王鳳杰，魏寶柱

（丹東港集團(tuán)有限公司，遼寧 丹東 118300）

引 言

丹東港大東港區(qū)位于鴨綠江口，為濱海平原，砂層覆蓋較厚，結(jié)合PHC管樁施工速度快、承載力高、質(zhì)量穩(wěn)定、檢測方便及摩擦樁的抗拔性能、各類樁型抗彎特性等，陸域設(shè)施基礎(chǔ)90 %為PHC管樁，樁型為 AB型，開口型樁尖。本文以港區(qū)筒倉、防風(fēng)網(wǎng)、庫房等工程的基礎(chǔ)設(shè)計、施工為例，探討HPC管樁單樁豎向承載力、持力層選擇及沉樁措施。

1 工程概況

1.1 糧食倉儲設(shè)施

圖1 筒倉樁位布置示意

散糧筒倉配套建設(shè)鐵路卸車線、鐵路罩棚、轉(zhuǎn)運(yùn)塔、提升塔、中控室、消防泵房及輸送棧橋。筒倉結(jié)構(gòu)安全等級二級，抗震設(shè)防類別為丙類，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級乙級，抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計基本地震加速度值為 0.2g，建筑場地類別為 II類。樁位布置見圖1。

1.2 散貨堆場防風(fēng)網(wǎng)

防風(fēng)網(wǎng)總長約12 km，網(wǎng)高為21 m、17 m，結(jié)構(gòu)安全等級二級，抗震設(shè)防類別為丙類，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級丙級。

1.3 液體散貨罐區(qū)

罐區(qū)包括燃料油罐組、汽柴油罐組、瀝青潤滑油罐組、LPG罐組、液體化工品罐組及辦公樓、變電站、裝卸站臺等。

1.4 鋼材庫

單層鋼結(jié)構(gòu)倉庫建筑高度20.7 m，建筑面積36 370 m2。

以上工程基礎(chǔ)均采用PHC樁，基樁參數(shù)匯總見表1

表1 樁基參數(shù)

2 地質(zhì)條件

港區(qū)位于東溝平原、鴨綠江西水道入?？诘慕７纸缇€附近，潮間淺灘高程約-2.1～4.5 m（港區(qū)零點(diǎn)），岸坡坡度為1°～5°，灘面向海傾斜。

土層由上下兩部分（不含回填土）。上部為海相軟土，厚度20～26 m，層頂高程-2.1～4.5 m；下部為古三角洲相礫石類土，層頂高程-19.1～-26.2 m，鉆孔可見厚度約18 m。在海相和陸相地層之間布局存在一層粘性土與砂石，屬海陸交替的沉積物。

依據(jù)地層層序與巖性，自上而下分別為第一層素填土、第二層細(xì)砂（吹填）、第三層淤泥、第四層淤泥質(zhì)細(xì)砂和粉砂、第五層細(xì)砂、第六層砂卵石。經(jīng)巖土參數(shù)的統(tǒng)計、分析，樁的側(cè)阻和端阻極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值見表2。

根據(jù)場地土質(zhì)和地下水埋藏條件，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，按國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011-2010）判定，第四層淤泥質(zhì)細(xì)砂和粉砂為中等—嚴(yán)重液化土。液化土層主要分界深度為9.3～11.3 m，以上土層N/Ncr為0.3～-0.75，以下土層N/Ncr為 0.81～0.95。

表2 樁的側(cè)阻和端阻極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值

3 基樁選擇

根據(jù)現(xiàn)場勘查，分析港區(qū)巖土工程地質(zhì)條件，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)類型、荷載特征、施工技術(shù)與環(huán)境、工程造價、工期要求及各類基樁特點(diǎn)等綜合因素，確定基樁為AB型PHC管樁。

3.1 基樁對比分析

PHC管樁與灌注樁和水泥攪拌樁、旋噴樁、CFG樁等相比，單樁承載力高，抗彎性能好，質(zhì)量可靠、工期短，受地下水和土質(zhì)影響小，基礎(chǔ)穩(wěn)定性好，造價低。

1）單樁承載力高。樁身混凝土強(qiáng)度等級為C80，直徑500 mm的PHC樁單樁豎向承載力可達(dá)2 700 kN，豎向承載力比同直徑的灌注樁高。

2）抗彎性能好。樁身為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，其抗彎、抗裂性能好，樁穿透力強(qiáng)、耐打，能穿透密實(shí)砂層，適用于粘性土、粉土、砂土、碎石類土及持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖層、密實(shí)的砂層或卵石層等地質(zhì)條件。

