淺談PHC管樁在粘性土中的應用

趙晉東

0 引言

PHC管樁最初應用于港口、鐵路、碼頭、橋梁等工程基礎，隨著PHC管樁技術和工藝的不斷發(fā)展完善，目前已應用于包括民用、工業(yè)、水利、構筑物等各方面的工程基礎。PHC管樁不受機械的限制，可以任意接長樁長度，有著較好的抗彎、抗裂性能和一定的穿透力，適用于粘性土、碎石類土、粉土、強風化巖層、砂土和密實的卵石層，但不適用于障礙物過多的巖土層、石灰?guī)r等土層。

1 PHC管樁概述

PHC管樁主要由鋼套箍、樁身和端頭板組成，混凝土強度等級不低于 C80，樁外徑一般有400 mm，500 mm，550 mm，600 mm，800 mm等，壁厚在70 mm～130 mm之間，樁節(jié)長度一般為8 m～12 m。PHC管樁制造成型到投入使用一般要3 d～4 d。常用的直徑PHC-AB 500(125)型管樁的樁身受壓承載力設計值可以達到3 700 kN(未考慮壓曲影響)，可滿足一般高層建筑樁基承載力要求;樁端比原樁土承載力提高一倍左右，施工速度較現(xiàn)場灌注樁更快，而且無污染，使用靜力壓樁機還能夠消除噪聲影響，施工7 d后即可檢測樁基，可以大幅縮短工期。

1)PHC管樁技術參數(shù)。PHC管樁的預應力主筋使用鋼棒、鋼絲，直徑通常為7.1 mm，9.0 mm，10.7 mm，抗拉性能為 1 420 MPa;混凝土強度等級不能低于C80，抗彎性能有A，AB，B，C四種類型，有效預壓應力值為4.0 N/mm2，6.0 N/mm2，8.0 N/mm2，10.0 N/mm2。

2)PHC管樁樁基設計等級。PHC管樁樁基設計需要先確定設計等級，才能界定設計復雜程度、內容和技術措施。設計等級需要綜合考慮建筑物體型、規(guī)模、功能和場地、環(huán)境等因素，等級劃分為甲、乙、丙三個等級。

3)PHC管樁設計原則。PHC管樁設計需要考慮基礎承載力、土層分布情況、持力層承載力等因素，因而設計方案并不是唯一的，方案的水平與設計人員的素質有關，需要設計人員具備專業(yè)的結構力學以及巖土力學等知識。PHC管樁設計強調安全性、經濟性，關注于設計方案的合理、可行。

4)PHC管樁設計方法。PHC管樁設計方法需要根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》，依據(jù)變剛度調平設計原則，具有改變樁徑、局部弱化或強化、局部改變樁長、改變樁距四種模式，并通過設計軟件進行分析計算，按照相關的建筑抗震標準進行驗算。

2 PHC管樁在高層粘性土地基中的應用

近年來，高層建筑得到了快速發(fā)展，樁基礎形式也發(fā)生了極大的變化，PHC管樁因其質量容易得到保障、施工快、不需進行現(xiàn)場養(yǎng)護、成樁到檢測時間短等優(yōu)勢，部分取代了施工環(huán)境要求較高的泥漿護壁灌注樁，得到了較為廣泛的應用。現(xiàn)以太原市平陽路某小區(qū)高層為例，介紹PHC管樁在高層粘性土地基中的應用。

1)工程實例概況。以該小區(qū)C座樓為例，該樓地上為30層，地下2層，長59.4 m、寬 29.7 m;室外地坪以上高度為 98.45 m。主體采用剪力墻結構，基礎布置采用墻下樁承臺梁，其中承臺梁截面為0.8 m ×1.0 m、基礎底標高為 －8.15 m;使用 PHC管樁-AB500(125)，其中樁長為22 m，樁距在墻下根據(jù)承載力需求調整布置，樁間距布置原則為不小于3倍樁徑。布樁327根，單樁承載力特征值要求不小于2 450 kN;抗震設防烈度為8度，地震加速度值設計為0.2g。基礎設計等級甲級。基礎埋深7.5 m。

