劉 鵬，劉 浩，楊 渝（中國(guó)建筑第二工程局有限公司華東公司，上海 200135）

PHC 管樁（預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁）具有較高的承載力且便于施工，近年來(lái)被廣泛地應(yīng)用到地基處理施工中[1-2]。湖北省武漢市某新能源與智能汽車基地封閉測(cè)試場(chǎng)項(xiàng)目地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計(jì)采用 PHC 樁＋CFG 樁的軟土地基處理方案。其中 PHC 樁多達(dá) 33 380 根。PHC 管樁施工能否滿足設(shè)計(jì)要求對(duì)于地基處理效果尤為重要。影響 PHC 管樁地基處理效果的因素主要有樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距、混凝土標(biāo)號(hào)等[3-4]?？紤]到場(chǎng)區(qū)地質(zhì)條件變異性大，且賽道形狀不規(guī)則，因此設(shè)計(jì)采用固定的樁間距，通過(guò)采用不同的樁長(zhǎng)以控制不均勻沉降。綜合考慮沉降、承載力持力層因素，得到各區(qū)域 PHC 樁的設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。為了驗(yàn)證樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)的合理性，一般情況下可通過(guò)理論計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、數(shù)值模擬等方法[5-6]。本文采用理論計(jì)算結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行研究，分別計(jì)算單樁承載力以及沉降值是否符合規(guī)范要求，計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)的合理性?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行單樁靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算的結(jié)果一致。

1 工程概況

該基地封閉測(cè)試場(chǎng)一期賽道位于武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)東荊河河畔，規(guī)劃用地面積為 0.875 km2，按照際汽聯(lián)二級(jí)賽道設(shè)計(jì)。主賽道總長(zhǎng)為 4 188.6 m，規(guī)劃觀眾數(shù)量約 5.8 萬(wàn)人，屬重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。賽道范圍內(nèi)需要對(duì)軟土地基進(jìn)行處理，以滿足賽道 1/2 000 平整度的要求。 根據(jù)專家評(píng)審會(huì)議，形成了 CFG 樁＋PHC 樁的地基處理方案，以及泡沫輕質(zhì)土＋處治土的路基填筑方案，確定了工后沉降 10～15 cm的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。

2 賽道 PHC 樁軟土地基理論分析

2.1 PHC 樁設(shè)計(jì)方案

PHC 樁的設(shè)計(jì)參數(shù)： PHC 樁采用 PHC 500 AB 100 型號(hào)，樁身強(qiáng)度采用 C 80 高強(qiáng)混凝土，樁徑為 500 mm，壁厚為 100 mm，采用正方形布樁方式，樁間距 3.00 m。樁頂部設(shè) 1.50 m×1.50 m×0.35 m 方形樁帽，強(qiáng)度 C 30。PHC樁橫斷面示意圖如圖 1 所示。

圖1 PHC 樁橫斷面示意圖

路基填筑方案為：對(duì)于路基填方高度為 2.00～4.75 m的區(qū)域采用水泥土填筑，對(duì)于填方高度 ＞4.57 m 的區(qū)域，采用水泥土＋泡沫輕質(zhì)土方式填筑，使得荷載控制在（100±10）kPa 范圍。

根據(jù)賽道部分巖土勘察報(bào)告，軟弱土 ②-2 層、 ③ a 層及 ④ 層為場(chǎng)區(qū)主要不良地基土層，具有低承載力、高壓縮性等特點(diǎn)，埋深 1.60～8.30 m，厚薄不均，可能會(huì)引起構(gòu)筑物的過(guò)量沉降、不均勻沉降和地基的滑移，造成破壞。地基處理應(yīng)結(jié)合地質(zhì)條件和荷載水平，采取不同的樁長(zhǎng)、樁間距以控制不均勻沉降?？紤]到該區(qū)域地質(zhì)條件變異性大，且賽道形狀不規(guī)則，因此本方案采用固定的樁間距，通過(guò)采用不同的樁長(zhǎng)以控制不均勻沉降。綜合考慮沉降、 承載力持力層因素，得到各區(qū)域 PHC 樁的設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。

2.2 樁頂部荷載計(jì)算

根據(jù) JTGTD 31-01—2013《公路軟土路基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》，樁頂上的荷載壓力Fcap可根據(jù)路堤填料中的土拱效應(yīng)按式（1）和式（2）計(jì)算。

以 HK 165 為例，此勘探點(diǎn)樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)值為 25.00 m，計(jì)算得到樁體荷載分擔(dān)比、樁頂部作用荷載。樁頂荷載計(jì)算結(jié)果如表 1 所示。

表1 樁頂荷載計(jì)算結(jié)果

2.3 承載力驗(yàn)算

剛性樁可不驗(yàn)算復(fù)合地基承載力。本文僅對(duì)單樁承載力進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范，對(duì)樁間土沉降引起的樁側(cè)負(fù)摩擦阻力進(jìn)行考慮，承載力應(yīng)扣除中性點(diǎn)以上的樁側(cè)阻力。單樁豎向抗壓極限承載力取R=1 900 kN。樁側(cè)下拉荷載計(jì)算按式（6）計(jì)算，樁側(cè)負(fù)摩擦阻力按式（7）計(jì)算。

