PHC管樁在上海大型居住社區項目中的應用

■ 洪建華 Hong Jianhua

0 引言

上海大型居住社區是由政府主導的保障房項目，主要分布在上海市外環線與郊環線之間，規劃用地原屬農田和村莊，施工道路也是臨時道路，地面無建筑物和地下管線。由于施工環境簡單，適合采用PHC管樁作為該項目基樁。

1 PHC管樁

PHC管樁即預應力高強混凝土管樁，是在工廠內采用先張法預應力和離心成型工藝，經蒸壓養護而制成的一種空心圓筒體的等截面構件。樁身具有較高的預應力，其抗彎、抗裂性能良好；樁身混凝土強度等級為C80，單樁承載力高，其技術經濟的優勢體現在單位承載力的綜合造價明顯低于預制混凝土方樁和鉆孔灌注樁。

但是，PHC管樁屬于高強脆性樁。在工程實踐中，由于沉樁不當、樁身受壓機擠壓、基坑開挖遭挖機碰撞，造成斷樁事故的概率明顯要高于非預應力混凝土樁。

2009年6月27日在建的上海市閔行區“蓮花河畔景苑”住宅小區內一棟13層(無地下室)高層住宅樓，由于室外地面土方堆放不當等諸多項違規施工的原因，造成整棟大樓傾倒。由于傾倒的大樓基樁采用的是PHC管樁，在無明顯跡象的情況下轟然倒下，符合預應力鋼筋非塑性破壞的特征，引發了人們對PHC管樁基礎安全性的質疑。

為吸取倒樓事故教訓，2012年6月14日，上海市城鄉建設和交通委員會發布〔2012〕645號通知規定“十層及以上(或高度超過28m)建筑物應設置地下室”，使PHC管樁基礎深埋，可防范類似的安全風險；并且嚴格按照要求進行試樁，反復對比，確保PHC管樁基礎的安全性。

2 試樁

試樁是指在施工現場按照上海市《建筑基樁檢測技術規范》(DGJ08—218—2003)進行單樁承載力靜載試驗。在工程的不同階段進行試樁具有不同的定義。

2.1 試驗樁

在樁基工程未施工前，進行單樁承載力靜載試驗，目的是為設計提供依據或驗證設計的可行性。此類試樁具有科學研究的含義，可稱為試驗樁。試樁在地面上進行。

2.1.1 探索性試驗

對擬設計的工程樁進行單樁承載力靜載試驗，目的是為獲得土體極限承載力(土體與樁身摩擦力及樁端承載力)與樁身極限強度相匹配的基樁極限承載力,作為設計依據是最為經濟合理、安全可靠的。試驗應采用慢速維持荷載法，試驗的荷載加載到土體或樁身臨界破壞而終止。

2.1.2 驗證性試驗

依據巖土勘察報告和地基基礎設計規范設計的樁基工程，在施工前進行單樁承載力靜載試驗，目的是為了驗證基樁的實際承載力是否達到設計的極限承載力以及沉樁的可行性。試驗的最大加載量為設計的極限荷載。

2.2 檢驗樁

樁基工程施工前已進行了試樁，在完成基樁工程施工后進行單樁承載力靜載試驗，是依據國家標準《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》(GB50202-2002)對已完成的基樁工程施工質量進行檢查與驗收，可稱為檢驗樁。該階段試樁在地面或基坑底都可以實施。

2.3 檢測樁

樁基工程施工前未進行試樁，在完成基樁工程施工后進行單樁承載力靜載試驗，以檢測設計的基樁承載力是否與實際承載力相吻合和檢驗基樁工程施工質量，具有試驗樁和檢驗樁雙重含義，可稱為檢測樁。其試樁應在基坑開挖前實施。由于前期的試樁受到成本和周期的影響或制約，對于一般性PHC管樁樁基工程，按此方式進行施工和檢測驗收的較為普遍。

3 PHC管樁在上海大型居住社區項目中的應用

上海屬于土地資源稀缺型城市，大型居住社區地塊的規劃容積率一般不會低于2，為了保證地塊內住宅的日照、交通、消防、綠化等各項環境指標滿足現行相關的國家和上海市的標準要求，社區的建筑類型均設計為高層住宅。由于PHC管樁單樁承載力高，采用PHC管樁作為高層住宅基樁的性價比高。

3.1 PHC管樁的住宅產業化

上海大型居住社區每個基地由十幾個地塊或幾十地個塊組成，住宅建筑的體量多在百萬平方米以上。PHC管樁在工廠流水化生產，產品質量穩定，可以滿足工地大批量供貨，機械化施工，工期短，文明環保。可以說，PHC管樁已成為住宅產業化的組成部分。

3.2 地質條件

上海位于長江三角洲入海口東南前緣，屬三角洲沖積平原，地質成因較為簡單。匯總大型居住社區基地各地塊的勘察成果，工程地質條件及土的物理力學性質基本相近，各土層的厚度和深度有一定的起伏和差異，PHC管樁可以與之相適應，樁徑和樁長的設計可靈活選擇。

