何余鈞，林惠庭，何建亮，唐 俊，周文超

（1、長宇（珠海）國際建筑設計有限公司 廣東 珠海 519100；2、珠海市斗門區(qū)建設工程質量監(jiān)督檢測站 廣東 珠海 519125；3、珠海市建安集團有限公司 廣東 珠海 519000）

0 前言

預應力高強混凝土管樁（以下簡稱PHC 管樁）具有單樁承載力高，施工速度快，經濟效應明顯等優(yōu)點，PHC 管樁在廣東沿海地區(qū)廣泛應用。錘擊管樁只能進入N'=50 的強風化巖層1～2 m，靜壓樁至多只能壓到該層表面。如果遇到“上軟下硬，軟硬突變”的地層，即上面覆蓋層全是軟弱土層，下面就是中風化巖層，中間缺失一層強風化巖層，這種地質條件普通打（壓）樁法就不適合［1］。依據《錘擊式預應力混凝土管樁工程技術規(guī)程：廣東省標準DBJ/T 15-22—2021》［2］第4.3.4條對于基巖以上的覆蓋層為淤泥等松散土層，其下直接為中風化花崗巖或微風化花崗巖，或中風化、微風化巖面上只有較薄的全風化或強風化巖層的地質條件，宜采用植樁工法或其他有效措施后采用錘擊或振動成樁。

國內學者對于“上軟下硬，軟硬突變”的地層中PHC 管樁的沉樁方法以及承載性能開展了一些理論和試驗研究。目前主要方法有潛孔錘引孔植樁法、靜鉆根植樁法、隨鉆根植樁法。植樁法普遍采用預鉆成孔，孔內灌注砂漿或者細石混凝土后植入管樁的做法。趙偉等人［3］介紹了大直徑風動潛孔錘引孔技術在含漂石礫砂層預制樁施工中的成功應用；王平等人［4-5］對使用風動潛孔錘在巨石、中粗砂填海區(qū)進行引孔鉆進工藝開展試驗研究；王雄旭［6］對硬巖孤石地質條件下液壓潛孔錘旋挖鉆機組合施工技術進行研究；方偉定等人［7］對靜鉆根植樁的設計、施工與試驗開展研究；李紀勝等人［8］介紹了靜鉆根植樁在東城國貿中心的成功應用；王衛(wèi)東等人［9-10］對上海地區(qū)靜鉆根灌漿植樁成樁效果與質量試驗、承載特性現(xiàn)場試驗開展研究；曾國等人［11］結合珠海市某工程實例詳細闡述了引孔嵌巖預制管樁施工與設計的方法。

珠海地處廣東省中部沿海、珠江三角洲的南部前緣，地貌單元以沖積平原和海積平原為主，軟土分布范圍廣泛，沉積物以淤泥層占陸地總面積的50%～60%，局部厚度達50 m 以上［12］，PHC 管樁占珠海地區(qū)建筑樁基工程總數(shù)的85%以上，已成為該地區(qū)最主要的建筑樁型［13］。本文結合工程實例，對“上軟下硬，軟硬突變”的地層中PHC管樁采用潛孔錘引孔灌土打入管樁法的基礎設計進行分析，引孔后孔內灌礫質黏性土再打樁，可以為今后潛孔錘引孔灌土打入管樁的實踐與研究提供參考。

1 工程概況

1.1 工程簡介

珠海某生產基地建設項目位于珠海市斗門區(qū)，一期總建筑面積共229 640.75 m2，其中地上187103.35m2，地下42 537.40 m2。地上5 層，地下1 層。框架結構體系?？拐鹪O防烈度7 度（0.1g），設計地震分組第一組，場地類別為Ⅲ類。地基基礎設計等級為乙級，采用PHC500（AB 型，壁厚125）管樁基礎，樁端持力層為強風化花崗巖，錘擊沉樁，入巖深度不少于3d（d為樁身直徑）。

1.2 工程地質

根據本工程巖土勘察報告，場地內各土層由上至下分述如下，相關參數(shù)詳如表1所示。

表1 各地層工程特性指標值Tab.1 Each Layer Engineering Characteristic Index Value

⑴人工填土層（Qml）：①素填土：松散狀，稍濕，以耕植土為主，該層在場地內均有分布，平均厚度0.56 m。

⑵ 海陸交互相沉積層（Qmc）：①淤泥：流塑，飽和。該層在場地內均有分布，平均厚度8.56 m。②粗砂：稍密，飽和。成份石英為主，底部含較多黏性土。該層在場地內局部分布，平均厚度1.36 m。

