湯紅梅

(中鐵十一局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，湖北襄陽 441057)

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是從20世紀(jì)80年代末在我國開始應(yīng)用較多的一種預(yù)制樁型。由于該樁型具有工藝簡單、單樁承載力高、質(zhì)量可靠、施工速度快、檢測方便等優(yōu)點，因而在工程中得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用［1，2］。同時由于樁材本身混凝土強度高、軸向有預(yù)壓應(yīng)力、樁抗彎性能好、駁接方法為兩端剛性較好的鋼材對焊，接口處強度大于樁身強度，因此，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁被認(rèn)為是抗震型樁材。

昆明地區(qū)的高層建筑多以樁基作為基礎(chǔ)形式，對于地震烈度為8度的昆明地區(qū)的PHC管樁的應(yīng)用，國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)沒有明確規(guī)定，只是在有的圖集中提到當(dāng)管樁在抗震設(shè)防烈度為7度以上的地區(qū)時，需進(jìn)行抗震驗算［3］。

正因為PHC管樁屬于抗震型樁材，其在昆明房建基礎(chǔ)的應(yīng)用非常廣闊。經(jīng)調(diào)查分析，PHC管樁的使用在樁基中的比例大概在8%左右，說明PHC管樁基礎(chǔ)在昆明房建工程中具有非常大的應(yīng)用空間。

1 工程概況

昆明市西北片區(qū)保障性住房項目位于昆明市筇王路與西三環(huán)交叉位置。本工程17號～19號，21號住宅樓地上34層、地下3層，高度98.5 m;20-1號住宅樓地上33層，地下 2層，高度86.15 m;20-2號住宅樓地上25層、地下2層，高度77.75 m;整體停車庫為地下2層。本工程為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震等級為一、二級，結(jié)構(gòu)主體基礎(chǔ)采用高強度預(yù)應(yīng)力管樁(管)A型，樁徑500 mm，壁厚為125 mm，樁身混凝土強度不低于C80，單樁豎向承載力特征值大于2 100 kN。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

本工程位于昆明市西北邊，屬于滇池湖積盆地沉積地貌。場地大部分地段經(jīng)過人工回填，局部經(jīng)過整平，建設(shè)場地總體上場地地形相對較平緩、開闊，場地整體上由北向南傾斜，場地鉆孔孔口標(biāo)高介于 1 904.50 m ～1 916.68 m，高差12.18 m。

①1雜填土:主要由褐紅色、灰黃色的粘性土以及碎石、磚塊組成，結(jié)構(gòu)松散，稍濕。一般厚度為0.60 m～7.20 m，層厚變化比較大。

①2耕土:主要由灰色、褐黃色粘性土及其少量植物根系組成，結(jié)構(gòu)松散，濕。一般厚度為0.40 m～1.20 m。

②粉質(zhì)黏土:褐黃色、淺黃色，可塑～硬塑狀，稍濕～濕，局部含少量礫石，干強度及韌性中等。一般厚度為0.50 m～6.30 m。

③含礫粉質(zhì)黏土:褐黃色、淺黃色，可塑狀態(tài)為主，局部軟塑狀態(tài)，含礫石約15%～20%，礫石粒徑0.5 cm～3 cm，大者5 cm，亞圓形為主;干強度及韌性中等。一般厚度為5.10 m～17.20 m。

⑧泥質(zhì)粉砂巖:褐紅、褐黃色、灰白色，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，巖質(zhì)較軟。一般揭露厚度為1.50 m～13.30 m。

3 地震高烈度區(qū)管樁的施工控制

從相關(guān)單位做的管樁實體抗剪試驗及管樁在云南應(yīng)用的實例來看，管樁樁身的抗剪強度滿足抗震要求。但地震時，作用在管樁樁基礎(chǔ)上的外力受許多不確定因素的影響，管樁的內(nèi)力分布及變形也是相當(dāng)復(fù)雜的，因此，本工程管樁應(yīng)用時，從以下幾個方面進(jìn)行加強。

3.1 增加樁身鋼筋構(gòu)造

就管樁樁身來說，其抗剪強度與管樁的混凝土強度、混凝土強度的預(yù)壓應(yīng)力、縱向鋼筋的性能、螺旋箍筋的配筋率等有關(guān)。我國的管樁相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中對鋼筋構(gòu)造做出相關(guān)規(guī)定，但對地震高烈度區(qū)的規(guī)定并不詳細(xì)。

根據(jù)相關(guān)研究［4］，地震時由于管樁在承臺附近的剪力、軸力、彎矩均最大，因此，管樁在地震區(qū)應(yīng)用時加強管樁的螺旋配筋，尤其是最上一節(jié)管樁上部的螺旋配筋對提高管樁的抗震性能非常有利。

因此本工程增配管樁的螺旋箍筋及采用高均勻延伸率的預(yù)應(yīng)力縱向筋。

3.2 加強樁端與地下室底板的連接構(gòu)造

對于房建工程，地震時作用在上部結(jié)構(gòu)上的水平及豎向地震作用最終是通過地梁或板、地下室傳給樁基。因此加強地下室與管樁的連接，增強整個結(jié)構(gòu)的整體性和整體剛度，能提高單樁的抗震能力。