2)工程場地自然情況。場地標高為785.20 m，第①層土層為雜填土，由磚塊、灰渣等組成，結構松散，層厚在0.6 m～2.0 m之間，平均為0.84 m;第②層土層由粉土、粉質粘土等組成，層厚在1.3 m ～3.2 m 之間，平均為2.52 m，樁側阻力特征值為10 kPa;第③層土層為粉質粘土，層厚在0.5 m～5.1 m之間，平均為3.34 m，靜探錐尖阻力在0.6 MPa～9.8 MPa之間，樁側阻力特征值為16 kPa，由于局部含有透鏡體或是粉細砂層，標貫擊數(shù)變化較大，實測值為14擊～21擊;第④層土層為較為密實的粉土，層厚在4.2 m ～9.0 m 之間，平均為 6.9 m，樁側阻力特征值為 28 kPa，標貫擊數(shù)為24擊～32擊;第⑤層土層為粉細砂，含有粉質粘土，層厚在2.6 m～5.0 m之間，平均為3.88 m，標貫擊數(shù)為21擊 ～31擊;第⑥層土層為含中砂層，層厚在3.3 m～5.8 m之間，平均為4.43 m，樁側阻力特征值為35 kPa，樁端阻力特征值為3 000 kPa;第⑦層土層為粉質粘土層，層厚在2.7 m～5.4 m之間，平均為4.35 m，樁側阻力特征值為30 kPa，樁端阻力特征值為1 000 kPa;第⑧層土層為中砂層，層厚在7.6 m～10.7 m之間，平均為9.68 m，樁側阻力特征值為45 kPa，樁端阻力特征值為3 500 kPa，土層承載力特征值為300 kPa;第⑨層土層為粗砂礫層，層厚在3.3 m～6.0 m之間，平均為4.68 m;第⑩層為密實的粉質粘土層，未揭穿。場地內地下水位埋深為4.3 m～4.7 m，對混凝土及PHC管樁無腐蝕性。

3)PHC管樁基礎設計。由勘察報告可以比較全面的了解場地土層情況，根據(jù)地基土的特性可以進行樁基礎的設計。樁基礎有預制樁或是現(xiàn)場灌注樁兩種，使用現(xiàn)場灌注樁的工期會比較長，并且會產生污染環(huán)境的泥漿，對周邊居民正常生活有較大影響。因此在征求監(jiān)理、業(yè)主的意見并經過設計方的討論研究比較之后，選用C80 PHC-AB500(125)管樁。單樁豎向承載力特征值不小于2 450 kN，樁長22 m，布置形式為剪力墻墻下布樁。

4)PHC管樁基樁布置。該樓采用剪力墻結構體系，設計方案為剪力墻下布樁，上部墻體荷載通過墻下承臺梁傳遞給樁，計算時考慮上部結構荷載、土反力等的整體以及局部平衡，并考慮上部結構的分布和基礎剛度的分布。在布樁時，根據(jù)PKPM軟件之JCCAD部分計算上部結構與筏板、樁的共同作用。

5)PHC管樁基礎計算。根據(jù)變剛度調平設計理念計算地基基礎以及上部結構的整體作用，根據(jù)計算結果調整布樁，控制差異沉降和筏板內力。使用相關軟件計算時選擇PMCAD文件，將上部結構、基礎以及地基的共同作用進行定量計算，為PHC管樁設計提供準確依據(jù)。考慮到上部結構剛度的作用，計算其與基礎頂面的共同作用，將使計算結構更加準確、實際。

6)PHC管樁施工。PHC管樁有錘擊法、靜力壓樁法等施工方法，使用最多的是靜力壓樁法，本工程即選擇靜壓法進行PHC管樁施工。根據(jù)地質勘探報告分析，樁端在進入持力層之前比較順利，雖然有卵礫砂層，不過礫石直徑均不超過30 mm。在施工過程中，局部卻發(fā)現(xiàn)中樁管入土3.5 m便打不下去，分析樁長不符合設計要求，經過對土層的進一步探查，發(fā)現(xiàn)局部夾有厚達1.0 m左右的卵礫層，卵礫最大直徑達到100 mm。在與施工單位、監(jiān)理單位、設計單位協(xié)商后，使用引樁處理的方法，用鉆孔機引孔直達粘土層，鉆孔直徑為PHC管樁直徑的80%。施工的試樁與后期檢測，檢測結果表明單樁豎向承載力均符合設計要求。

7)PHC管樁沉降觀測。本工程共設7個沉降觀測點，在基層施工完成后便進行沉降觀測，到主體結構封頂時，觀測結果表明最大沉降量是26.5 mm，最小沉降量是20.5 mm，均小于理論計算與規(guī)范規(guī)定的數(shù)值。