⑶殘積土層（Qel）：砂質黏性土：可塑～硬塑狀。為花崗巖風化殘積土。該層在場地內局部分布，平均厚度2.69 m。

⑷基巖層（γ52（3））：①全風化花崗巖：硬塑狀，巖芯遇水易軟化。屬極軟巖，極破碎。校正平均擊數(shù)39.4擊。該層在全場地內廣泛分布，平均厚度3.19 m。該層無規(guī)律分布微風化孤石。②強風化花崗巖：巖體破碎，裂隙發(fā)育，屬極軟巖，極破碎。校正平均擊數(shù)55.4擊。該層在全場地內普遍分布，平均厚度2.69 m。③中風化花崗巖：巖體破碎，裂隙極發(fā)育。巖芯為碎塊狀、短柱狀，巖石堅硬程度為軟巖。飽和單軸抗壓強度值frk=28.0 MPa，天然單軸抗壓強度值frp=31.0 MPa。該層在全場地均有分布。

1.3 特殊不良工程地質情況

根據本工程巖土勘察報告，場地內對預制樁的設計以及沉樁有較大影響的不良地質情況如下：

⑴孤石無規(guī)律的分布在全風化花崗巖土層中。管樁沉樁過程遇到孤石會造成斷樁，難以進入有效的持力層。

⑵局部地段存在“上軟下硬，軟硬突變”的地層，上面覆蓋層全是軟弱土層，下面就是強風化、中風化花崗巖層或中風化花崗巖面上只有較薄的全風化花崗巖或強風化花崗巖。管樁若按正常的錘擊沉樁方式，樁入巖深度難以滿足要求且容易斷樁；樁范圍內土層分布及特點如圖1所示。

圖1 樁范圍內場地土層剖面Fig.1 Each Layer Engineering Characteristic Index Value

2 沉樁方案選擇

為保證樁有效地進入持力層及入巖深度，需采取引孔措施。大直徑風動潛孔錘能有效穿過孤石，穿進中風化花崗巖層。若采用鉆機預鉆成孔，孔內灌注砂漿或者細石混凝土后植入管樁的常規(guī)做法面臨兩個主要問題：①樁底完全固結后基坑開挖過程中容易出現(xiàn)斷樁。采取回填礫質黏性土后擠壓密實使樁底實際約束狀態(tài)介于鉸接與固結之間有利于控制樁身的質量；②結合地區(qū)工程經驗，孔內灌注砂漿或細石混凝土施工質量不容易控制。故本項目采用大直徑風動潛孔錘引孔，成孔后孔內回灌礫質黏性土，具有施工便捷質量可控的優(yōu)點。針對特殊不良工程地質情況分別處理如下：

⑴對于偶遇孤石，硬夾層或中風化碎塊等，預制樁施工采用潛孔錘引孔機進行引孔，引孔孔徑D=550 mm，引孔后錘擊沉樁，使PHC 管樁樁端進入有效的持力層。

⑵存在“上軟下硬，軟硬突變”的地層，軟弱土層下面就是強風化花崗巖層的區(qū)域采用潛孔錘引孔機引孔，引孔孔徑D=550 mm，入巖深度滿足3d并加上樁尖高度，也就是1.65 m。潛孔錘引孔后孔內回灌礫質黏性土，充盈后再采用液壓錘樁機錘擊沉樁。收錘時以貫入度作為控制條件，樁長為參考條件，同時有效樁長不少于8 m。

⑶存在“上軟下硬，軟硬突變”的地層，軟弱土層下面就是為中風化花崗巖或中風化花崗巖面上只有較薄的全風化花崗巖或強風化花崗巖的區(qū)域采用潛孔錘引孔機引孔，引孔孔徑D=650 mm，入巖深度1.65 m。潛孔錘引孔后孔內回灌礫質黏性土，充盈后再采用液壓錘擊樁機錘擊沉樁。收錘時以貫入度作為控制條件，樁長為參考條件，同時有效樁長不少于8 m。

3 單樁豎向抗壓承載力特征值確定

3.1 單樁豎向抗壓承載力特征值確定

單樁豎向承載力特征值須通過靜載荷試驗確定，試驗方法應符合國家行業(yè)標準《建筑基樁檢測技術規(guī)范：JGJ 106—2014》第4 章關于單樁豎向靜載荷試驗的規(guī)定。