3）質(zhì)量可靠、工期短。工廠化生產(chǎn)、質(zhì)量容易控制；吊裝運(yùn)輸便捷，接樁快捷；樁長度不受施工機(jī)械的限制，樁節(jié)搭配較靈活。

4）受地下水和土質(zhì)影響小。預(yù)制管樁避免了灌注樁等的縮頸、塌孔、斷樁等現(xiàn)象；采用高強(qiáng)混凝土，材料水化充分、致密、氯離子滲透速度較小。

5）基礎(chǔ)穩(wěn)定性好。樁與臺座、軌道基礎(chǔ)形成的剛性結(jié)構(gòu)，基樁承載力高，承臺荷載分擔(dān)比小，基礎(chǔ)沉降均勻、沉降量小，基礎(chǔ)穩(wěn)定性優(yōu)于其它類樁。

6）造價低。單樁承載力高，摩擦樁具有抗拔能力，較其它類樁每噸承載力造價一般最低。

3.2 PHC管樁的缺點(diǎn)

樁與吊具、石塊、運(yùn)輸設(shè)備、樁等發(fā)生碰撞后，樁體易發(fā)生斷裂；沉樁錘擊能大、回彈強(qiáng)、貫入度小時，樁頭易碎裂；樁身截面小、薄壁構(gòu)件，抗剪能力弱；受運(yùn)輸、吊裝、沉樁設(shè)備等條件限制，單節(jié)樁長不大，長樁接頭因施工缺欠易形成薄弱環(huán)節(jié)。

4 基樁承載力

4.1 單樁豎向承載力特征值

基樁豎向承載力應(yīng)符合下列要求[1]：

荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合，軸心豎向力作用下Nk≤R。

地震作用效應(yīng)和荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合，軸心豎向力作用下NEk≤1.25R。

樁豎向承載力特征值Ra=Quk/K。

式中：Quk為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；K為安全系數(shù)，取K=2。

4.2 單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值

根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值：

式中：qsik為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；u為樁身周長；li為樁穿越第i層土的厚度；Ap為樁端面積。

4.3 單樁極限抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值

按群樁呈非整體破壞，計算基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值：

式中：Tuk為基樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；ui為樁身周長；qsik為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；λi為抗拔系數(shù)，沙土取 0.5～0.7，粘性土、粉土取0.7～0.8。

單樁豎向極限承載力計算見表3。

表3 單樁豎向極限承載力計算

4.4 基樁試樁要求

建議樁長分別為30 m、36 m、28 m。其中，PHC500 AB 125-30承載力特征值采用2 000 kN，建議靜壓樁壓力控制值4 600 kN，錘擊樁貫入度控制30 mm/10擊。試樁數(shù)量為總數(shù)的1 %（現(xiàn)場確定），不應(yīng)少于3根，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，繪制荷載～沉降（Q～S）關(guān)系曲線，確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

4.5 基樁檢測

采用單樁豎向靜載試驗(yàn)確定單樁極限承載力[2]。使用 JCQ-503E載荷測試儀控載并觀測沉降。利用2臺3 200 kN千斤頂加荷，與ZYJ-800型靜力壓樁機(jī)組成反力系統(tǒng)，以100 MPa壓力表測壓，用2塊百分表對稱布置觀測試樁沉降，試驗(yàn)時樁頂鋪設(shè)10 mm厚粗砂找平，首級加荷和終載分別為單樁豎向承載力特征值的0.4倍、2倍。在每級荷載作用下，每小時內(nèi)的樁頂沉降量不超過0.1 mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次，認(rèn)為已達(dá)到相對穩(wěn)定，可加下一級荷載。樁基檢測見表4。

表4 樁基檢測統(tǒng)計

表4中PHC500 AB 100-36型樁抗拔力要求490 kN，單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)，最大上拔量23.49 mm，終極載荷700 kN，尾部彎曲變化前一級載荷為560 kN，滿足設(shè)計要求。

s～lgt曲線平緩，無明顯曲折。Q～s曲線為緩變型，最大沉降量小于 20 mm，卸載回彈率45.6 %～53.4 %，豎向承載力最大值可取試樁終載加荷值，單樁承載力特征值為一半的承載力最大值，均能滿足設(shè)計要求。U～△曲線為緩變形曲線，根據(jù)上拔量和△～lgt曲線變化綜合判定，即△～lgt曲線尾部顯著彎曲的前一級荷載為極限荷載。動測實(shí)測波速4 400～4 750 m/s，波速正常，樁身完整。

