大直徑PHC管樁在軟土地基工程中的應用

吳鴻志

(嘉博(福建)聯合設計有限公司 福建福州 350001)

引 言

預應力混凝土管樁是目前應用最廣泛、也相對比較成熟的樁型，與其它樁型比較具備了以下幾個優點:①樁體強度高，單樁承載力高，設計范圍廣;②單樁可任意接長，施工條件限制小;③工廠預制，質量有保證;④施工簡便，成樁可靠，工期短;⑤環境污染相對小;⑥造價低廉，經濟性能好。

1 小直徑混凝土管樁的局限性

目前民用建筑中應用比較多的是PHC 400 PHC500 PHC600這三種直徑相對小的樁型。小直徑的樁本身相對來說具有一定的局限性:①樁體小，有效摩擦力小，自重輕;②樁身抗彎剛度小;③樁身受彎、受剪承載力低;④樁長細比大;⑤承載力相對較低，布樁數量多等。

2 軟土場地特點

福建沿海城市，大部分建筑場地地表都覆蓋著比較厚的淤泥或淤泥質土，其主要特點是:①軟土覆蓋層厚且埋深淺;②樁端持力層深，樁長較長;③飽和土，含水率高，呈流塑或半流塑狀態等。

3 小直徑混凝土管樁在軟土地基中使用的局限性

(1)淤泥或淤泥質土覆蓋層厚，樁端持力層深，樁長比較長，小直徑管樁長細比相對大，樁身垂直度控制難，打樁過程容易出現樁身傾斜、斷樁、爆樁的情況。

(2)淤泥或淤泥質土多為飽和土，含水率高，管樁本身又是擠土樁，如果沒有有效的措施及合理的施工方案，樁基礎施工過程，隨著沉樁數量不斷增加，擠土效應明顯并產生超孔隙水壓力，帶動樁間土及樁體往上位移，從而使樁端與持力層產生了較大的孔隙，也就是浮樁，浮樁量大了對樁的承載力特別是端承為主的樁影響較大。

(3)由于軟土層埋深淺，基坑開挖深度及承臺埋深大部分都位于淤泥或淤泥質土層，對于這種流塑或半流塑狀態的土層，土方開挖過程容易引起土體滑坡，從而影響到工程樁，出現樁身傾斜、偏位甚至斷裂的情況。

4 大小直徑混凝土管樁力學性能對比

小直徑管樁有效摩擦力小自重輕，樁基施工過程更容易浮樁;另一方面，小直徑管樁長細比大、側向剛度小、樁身抗彎承載力和受剪承載力低，打樁及土方開挖過程容易出現偏位、傾斜及爆樁、斷樁情況。而大直徑管樁相對于小直徑管樁卻具有一定的優勢，從表1可以看出PHC 800 AB 130型較PHC 500 AB 125(PHC 600 AB 130)管樁樁身承載力具有較大優勢，特別是水平承載力及抗彎剛度。

5 工程實例

位于福建沿海某城市的兩相鄰A、B地塊，設防烈度、基本風壓均相同，場地地質條件也相近，如下(圖1)，淤泥埋深不到1m，含水率約75%。其中 A地塊10#樓為33層百米高層住宅，建筑長寬分別為49.6m和16.4m，采用剪力墻結構;B地塊6#樓為39層120m超高層住宅，建筑長寬分別為50.6m和19.7m，也是采用剪力墻結構;兩棟樓的設計條件及建筑體型都非常類似。

A地塊10#樓選用PHC 500 AB 125樁，持層為⑨卵石層，單樁承載力特征值2400kN，樁間距3.5d，總樁數為237根，樁總抗力與上部荷載比值約為1.2;采用錘擊工藝，錘重6.2T，沖程2.0m，最后三陣貫入度控制50mm，有效樁長約40m，樁端進入持力層約1.0m，樁基布置如(圖2)。

