繆宏兵 楊 杰 張毛毛

(1.如東恒正建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，江蘇 南通 226400；2.江蘇長江建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司南通分公司，江蘇 南通 226400)

研究表明，對同性質(zhì)的土層，水泥土攪拌樁比混凝土樁有著更高的摩阻力[1]，而樁的摩阻力又與樁的比表面積正相關(guān)。因此，勁性復(fù)合樁作為近年來新興的復(fù)合樁基，在水泥攪拌樁成樁后施打預(yù)應(yīng)力管樁，兼顧了水泥土攪拌樁擾動小、成本低廉及預(yù)制管樁強度高、承載力突出的特點，具備較好的經(jīng)濟效益和社會價值。王安輝等[2]基于有限元軟件分析了預(yù)應(yīng)力管樁及勁性復(fù)合樁的水平受力特性，發(fā)現(xiàn)在相同水平荷載下，勁性復(fù)合樁的樁身彎矩及變形明顯小于預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。陸俊俊[3]基于現(xiàn)場試驗及有限元軟件分析了勁性復(fù)合樁的承載力和荷載傳遞機理，認為勁性復(fù)合樁豎向抗壓承載力遠大于同等情況下單樁豎向抗壓承載力。李怡秋[4]對比分析了PHC管樁與勁性復(fù)合樁Q-s曲線，認為PHC樁承載力沒有有效發(fā)揮且成本較高。

考慮勁性復(fù)合樁自行業(yè)標準頒發(fā)以來鮮有用于建筑地基，本文以南通某房產(chǎn)開發(fā)項目為例，結(jié)合試樁檢測結(jié)果分析其推廣應(yīng)用的可行性，為后續(xù)類似項目的開展提供參考。

1 項目概況

項目所處地貌為濱海平原區(qū)，表層為素填土，其下主要覆蓋第四紀松散沉積物，基底巖層穩(wěn)定，區(qū)域穩(wěn)定性良好。建筑物主要包括：8棟17F+1、2棟10F+1，場地典型地質(zhì)如圖1所示。其中，復(fù)合樁抗壓承載力標準值4600kN，管樁采用PHC-500(125)A-C80，樁長21m，水泥攪拌采用高壓旋噴(干法施工、同徑攪拌)，水泥摻入量15%，樁長15m，樁徑1000mm；抗拔管樁(試樁)采用PHA-600B110-14，水泥攪拌樁14m。

圖1 項目典型地質(zhì)剖面圖

2 試樁承載力分析

靜載試驗加載采用慢速維持荷載法, 試驗按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2014)有關(guān)要求進行[5]；加載分級：采用逐級等量加載，分級荷載為最大加載量或預(yù)估極限載荷的1/10，其中第一級取分級荷載的2倍。

圖2 SZ1#試樁的豎向抗壓Q-s曲線

圖3 SZ2#試樁的豎向抗壓Q-s曲線

根據(jù)圖2-圖4檢測結(jié)果可知，整個加載至設(shè)計承載力標準值4600kN的過程，Q-s曲線整體變化比較緩慢。3根試樁加載至設(shè)計最大值4600kN時，最小沉降10.48mm，最大沉降17.03mm，遠小于規(guī)范要求緩變型Q-s曲線極限承載力對應(yīng)的總沉降40mm。可知，勁性復(fù)合樁豎向抗壓承載性能遠大于設(shè)計要求，水泥攪拌樁截面的增大使得承載力得到有效發(fā)揮。結(jié)合Q-s曲線可知Q-s卸載曲線近似線性，1#試樁回彈率84.1%，2#試樁回彈率83.86%，3#試樁回彈率95.04%，可知回彈率均較大，表明勁性復(fù)合樁尚未將承載力發(fā)揮極致，受豎向荷載作用下，除少許樁端土體的塑性變形外，主要呈現(xiàn)為樁身的彈性壓縮變形。