4.6 單樁承載力分析

1）根據(jù)地質(zhì)資料，計算PHC500 AB 125-30、PHC400 AB 95-30、PHC500 AB 100-36 、PHC 500 AB 100-28、 PHC400 AB 95-28樁單樁豎向承載力特征值分別為2 218 kN、1 639 kN、2 949 kN、2 095 kN、1 541 kN，為設(shè)計單樁豎向承載力的1.09～1.47倍。

2）檢測終級荷載均達(dá)到設(shè)計要求，最大沉降量3.35～19.28 mm，Q～s曲線為緩變型，卸載回彈率 45.6 %～53.4 %，單樁豎向承載力滿足設(shè)計要求。單樁豎向極限承載力計算值比靜載測值小45 %～37 %[3]，估算實(shí)際豎向承載力約為設(shè)計值的1.5倍。

3）根據(jù)工程地質(zhì)資料液化土層為淤泥質(zhì)細(xì)、粉砂層，主要分界深度為 9.3～11.3 m，以上土層（最大厚度 3.5 m，平均厚度 0.6 m）N/Ncr為0.3～0.75，確定土層液化影響折減系數(shù)ψl為0、1/3或 2/3；以下土層N/Ncr為 0.81～0.95，土層液化影響折減系數(shù)ψl為 1[4]。液化土因震動引起的承載力與側(cè)摩阻力下降可導(dǎo)致樁的過度下沉，將抗震規(guī)范中N/Ncr小于0.8的土層液化影響折減系數(shù)ψl調(diào)整為0[5]，按以上要求計算側(cè)摩阻力特征值最大折減值為131 kN，小于單樁豎向承載力特征值的計算值與設(shè)計值的最小差139 kN。根據(jù)工程結(jié)構(gòu)計算書，荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合軸心豎向力作用下基樁軸心豎向力Nk與地震作用和荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下基樁軸心豎向力 NEK，1.0Nk＜NEK＜1.25Nk，得出NEK≤1.25Ra，單樁豎向承載力滿足抗震設(shè)計要求。

4）PHC500 AB 100-36樁沉樁貫入度小于10 mm/10擊，入土深度約 35 m（有效樁長約32 m），經(jīng)設(shè)計、勘察、監(jiān)理、施工和建設(shè)單位研究后，調(diào)整為PHC500 AB 100-32樁，以卵石層為樁端持力層，樁進(jìn)入持力層1 000 mm，沉樁貫入度控制15 mm/10擊。

5）基樁考慮地震水平力作用，選用AB型樁，保障基樁抗彎、抗剪強(qiáng)度。

5 樁基施工

根據(jù)地質(zhì)條件、樁型、樁的密集程度、單樁豎向承載力及現(xiàn)場施工條件等因素，確定樁機(jī)、樁錘、施工工藝[6]。靜壓樁采用ZYJ680液壓靜力壓樁機(jī)。錘擊樁采用軌道式、履帶式、步履式打樁機(jī)。

5.1 靜壓樁

工藝流程為測量定位→壓樁機(jī)就位→吊樁、插樁→樁身對中調(diào)直→靜壓沉樁→接樁→再靜壓沉樁→送樁→終止壓樁→切割樁頭。

樁端平面位移超限或遇到地下障礙物時，將樁吊離孔外，待處理后，再調(diào)機(jī)施工。沉樁控制以壓力值為主控，樁長為輔的“雙控”原則。

遇到下列情況應(yīng)立即停止施工，與設(shè)計、勘察、監(jiān)理單位溝通，確定解決方案。一是壓樁深度超過設(shè)計5倍樁長，油壓值卻達(dá)不到要求；二是樁頂和樁身混凝土破碎或產(chǎn)生明顯裂紋；三是與相鄰樁入土長度相差懸殊，或樁端不能落在同一持力層上。

5.2 錘擊樁

工藝流程為測量定位→樁基就位→吊樁、插樁→校正豎向度→下達(dá) 0.5 m→復(fù)核豎向度→打樁至樁上端距離地面0.5～1.0 m→上節(jié)樁就位→電焊焊接→打樁→終止送樁。