圖1 工程地質剖面

圖2 A地塊10#樓PHC500樁布置圖

B地塊6#樓選用PHC 800 AB 130樁，持層為⑨卵石層，單樁承載力特征值4500kN，樁間距3.5d，總樁數為147根，樁總抗力與上部荷載比值約為1.2;采用錘擊工藝，錘重10.2T，沖程2.0m，最后三陣貫入度控制30mm，有效樁長約40m，樁端進入持力層約2.0m，樁基布置如(圖3)。

圖3 B地塊6#樓PHC800樁布置圖

其中A地塊樁基礎于2012年施工完畢，B地塊樁基礎于2014年施工完畢，經監測對比:A地塊10#樓，日最大上浮量50mm，最大總上浮量150mm，靜載不滿足要求;施工過程斷樁、爆樁率相對高，約1.5～2%;土方開挖過程，出現較多樁偏位、樁身傾斜、斷裂。B地塊6#樓:最大總上浮量40mm，靜載滿足設計要求;施工過程斷樁、爆樁率相對低，約0.5～1.0%;土方開挖過程，僅個別樁出現少量偏位。

圖4 B地塊6#樓Φ800沖(鉆)孔灌注樁布置圖

從以上兩個工程實例可以看出，大直徑管樁在軟土地基中使用，其可靠性及穩定性較好，充分發揮了自身力學性能的優勢。

表1 PHC樁樁身承載力指標

表2 PHC 800 AB 130型管樁與Φ800沖(鉆)孔灌注樁經濟指標對比

6 大直徑混凝土管樁與灌注樁的經濟性比較

大直徑管樁除了在安全性、可靠性方面具備優勢外，與其它類型的灌注樁對比，其經濟性也相當明顯。B地塊6#樓改用Φ800沖(鉆)孔灌注樁布置，如圖 4，樁身混凝土為水下C40，樁端持力層選⑩中風化凝灰巖層，進入持力層深度不小于500mm，單樁承載力特征值由樁身混凝土控制取5000kN，沖(鉆)孔樁單價按每立方混凝土成樁費用1500元計，不含樁端或樁側注漿費用;PHC 800 AB 130樁每米費用約為480元(其中打樁費按30～40元計)。具體對比詳表二，采用 PHC 800 AB 130樁大約可以節省40%造價，而且管樁施工工期短，環境污染相對小，整體經濟效益更為明顯。

7 大直徑樁設計及施工注意事項

對于在軟土地基中使用的大直徑管樁，在設計與施工過程也需要采取合理的方案及措施，避免出現浮樁或斜樁的現象。具體如下:

(1)設計樁間距適當加大，按3.5～4.0d，地質條件允許的場地不采用樁尖或采用開口樁尖，以減少擠土效應;

(2)嚴格控制最后三陣貫入度，保證樁端多進入堅硬土層的深度，提高樁體有效摩擦力;

(3)根據場地情況設置一定的消擠孔、排水井或塑料排水板，降低孔隙水壓力;

(4)采用“重錘低打”降低錘擊應力，一般采用不小于10.2T的錘，并控制每天每棟樓每臺機子的成樁數量;

(5)選擇合理的打樁施工順序，先里后外，先密后疏，先中間后兩邊;

(6)樁基全面施工前應將現有施工場地壓實、整平，局部松軟的場地、舊建筑物基礎及混凝土地面、較大的塊石等應清除;

(7)選取一定數量樁，每天測量樁頂標高;

(8)土方開挖深度較大的可以采用攪拌樁對表層軟土進行固化處理，并采用分層開挖，分段砍樁。

8 結語

大直徑管樁憑借其自身良好的力學性能，較好地克服了小直徑管樁在軟土地基中使用的局限性，具有比較明顯的經濟效益和時間效益。近年來高層與小超高層的建筑越來越多，大直徑管樁在民用建筑的應用也將會越來越廣泛。

[1]GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[2]JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范[S].

[3]10G409，預應力混管樁設計圖集[S].