8)PHC管樁應用的經濟效益。由于使用PHC管樁和變剛度調平設計，樁數(shù)量及長度較灌注樁多，但每延米造價較后壓漿灌注樁低55%，綜合造價比現(xiàn)場灌注樁節(jié)省工程投資30.5%，并縮短工期達到60%以上。另外，采用靜壓法施工，能夠在不污染周邊環(huán)境的基層上進一步控制噪聲污染;避免影響周邊居民生活，有利于環(huán)保。因此，使用PHC管樁有著十分好的經濟效益和社會效益。

3 PHC管樁應用于高層粘性土地基需要注意的問題

首先，在粘性土層的條件下，使用靜壓管樁的擠土效應十分明顯，PHC管樁在施工過程中產生的擠土效應甚至能影響到周邊10 m左右的范圍，很容易使附近的建筑物、管線、道路受損。因此，施工時必須重視擠土效應對周邊環(huán)境的影響，施工前就必須設立觀測點對周邊建筑物、管線、道路進行變形觀測，并設置防擠溝、砂帶，還可以在可能受到擠土效應影響的建筑物、管線、道路邊用鉆機鉆孔，以釋放擠土效應，減少不利影響。

其次，在粘性土層的條件下，使用靜壓法施工時對地面的壓力很大，可能因地表承載力過大而產生陷機的問題，遇到雨季或是送樁導致的孔洞都容易出現(xiàn)此類問題。陷機將損壞管樁，因此在施工前必須詳細了解工程地質條件，尤其要全面了解5 m內土層的力學數(shù)據(jù)等情況，如果地表承載力難以滿足要求，或是遇到雨季，需要先在場地鋪設碎石等來增加地表承壓能力，及時處理送樁導致的孔洞，以徹底避免陷機問題的產生。

最后，在應用PHC管樁的地基中，樁端一般必須選擇承載力較好的持力層，由于樁周土的固結回彈速度較慢，在短期的施工中要獲得較好的承載力，就必須將樁端伸入承載力較高的持力層。否則，管樁較難獲得理想的預期承載力。因此，在施工前必須先進行場外試樁。

考慮到樁基技術的經驗性、區(qū)域性很強的巖土工程技術，太原地區(qū)屬于8度區(qū)，因此在PHC管樁設計與施工中應注意下列問題:1)設計PHC管樁基礎應盡量選擇多樁承臺基礎或是樁筏基礎，使用PHC管樁的建筑必須驗算樁基的承載力，尤其是水平承載力。樁端要求做一定長度的加筋灌芯。地梁線剛度達不到相應要求時，不能適用單柱單樁或兩樁。2)選用靜壓法進行PHC管樁施工，終壓壓力值要略微高于極限標準值，因而在設計時必須考慮施工時樁無法穿越較厚、較硬土層或是樁達不到標高、局部土層較硬出現(xiàn)爆樁及其處理等問題。3)樁頭連接筏板承臺需要按照規(guī)范操作進行，用微膨脹混凝土將樁頭附近澆筑密實，要保證錨固長度，確保樁頭抗彎、抗剪能力。4)PHC管樁與樁帽連接性能的研究比較少，需要進一步積累試驗經驗，以更好的應用PHC管樁。5)在土層上部有較多磚塊、碎石等地基中要慎重選用，該種土層較難穿越，影響施工質量及入土深度。

受多種復雜因素的影響，PHC管樁在施工過程中會出現(xiàn)各類問題，尤其使用靜壓法在高層建筑粘性土地基中應用時，更要全面、準確的了解土質、土層、樁數(shù)、施工順序等情況，只有事前重視，并采取有效的預防措施，事中加強觀測，保證信息化施工，才能保證施工的效果。

4 結語

通過對PHC管樁技術可行性、經濟性的分析，筆者認為PHC管樁在太原地區(qū)是普遍適用的一種基礎類型，但是針對高層建筑、粘性土等不同建筑、土質還需要進一步總結、完善試驗資料和經驗，以更好的推廣PHC管樁。

［1］ JGJ 94-2008，建筑樁基技術規(guī)范［S］.

［2］ GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規(guī)范［S］.

［3］ JGJ 106-2003，建筑樁基檢測技術規(guī)范［S］.

［4］ 張 雁，劉金波.樁基手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.