圖4 SZ3#試樁的豎向抗壓Q-s曲線

對3根抗拔試樁進行破壞性試驗：SZ4#端板焊接；SZ5#螺紋連接、微膨脹混凝土填芯；SZ6#端板焊接、微膨脹混凝土填芯。將試驗結(jié)果整理分析如下：

圖5 抗拔試樁U-δ曲線

SZ4#加載至1862kN且維持60min后趨于穩(wěn)定，繼續(xù)加載至2128kN時端板與管樁預(yù)應(yīng)力鋼棒拉斷；SZ5#加載至2394kN且維持90min后趨于穩(wěn)定，繼續(xù)加載至2660kN時端板與管樁預(yù)應(yīng)力鋼棒拉斷；SZ6#加載至2128kN且維持45min后趨于穩(wěn)定，繼續(xù)加載至2394kN僅維持15min端板與管樁預(yù)應(yīng)力鋼棒即拉斷。由SZ4#、SZ#6可知填芯后抗拔承載力由1862kN提升至2128kN，增大14.3%；由SZ5#、SZ#6可知螺紋連接相對端板焊接抗拔承載力提升266kN，增大12.5%。由于端板應(yīng)力集中而破壞是抗拔管樁最薄弱、最不穩(wěn)定的環(huán)節(jié)，所以螺紋連接保護了樁頭，利于樁身端板的受力均勻，使得樁與樁周土體之間的側(cè)摩阻力更好的發(fā)揮。而填芯混凝土可以強化端板節(jié)點處受拉最薄弱部位，加強端板與螺紋鋼連接節(jié)點的可靠性。此外，螺紋連接相比焊接法無需等待冷卻，受環(huán)境影響較小，連接牢固可靠。因此，為保證勁性復(fù)合樁抗拔承載力的發(fā)揮，在不破壞樁頭的情況下應(yīng)盡量選擇樁頭填芯，螺紋連接。

3 完整性分析

根據(jù)設(shè)計說明，采用低應(yīng)變法對試樁進行完整性檢測。結(jié)合項目典型實測信號曲線可知(圖6)，樁頂幅值2288.7mv，應(yīng)力波由管樁傳導(dǎo)至勁性復(fù)合樁混合截面時，反向脈沖達到1907.4mv。在1.67m處淺部缺陷能量過大，幅值達到521.3mv，并于3.33m處產(chǎn)生二次反射，幅值162.3mv。根據(jù)信號曲線可知，有明顯缺陷反射波，完整性判定為Ⅲ類。由于靜載試驗承載力滿足設(shè)計要求，為進一步確認完整性，采取孔內(nèi)探頭高清攝像(圖7)及淺部開挖(圖8)，可知完整性較好，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

圖6 低應(yīng)變實測信號曲線

圖7 探頭攝像驗證

圖8 淺部開挖驗證

根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2014)可知，低應(yīng)變法的理論基礎(chǔ)為樁身為一維線彈性桿件，且基于平截面假設(shè)成立的要求，設(shè)計樁身截面宜基本規(guī)則[5]。而水泥土攪拌樁由于施工控制等原因，樁身離散型較大，導(dǎo)致截面均勻不一，存在阻抗變化，對測試信號產(chǎn)生了較大影響，因此，低應(yīng)變不宜對勁性復(fù)合樁完整性做出評判，而高應(yīng)變也是基于波動理論，因此也不能用于檢測此類復(fù)合樁基?？紤]相關(guān)勁性復(fù)合樁相關(guān)規(guī)范、規(guī)程也尚未明確規(guī)定檢測方法，因此建議對勁性復(fù)合樁完整性驗收按“四新”驗收要求予以處理，單純按設(shè)計文件要求做低應(yīng)變檢測完整性值得商榷。

4 經(jīng)濟效益分析

由于勁性復(fù)合樁大大縮短了管樁樁長，為分析其經(jīng)濟效益，結(jié)合地質(zhì)勘查報告及勁性復(fù)合樁設(shè)計要求的抗壓承載力標準值4400kN進行比較分析。根據(jù)巖土工程勘察報告，以樁PHC-500(110)為例，單樁豎向極限承載力按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)計算得管樁樁長34m。

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp[6]

式中：qsik—樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標準值；qpk—極限端阻力標準值；u—樁身周長；Ap—樁端面積。

從表1可知，基于材料成本及施工角度，勁性復(fù)合樁在同等承載力情況下費用約節(jié)約21.1%。此外，本項目芯樁多為單節(jié)樁，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)檢測規(guī)程》(DGJ32/TJ142-2012)，單節(jié)管樁無高應(yīng)變檢測要求。而若采用管樁方案，多節(jié)預(yù)制樁采用高應(yīng)變的抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的10%，且不得少于10根。以本項目1#樓為例，結(jié)合設(shè)計要求，勁性復(fù)合樁靜載費用81 600元，低應(yīng)變檢測費用15 130元；管樁所需靜載費用81 600元，低應(yīng)變檢測費用15 130元，高應(yīng)變檢測60 000元?？芍瑒判詮?fù)合樁在同等承載力情況下檢測費用約節(jié)約62%。因而勁性復(fù)合樁具有較大的經(jīng)濟效益。

表1 樁基施作費用分析

5 結(jié) 語

勁性復(fù)合樁作為近年來興新的復(fù)合樁基，具有較好的經(jīng)濟和社會效益。本文根據(jù)某項目現(xiàn)場試樁承載力、完整性檢測情況，并綜合分析樁基施作及檢測成本等，對勁性復(fù)合樁的推廣應(yīng)用可行性進行探討，結(jié)果表明：(1)勁性復(fù)合樁用于高層建筑具有足夠的承載力，抗拔承載力檢測應(yīng)盡量選擇樁頭填芯，螺紋連接；(2)合理安排工序情況下，樁基施作成本節(jié)約21%，檢測成本節(jié)約62%，經(jīng)濟效益顯著；(3)波動理論用于勁性復(fù)合樁樁身完整性檢測值得商榷，應(yīng)綜合論證。