表2 中性點(diǎn)深度 ln

ln、l0分別為自樁頂算起的中性點(diǎn)深度和樁周軟土層下限深度，本計(jì)算中取至 4 層底。當(dāng)樁周土層計(jì)算沉降量＜20 mm 時(shí)，ln應(yīng)按列表值乘以 0.4～0.8 折減。

表3 負(fù)摩擦阻力系數(shù)表

對(duì)于擠土樁，表 3 中取大值，對(duì)于非擠土樁，表 3 中取小值；填土按其組成取表中同類土的較大值。

分析 HK 165 勘探點(diǎn)，初步計(jì)算中性點(diǎn)位置，ln=11 m，下拉荷載計(jì)算如表 4 所示。

表4 下拉荷載計(jì)算表

2.4 沉降計(jì)算

根據(jù) JGJ 94—2018《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，按照承臺(tái)底地基土分擔(dān)荷載的復(fù)合地基計(jì)算沉降。對(duì)于樁端平面下地基中由樁基引起的附加應(yīng)力，按照明德林（Mindlin）解計(jì)算確定。將樁端阻力和樁側(cè)阻力簡(jiǎn)化為圖的形式，求解明德林解應(yīng)力影響系數(shù)。樁間土對(duì)地基中某點(diǎn)產(chǎn)生的附加應(yīng)力按照布辛奈斯克（Boussinesq）解計(jì)算，與樁基產(chǎn)生的附加應(yīng)力疊加計(jì)算最終沉降量。按式（9）計(jì)算最終沉降量。

樁頂?shù)募辛Π词剑?0）計(jì)算。

樁側(cè)摩阻力沿樁身線性增長(zhǎng)的情況按式（12）計(jì)算。

對(duì)于一般型摩擦樁，樁側(cè)阻力可簡(jiǎn)化為沿著樁身線性增大將沉降計(jì)算點(diǎn)水平面影響范圍內(nèi)各基樁對(duì)應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)產(chǎn)生的附加應(yīng)力疊加，采用單向壓縮分層總和法計(jì)算土層的沉降。樁基的最終沉降量可按式（13）計(jì)算。計(jì)算深度樁端平面下 15.00 m，根據(jù) JG J94—2018，分層厚度 ≤ 計(jì)算深度的 0.3 倍，取 4.50 m。按式（13），勘探點(diǎn) HK 165 沉降取樁基和樁間土產(chǎn)生的沉降之和，為81.31 mm。綜上所述，81.31 mm 作為該勘探點(diǎn)最終沉降值，滿足 15 cm 的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。

3 賽道 PHC 樁靜載試驗(yàn)

3.1 單樁承載力試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)完成了全部的 PHC 管樁施工，為了驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果，本次單樁承載力試驗(yàn)選擇勘探孔 HK 165 對(duì)應(yīng)的管樁。試驗(yàn)管樁的編號(hào)為 P 30-18-10-2，樁長(zhǎng)為 25.00 m，位于現(xiàn)場(chǎng) 30 區(qū)。根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，單樁承載力特征值為950 kN，試驗(yàn)加載量取單樁承載力特征值的 2.4 倍。試驗(yàn)采用分級(jí)加載，每級(jí)加載量為荷載總量的 1/10，第一級(jí)加載量為 2.0 倍分級(jí)荷載；每級(jí)加載完成后按每隔 5、10、15、15、15 min 各測(cè)讀一次。累計(jì) 1 h 后每隔 30 min 進(jìn)行一次讀數(shù)。當(dāng)連續(xù)兩次每小時(shí)的沉降量＜0.1 mm 時(shí)，則判定管樁已相對(duì)穩(wěn)定,可進(jìn)行下一級(jí)加載。

3.2 單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

記錄現(xiàn)場(chǎng)單樁靜載試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，當(dāng)加載至 2 280 kN時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)沉降量為 37.39 mm，小于規(guī)范規(guī)定的 40.00 mm，單樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求，證明樁長(zhǎng)滿足設(shè)計(jì)要求。單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果如圖 2 所示。

圖2 靜載試驗(yàn)結(jié)果圖

4 結(jié) 語(yǔ)

(1) 通過(guò)理論計(jì)算得出勘探點(diǎn) HK 165 的單樁承載力為868.95 kN，樁頂部荷載為 655.34 kN，單樁承載力大于樁頂部荷載，承載力滿足要求。該勘探點(diǎn)的最終沉降值為 81.31 mm，滿足 15 cm 的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 現(xiàn)場(chǎng)單樁靜載試驗(yàn)總沉降為 37.39 mm，小于規(guī)范要求的 40 mm，靜載試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。HK 165 勘探點(diǎn)的管樁設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求。