3.3 嚴(yán)格控制樁頂周圍土體的回填質(zhì)量

因管樁環(huán)形截面的最大剪應(yīng)力要比實心圓樁的大很多，即空心管樁的抗剪能力低于實心圓樁。因此，將最上節(jié)管樁的管孔部分填實，對上部結(jié)構(gòu)的地震力向樁基傳播中起到結(jié)構(gòu)剛度漸變而達(dá)到結(jié)構(gòu)整體抗震性能的漸變效果。

管樁為擠土摩擦樁，密實土體除了本身承載部分地震水平力外，同時能夠限制樁身的側(cè)向變形。當(dāng)水平荷載加大，樁的變形加大，表層土逐漸產(chǎn)生塑性屈服，從而使水平荷載向更深處的土層傳遞。

從有關(guān)的試樁情況來看，樁土變形主要在樁的上部，因此認(rèn)真做好承臺周圍填土的夯實工作，有利于提高管樁的抗震能力。

4 管樁的施工工藝

4.1 樁機的選擇

因單樁設(shè)計承載力特征值為2 100 kN，因此管樁終壓力控制為特征值的 2.0倍 ～2.4倍，本工程選用兩臺靜力壓樁機(ZYC700B-B型、ZYC700BD-B型)，并準(zhǔn)備足夠的配重鐵。

4.2 工藝流程

管樁的施工技術(shù)包括壓樁、接樁、送樁、終壓、截樁。其施工工藝流程一般包括:對管樁樁位進(jìn)行測量以便準(zhǔn)確定位，選配適宜樁機并安裝就緒，吊管樁，對中，焊接管樁的樁尖并壓第一節(jié)管樁，重復(fù)焊接接樁并壓下一節(jié)管樁，最后完成全部的終壓截樁。具體如圖1所示。

圖1 PHC管樁施工工藝流程

4.3 施工質(zhì)量控制

靜壓管樁的應(yīng)用發(fā)展較快、使用較多，施工工藝比較成熟，但施工中還是遇到很多問題，需引起重視并采取合理措施加以防范及處理，具體為:

1)嚴(yán)格控制“爆樁”。其主要原因為:樁身質(zhì)量缺陷如尺寸不規(guī)范、強度達(dá)不到要求或養(yǎng)護(hù)期不夠等;地質(zhì)問題如場地回填土存在大塊建筑垃圾等;施工不規(guī)范如壓樁力超過樁身極限承載力等。施工應(yīng)對措施:加強對進(jìn)場管樁的檢查驗收;對層厚大、密實度高的砂層，可采取錘擊、封閉樁尖、增加樁機噸位、原位引孔等措施;加強安全文明施工教育等。

2)嚴(yán)格控制橫向位移或樁身上浮。主要原因為:樁遇到大塊堅硬障礙物，把樁尖擠向一側(cè)。兩節(jié)樁或多節(jié)樁施工時，相接的兩樁不在同一軸線上，產(chǎn)生彎曲;樁間距較小，在沉樁時土被擠到極限密實度而向上隆起，相鄰的樁被浮起。施工應(yīng)對措施:施工前應(yīng)對樁位下的障礙物進(jìn)行清理，對樁構(gòu)件要進(jìn)行檢查;接樁時要保證上下兩節(jié)樁在同一軸線上;規(guī)劃好施工線路等。

3)控制管樁終壓。黏土層和砂土中管樁施工時，從各自的壓樁阻力曲線分析，靜壓樁的終壓力與極限承載力是不同的，施工前需試樁來確定技術(shù)參數(shù)。

4)控制擠土效應(yīng)。靜壓樁施工時樁周土體結(jié)構(gòu)受到擾動，產(chǎn)生擠土效應(yīng)，施工時間控制不當(dāng)易造成土體固結(jié)。通過控制布樁密度，控制沉樁速率，設(shè)置土體的排水措施，加強周邊建筑物的監(jiān)測，控制施工停歇時間等來控制施工質(zhì)量。

5)控制管樁的剪切破壞。其主要破壞原因為:成樁后樁周受力環(huán)境變化產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過管樁承受范圍。如單側(cè)超載引起的側(cè)向剪切破壞，地下水位常年波動變化產(chǎn)生的滲流力破壞等，施工土體擾動時的土的側(cè)向流動沖擊力等。主要通過控制堆載、地下水的流動及地下水?dāng)y帶土體流動來控制樁的剪切破壞。

5 現(xiàn)場試樁試驗

本工程在正式施工前進(jìn)行了試樁試驗，在樁基施工區(qū)域采用靜壓法施工試樁6根，進(jìn)行單樁靜載荷試驗，以便測定靜壓法送樁的壓力。根據(jù)靜載試驗結(jié)果對設(shè)計進(jìn)行驗證，必要時調(diào)整樁基設(shè)計［5-7］。