國內尚無潛孔錘引孔灌土打入管樁法單樁豎向承載力特征值的計算公式。相近公式有：①《建筑樁基技術規(guī)范：JGJ 94—2008》［14］第5.3.5 條的計算方法；②文獻［2］第4.2.4.4 條及條文說明對預鉆成孔，孔內灌注砂漿或者細石混凝土后植入管樁工法的單樁豎向抗壓承載力特征值的估算采用類似灌注樁承載力的計算公式；③《隨鉆跟管樁技術規(guī)程：JGJ/T 344—2014》［15］第4.3.2～4.3.5 條及條文說明中提到對隨鉆跟管樁為部分擠土樁，其樁側摩阻力大于鉆（沖）孔灌注樁，小于靜壓或錘擊預應力混凝土管樁，初步估算時推薦其側摩阻力按文獻［14］推薦的泥漿護壁鉆（沖）孔樁的極限側阻力標準值取值；④《靜鉆根植樁基礎技術規(guī)程：浙江省標準DB33/T 1134—2017》［16］第4.3.5條及條文說明中提出對于鉆孔植樁預制樁施工對周邊土體的加強作用，側摩阻力參數(shù)可按巖土工程勘察報告提供的預制樁參數(shù)進行取值，端阻力特征值可按巖土工程勘察報告提供的預制樁參數(shù)根據樁端土性進行折減。分別依據上述規(guī)范相關規(guī)定進行估算，珠海市本地區(qū)檢測結果統(tǒng)計顯示液壓錘沉樁的PHC500管樁單樁豎向抗壓承載力特征值Ra常規(guī)取2 000 kN。

3.1.1 樁端持力層強風化花崗巖的管樁

對于樁端持力層強風化花崗巖的管樁，尚未完成自重固結的土類不計算其側摩阻力。入巖深度l為1.5 m。

⑴錘擊沉樁過程中因管樁對孔內的礫質黏性土產生擠壓作用導致樁側土擠壓密實，樁的側摩阻力以及樁端阻力參照地質報告中預制樁的參數(shù)取值，單樁豎向抗壓承載力特征值計算參照文獻［14］第5.3.5 條的計算方法估算，計算公式為

式中：Ra為單樁豎向承載力特征值；u為樁身周邊長度；qsia為樁側阻力特征值；li為第i層土的厚度；qpa為樁端阻力特征值；Ap為樁底端橫截面面積。本文qsia=120 kPa，qpa=6 500 kPa。根據式⑴，Ra=1 557 kN。相對珠海市Ra常規(guī)取值2 000 kN，計算結果偏小。

⑵單樁豎向抗壓承載力特征值計算按照文獻［2］第4.2.4.4條的計算方法估算，計算公式為

式中：qsia取文獻［14］中表5.3.5-1 中選取灌注樁側摩阻力極限值的區(qū)間高值的0.5 倍；qpa取文獻［14］中表5.3.5-2 中選取灌注樁側摩阻力極限值的區(qū)間高值的0.5倍。本文qsia=100 kPa，qpa=1 100 kPa。根據式⑵，Ra=451 kN。相對珠海市Ra常規(guī)取值2 000 kN，計算結果嚴重偏小，該公式不合理。

⑶單樁豎向抗壓承載力特征值計算按照文獻［15］第4.3.2條的計算方法估算，計算公式為

式中：因樁側未注漿，qsik取文獻［14］表5.3.5-1 中泥漿護壁鉆孔樁極限側阻力標準值取值，qpk按文獻［15］表4.3.2-2 中取值。本文qsik=200 kPa，qpk=1 800 kPa。根據式⑶，Quk=823 kN，故Ra=412 kN。相對珠海市Ra常規(guī)取值2 000 kN，計算結果嚴重偏小，該公式不合理。

⑷單樁豎向抗壓承載力特征值計算按照文獻［16］第4.3.5條的計算方法估算，計算公式為

式中：qsik按勘察報告中預制樁樁側阻力標準值取值；qpk按勘察報告中預制樁樁端阻力標準值乘以折減系數(shù)0.6。本文qsik=240 kPa，qpk=7 800 kPa。根據式⑷，Quk=2 094 kN，Ra=1 047 kN。相對珠海市Ra常規(guī)取值2 000 kN，計算結果嚴重偏小，該公式不合理。

3.1.2 樁端持力層中風化花崗巖的管樁

對于樁端持力層為中風化花崗巖的管樁，入巖深度滿足3d，樁承載力主要來自樁端阻力，不考慮其側摩阻力。

⑴單樁豎向抗壓承載力特征值計算按照文獻［14］第5.3.9條的計算方法，計算公式為

本文暫取ξr=1.0。根據式⑸，Qrk=5495kN，Ra=2748kN。相對珠海市Ra常規(guī)取值2 000 kN，計算結果偏大。需調整ξr取值為0.7～0.8，則Ra接近常規(guī)取值2 000 kN。

⑵單樁豎向抗壓承載力特征值計算按照文獻［2］第4.2.4.4條的計算方法估算，計算公式為

式中：C1按照文獻［2］第10.2.4條規(guī)定取值。本文C1=0.4。根據式⑹，Ra=2 434 kN。相對珠海市常規(guī)取值2 000 kN，計算結果偏大，該公式不合理。