3.3 PHC管樁樁基的設計與施工

3.3.1 工程概況

上海大型居住社區某基地(JGH)一期3個地塊(圖1～3)，建高層住宅(地下1層，地上14～27層)，基樁為PHC管樁，樁基安全等級設計為二級，400㎜厚鋼筋混凝土帶梁筏板基礎，鋼筋混凝土剪力墻結構(表1)。巖土勘察的地層特性見表2。

3.3.2 按照“規范”設計的基樁與施工

依據表2顯示的地層特性及相關土工試驗報告，按照上海市《地基基礎設計規范》(DGJ08-11-2010)設計出不同管徑和樁長的PHC管樁樁基，第⑦層粉砂土體為樁的持力層。表3列出了JGH-01、JGH-02地塊PHC-AB500(100)-x系列部分基樁的技術經濟指標。完成基樁施工后，按本文2.3章節的試樁方式進行了基樁承載力的檢測驗收。

表1 JGH基地概況表

表2 JGH基地地層特性表

表3中，6棟樓的層數、面積、樁長、樁數和單樁承載力都有所不同，而三項技術經濟指標(PHC管樁每米的平均承載力、建筑面積平均含樁量、建筑面積樁基的平均工程造價)的數據基本相近，體現出設計在技術和經濟上的合理性。

把兩個地塊基樁同為￠500㎜PHC管樁的13棟樓進行統計計算，￠500㎜PHC管樁設計的平均承載力為42.75kN/m，建筑面積的平均含樁量為0.421 m/m2，建筑面積樁基的平均工程造價為126.30元/m2。

(1)兩個地塊13棟樓共1 046根￠500mmPHC管樁，進行了21根樁的豎向承載力靜載試驗，檢測數量達到2%。檢測結果顯示：樁頂最大沉降量平均值15.53mm，變異系數0.184。

(2)兩個地塊￠500㎜PHC管樁施工，采用靜壓方式進行沉樁，在沉樁的過程中時有壓力表讀數超出設計極限承載力較多的狀況。

3.3.3 依據試樁成果設計的基樁與施工

分析和總結JGH-01 、JGH-02兩個地塊的試樁數據和壓機壓力表讀數，發現該基地土體的承載力有提升的空間，對JGH-03地塊PHC管樁基礎設計進行調整后，按本文2.1.1章節的試樁方式進行前期的試樁。

表4列出了JGH-03地塊依據試樁成果設計的PHC-AB500(100)-33基樁的技術經濟指標。完成基樁施工后，按本文2.2章節的試樁方式進行基樁承載力的檢查驗收。

對表4中7棟樓進行統計計算，￠500mmPHC管樁設計的平均承載力為56.47kN/m，建筑面積的平均含樁量為0.328 m/m2，建筑面積樁基的平均工程造價為98.40元/m2。

JGH-03地塊7棟樓基樁均為￠500mmPHC管樁，共871根樁，進行了13根樁的豎向承載力靜載試驗，檢驗數量達到1.50%。檢驗結果表明：樁頂最大沉降量平均值14.87mm，變異系數0.144。

(1) JGH-03地塊￠500mmPHC管樁設計的平均承載力為56.47kN/m，而JGH-01、JGH-02地塊￠500mmPHC管樁設計的平均承載力為42.75kN/m，相當于JGH-03地塊通過試樁設計比前兩個地塊的基樁承載力提高了32.09%；

(2) JGH-03地塊￠500mmPHC管樁的建筑面積平均含樁量為0.328m/m2比JGH-01、JGH-02地塊￠500mmPHC管樁的建筑面積平均含樁量0.421m/m2減少0.093 m/m2,相當于JGH-03地塊87 605m2高層住宅通過試樁設計比前兩個地塊的設計減少了8 147m￠500mmPHC管樁；

(3)JGH-03地塊￠500mmPHC管樁樁基建筑面積平均工程造價為98.40元/m2，比JGH-01、JGH-02地塊￠500mmPHC管樁樁基的建筑面積平均工程造價126.30元/m2減少了27.90元/m2，相當于JGH-03地塊的高層住宅通過試樁設計比前兩個地塊的樁基工程節省投資244.42萬元。

表3 PHC-AB500(100)-x系列部分基樁的技術經濟指標

表4 JGH-03地塊PHC-AB500(100)-33基樁的技術經濟指標

4 結語

到目前為止，在已建成的保障房項目中，PHC管樁的應用經濟實用，推進了住宅產業化的步伐，加快了工程建設。高層住宅采用地下室設計可有效防范PHC管樁樁基的安全風險。工程建設中，重視PHC管樁樁基前期的試樁研究，有利于科學提升PHC管樁的承載力，特別是在大型居住社區項目建設中顯的尤為必要，其規模效益十分可觀。