5.1 試驗介紹

單樁靜載荷試驗，按規(guī)范采用堆載慢速維持荷載法(見圖2)，將總荷載分級加到單樁上，同時觀測分級荷載作用下的樁體沉降量，繪制靜載荷荷載—沉降曲線(Q—s)、沉降—時間對數(shù)曲線(s—lgt)，確定單樁承載力特征值。

圖2 堆載法試驗示意圖

試樁靜載荷試驗使用JCQ-503全自動靜力試樁測試系統(tǒng)，最大加荷值至7 700 kN，第一級預(yù)壓，第二級正式加載。

5.2 試驗結(jié)果

因試驗結(jié)束后，實驗樁還將作為工程樁使用，所以試驗加載未達(dá)到極限破壞，達(dá)到設(shè)計單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值即停止加載，檢測結(jié)果對比見表1。

表1 試驗檢測結(jié)果對比表

5.3 試驗成果分析

根據(jù)國內(nèi)外各專家學(xué)者的研究成果，結(jié)合昆明地區(qū)靜壓管樁的實例應(yīng)用，經(jīng)過詳細(xì)對比分析各計算數(shù)據(jù)及檢測成果，得出如下認(rèn)識:

1)根據(jù)JGJ 106-2003［6］中相關(guān)規(guī)定，當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，可終止加載:a.某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的5倍。注:當(dāng)樁頂沉降能相對穩(wěn)定且總沉降量小于40 mm時，宜加載至樁頂總沉降量超過40 mm。b.某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2倍，且經(jīng)24 h尚未達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。c.已達(dá)到設(shè)計要求的最大加載量。

2)經(jīng)過實測靜壓沉樁全過程，靜壓樁力隨著管樁入土深度及進(jìn)入土層的性質(zhì)、厚度而實時變化，靜壓樁力并不是隨著入土深度而逐步增加，而是根據(jù)各土層性質(zhì)而不斷實時變化，在穿透硬土夾層時，靜壓樁力不斷增加，由此可見，選擇合適的樁端持力層非常重要，該持力層不但要求承載力較高，而且要求保證一定的厚度。

3)靜壓沉樁終壓力和管樁設(shè)計承載力極限值是不同的概念，但也存在一定的關(guān)系。本工程樁端進(jìn)入粉質(zhì)黏土層時，樁的終壓力是單樁極限承載力的1.13倍～1.36倍。當(dāng)樁端不能通過較堅硬的夾層時，如泥質(zhì)粉砂巖，其終壓力是單樁承載力的1.6倍～1.8 倍。

4)在實際施工中，由于土層中的堅硬夾層或較厚砂層對靜壓施工非常不利，一旦不能穿越夾層就將造成廢樁。地質(zhì)土層的不均勻，部分管樁進(jìn)入持力砂層的深度較大，采用靜壓和錘擊均無法達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，造成了截樁現(xiàn)象，這需要在管樁設(shè)計中給予重視，樁長和進(jìn)入持力層深度需結(jié)合地質(zhì)土層情況綜合確定，以達(dá)到最佳的經(jīng)濟效果。

6 結(jié)語

混凝土管樁與其他樁基礎(chǔ)相比，具有制作工藝簡單、質(zhì)量容易保證、施工方便且速度快、檢測方便等特點，在昆明地區(qū)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過研究理論分析方法，并結(jié)合本工程預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的工程實例應(yīng)用，可得出相關(guān)結(jié)論如下:

1)昆明市西北片區(qū)保障性住房項目采用PHC管樁基礎(chǔ)，具有樁基礎(chǔ)承載力高、沉降變形小及樁身質(zhì)量好的特點。

2)在城區(qū)建筑選用PHC管樁基礎(chǔ)時，應(yīng)采用靜壓法送樁，其施工時振動及噪聲小，對周邊生活環(huán)境污染小，施工質(zhì)量也能得到有效控制，因此PHC管樁基礎(chǔ)應(yīng)是城區(qū)地基處理的一種新興可行的基礎(chǔ)處理方式。

3)昆明地區(qū)預(yù)制管樁施工在樁端為粉質(zhì)黏土層時，樁的終壓可取單樁極限承載力的1.13倍～1.36倍左右，樁端為硬夾層時，樁的終壓可取單樁極限承載力的1.6倍～1.8倍左右。

4)當(dāng)用于抗震設(shè)防烈度大于7度的地區(qū)時，可選用A型樁。

5)地震高烈度區(qū)預(yù)制管樁施工時通過加強樁身構(gòu)造、控制樁周土體回填等方式能有效的增加建筑物的抗震能力。

［1］龔曉南.地基處理手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］楊志武，劉國亮，楊雄健.靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工中的常見問題分析與防治［J］.山西建筑，2009，35(8):116-117.

［3］陳 鈺，劉 彬，盧 巖.靜壓預(yù)應(yīng)力管樁的施工工藝及質(zhì)量控制［J］.山西建筑，2011，37(1):67-68.

［4］阮起楠.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁［M］.北京:中國建材工業(yè)出版社，2000.

［5］GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［6］JGJ 106-2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］.

［7］JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.