插樁時的豎向度偏差不得超過0.5 %，確保位置及豎向度符合要求后先利用樁錘的自重將樁壓入土中。根據(jù)工程地質(zhì)條件，錘擊沉樁初期時可能下沉量較大，宜低錘重?fù)?，隨著沉樁加深，沉速減慢，起錘高度可逐步增加。

根據(jù)試樁檢測，經(jīng)設(shè)計、勘察、監(jiān)理和建設(shè)單位論證，確定沉樁技術(shù)要求，即樁端位于第五層細(xì)砂層時，以控制樁端設(shè)計高程為主，貫入度可作參考，錘擊樁貫入度30 mm/10擊控制；樁端達(dá)到第六層砂卵礫石層時，以貫入度控制為主，錘擊樁貫入度15 mm/10擊控制，樁端高程可作參考。

遇到下列情況應(yīng)立即停止施工，與監(jiān)理、設(shè)計、勘察單位溝通，確定解決方案。一是沉樁過程中樁的貫入度發(fā)生突變；二是樁頭混凝土剝落、破碎；三是樁身突然傾斜、跑位；四是貫入度或錘擊數(shù)與試驗(yàn)成果明顯不符。

管樁進(jìn)場多為夜間、照明不足，多層堆存，造成質(zhì)檢有遺漏。場區(qū)原為葦塘、蝦池、灘涂，修建圍堰、吹填、回填形成陸域，圍堰為山皮石堤心，回填為山皮石或山皮土，場區(qū)內(nèi)最大塊石直徑達(dá)1.5 m，嚴(yán)重影響沉樁施工。圍堰邊坡內(nèi)基樁施工，采取沉樁前表層3.5 m換填處理，并用同直徑閉孔鋼樁沖孔，停錘樁貫入度大于30 mm/3擊控制，且沖孔深度大于12 m，即沖孔穿過回填層至少3 m。

初期沉樁樁錘不回彈，增加落距，整樁一次入土，樁頂入土深度1～1.5 m，導(dǎo)致接樁困難，不利于沉樁質(zhì)量控制。原因分析為回填層厚度小、塑性變形大，重錘低擊、沉樁慢、不回彈；增加樁錘落距后，土體剪切破壞，吹填層細(xì)砂側(cè)摩阻低、端阻小，基樁在樁和樁錘的重力和慣性力作用下迅速下沉；據(jù)了解，基樁樁長10～12 m易發(fā)生初沉速率過大，基樁樁長15 m及以上不易發(fā)生初沉速率過大。錘擊樁施工措施為保持重錘低擊，逐步增加樁錘提升高度。靜壓樁施工有類似問題，施工措施為控制沉樁壓力、逐步加荷。

6 結(jié) 語

港區(qū)陸域面積大，陸域基礎(chǔ)設(shè)施種類多、荷載大；河口濱海平原為軟土地基，土層較為均一，持力層較深、有起伏，地下水具腐蝕性；抗震設(shè)防要求高，基本地震烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度為0.20g。PHC管樁經(jīng)工程實(shí)踐，驗(yàn)證了承載力高、抗彎和抗裂性能好、質(zhì)量容易控制、工期短、沉降量小、總成本低等優(yōu)越性，是河口港區(qū)陸域設(shè)施樁基礎(chǔ)的最佳選擇。結(jié)合工程實(shí)例分析基樁持力層選擇和沉樁措施等，為后續(xù)工程樁型、樁長確定及制定施工方案提供參考。

1）經(jīng)基樁施工、檢測及結(jié)果統(tǒng)計，細(xì)砂層厚度大、密實(shí)度較好，不受地震液化影響可作為基樁持力層。

2）基樁豎向承載力高，且有抗拔、均勻沉降等特殊要求時，選擇卵石層為持力層，進(jìn)入持力層深度易為2～3倍樁徑，沉樁貫入度控制15 mm/10擊。

3）經(jīng)抗震設(shè)計計算，選用AB型PHC管樁，并加強(qiáng)樁頭與承臺的連接，滿足地震水平荷載對基樁抗彎、抗剪的要求。

4）陸域形成的回填塊石對沉樁施工影響大，應(yīng)在港區(qū)詳規(guī)、項(xiàng)目設(shè)計、工程實(shí)施各階段、全過程考慮，圍堰與基樁無法相互避讓時，在基樁沉樁施工前采取換填、沖孔的方法處理。

5）PHC管樁初期沉樁控制，采取重錘低擊或減載靜壓，控制沖擊力與靜壓力在正常沉樁荷載的20 %～30 %。