經(jīng)濟性等方面考慮，自重濕陷性黃土地區(qū)采用PHC管樁是可行的。同時，管樁在施工、設(shè)計過程中應(yīng)注意以下問題：

1）施工工藝應(yīng)根據(jù)勘察報告、施工場地周邊環(huán)境等條件進行合理選擇；同時要注意在施工過程中樁對較厚的堅硬土層難以穿越及樁未能達到設(shè)計標高等問題的處理。

2）加強施工過程控制，建議在濕陷性黃土地區(qū)管樁施工時加樁尖，以克服地基預(yù)處理。

3）在管樁施打過程中，最后貫入度的取值和壓樁荷載、落距、樁長、樁的直徑及地質(zhì)構(gòu)造等條件、樁端進入持力層的厚度、樁的承載力等因素有關(guān)，對此還須在實踐中加以摸索。

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