⑶單樁豎向抗壓承載力特征值計算按照文獻［15］第4.3.3條的計算方法估算，計算公式為

本文ξr=1.25。根據式⑺，Qrk=6 868 kN，Ra=3 434 kN。相對珠海市常規(guī)取值2 000 kN，計算結果嚴重偏大，該公式不合理。

⑷單樁豎向抗壓承載力特征值計算按照文獻［16］第4.3.5條的計算方法估算，計算公式為

本文ξr=0.7。根據式⑻，Qrk=3 847 kN，Ra=1 924 kN。相對珠海市常規(guī)取值2 000 kN，計算結果接近，該公式合理。

3.2 工程抗浮問題的解決

本項目上部無塔樓的地下室區(qū)域原設計通過自重以及抗拔樁平衡水浮力?；鶚兜目拱纬休d力主要由樁的側摩阻力以及樁身自重提供，對于不良地質情況區(qū)域基樁的抗拔承載力達不到設計要求。通過專業(yè)間的協(xié)商確定通過以下兩個方面去解決地下室抗?。孩僭黾禹敯甯餐梁穸纫约吧喜繜o塔樓的地下室區(qū)域的底板厚度來增加自身的重量；②將整個場地的黃海高程提高以降低抗浮設計水位。通過上述辦法使得整個項目的抗浮滿足要求。

3.3 靜載試驗結果及分析

因本項目地質條件較復雜，且成樁工藝特殊，依據文獻［2］第4.2.4條在施工前進行單樁豎向抗壓荷載工藝性試驗以確定單樁豎向抗壓承載力特征值，根據持力層為強風化花崗巖及中風化花崗巖兩種情況分別進行試驗，分別試驗3根，共6根。本項目按常規(guī)錘擊工法施工的基樁單樁豎向抗壓承載力特征值Ra=2 000 kN，采用潛孔錘引孔灌土打入管樁法的基樁單樁豎向抗壓承載力特征值Ra=2 000 kN，最大試驗荷載為4 000 kN。試驗結果統(tǒng)計如表2所示。

表2 各試驗樁試驗結果Tab.2 Test Results of Each Test Pile

試驗結果表明：

⑴采用潛孔錘引孔灌土打入管樁法在清孔滿足要求的前提下管樁的Q-s曲線為緩變型，當加載到最大加載量4 000 kN 時樁頂沉降量滿足設計要求。單樁豎向極限抗壓承載力≥4 000 kN。

⑵正常錘擊工法樁Q-s曲線如圖2所示，潛孔錘引孔灌土打入管樁法樁端持力層為強風化花崗巖樁Q-s曲線如圖3?所示，可以看出兩者的樁Q-s曲線表現(xiàn)規(guī)律基本一致，都是典型的摩擦端承樁的承載受力方式。按照文獻［14］第5.3.5 條的計算方法估算時理論計算符合實際受力情況。

圖2 正常錘擊工法樁樁Q-s曲線Fig.2 Q-s Curve of Normal Hammer-driven Pile

圖3 樁Q-s曲線Fig.3 Pile Q-s Curve

⑶根據圖3?可以看出，在3 根潛孔錘引孔灌土打入管樁法樁端持力層為中風化花崗巖的試驗管樁中，2-1#～2-3#樁Q-s曲線基本表現(xiàn)規(guī)律一致，樁的側阻力很小，樁端承擔絕大部分的豎向荷載，屬于典型的端承樁的承載受力方式，其樁端阻力的計算采用與灌注樁樁端阻力計算類似的理論計算方法符合實際受力情況。

⑷根據圖3?的2-1#樁試驗結果顯示：潛孔錘引孔灌土打入管樁法引孔清孔不干凈存在淤泥，會導致單樁的抗壓承載力性能下降。

4 結論

⑴潛孔錘引孔灌土打入管樁法適用于“上軟下硬，軟硬突變”的地層條件，按此工法施工的PHC500管樁與正常液壓錘擊法管樁的單樁豎向抗壓承載力特征值Ra能達到2 000 kN的設計要求。

⑵對于潛孔錘引孔灌土打入管樁法且樁端持力層為強風化花崗巖的單樁豎向抗壓承載力特征值Ra可按文獻［14］第5.3.5條進行估算，錘擊沉樁過程中因管樁對孔內的礫質黏性土產生擠壓作用導致樁側土擠壓密實，樁的側摩阻力以及樁端阻力可參照地質報告中預制樁的參數(shù)取值。靜載試驗結果較估算值提高約13%，按方法進行承載力估算有一定的安全儲備。

⑶對于潛孔錘引孔灌土打入管樁法且樁端持力層為中風化花崗巖的單樁豎向抗壓承載力特征值按文獻［14］第5.3.9條嵌巖樁進行估算，對比靜載試驗結果，發(fā)現(xiàn)計算時不計入樁周土總極限側阻力，需要調整ξr的取值為0.7～0.8，計算結果才合理。