預應力混凝土管狀增強體復合地基在工程中的應用

周粉霞 馬鑫

預應力混凝土管狀增強體復合地基在工程中的應用

周粉霞 馬鑫

預應力混凝土管狀增強體（簡稱PCT增強體，亦稱為PCT樁）是采用離心成型的先張法預應力混凝土管狀構件，PCT樁復合地基是由剛度較大的管樁經(jīng)過填芯微膨脹混凝土處理和樁間土共同作用的復合地基，適用于非抗震和抗震設防烈度6度、7度、8度地區(qū)的工業(yè)與民用建筑的剛性樁復合地基，采用靜壓法施工。適用于處理黏性土、粉土、砂土、素填土和黃土等，具有承載力高、沉降小、調整幅度大等特點。在上部荷載作用初期，大部分荷載由PCT樁承擔，PCT樁樁周摩阻力比管樁更能得到充分發(fā)揮，端阻力隨著荷載作用時間及樁側阻力發(fā)揮的程度而逐漸增高。同時樁頂墊層發(fā)揮調節(jié)作用，使樁間土和樁身進入共同的工作狀態(tài)，逐漸形成復合地基。

一、工程概況

某住宅樓地上26層，地下兩層，主體結構為剪力墻結構，建筑主體高度76.0米，抗震設防烈度為7度，抗震等級為三級。主要土層的分布情況如下：

第③層粉土：中密，稍濕-很濕，該層分布比較穩(wěn)定；土層平均厚度5.5米，地基土承載力特征值140KPa。

第④層粉質黏土：可塑,該層分布比較穩(wěn)定；土層平均厚度2.24米，地基土承載力特征值135KPa。

第④-1層粉土：中密-密實，很濕，有砂感，該層僅局部存在；土層平均厚度2.5米，地基土承載力特征值150KPa。

第⑤層細砂：中密-密實，飽和，級配較好，分選性較好；局部夾有粉砂、中砂；該層分布比較穩(wěn)定；土層平均厚度9.43米，地基土承載力特征值240KPa。

基礎持力層位于第③粉土層，天然地基承載力不能滿足上部荷載的要求，故采用地基處理的方案。通常采用CFG樁復合地基方案，CFG樁施工速度快，比較經(jīng)濟，但在該工程中打試樁時，CFG樁在成樁過程中樁身質量難易控制，出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，試樁的檢測結果滿足不了設計要求。結合出具的本場地勘察報告判別基底下第③、④-1粉土層為可液化土層，根據(jù)場地地層結構并結合擬建建筑物基礎埋深、周圍的環(huán)境等情況，經(jīng)與地勘部門溝通后，確定對該樓地基處理擬采用PCT樁復合地基，現(xiàn)對該復合地基方案進行評價。

二、PCT樁復合地基承載力初步的計算

1.PCT樁復合地基處理深度

根據(jù)本場地工程地質條件，基底下③、④-1層為可液化粉土層，第⑤層細砂承載力高、分布穩(wěn)定、地層層厚大、壓縮性低，是良好的樁端持力層，且樁端下無軟弱下臥層。結合上部荷載條件，樁要穿過第③、④-1層，以第⑤層細砂作為復合地基樁端持力層。

2.PCT樁復合地基設計參數(shù)

根據(jù)地勘提供的巖土性質和原位測試成果，PCT樁復合地基參數(shù)：樁側阻力qsik和樁端端阻力特征值qpk，如表1所示，最終復合地基設計參數(shù)要以載荷試驗為準。

表1 PCT樁復合地基參數(shù)一覽表

注:基礎底面下可液化土層為③、④-1粉土層，液化土層側摩阻力已經(jīng)過液化折減，折減系數(shù)取2/3。

樁型采用PCT400-95-10.5a，設計有效樁長為15.0m。樁頂和筏板墊層底之間應鋪設200mm厚3∶7級配砂石褥墊層，最大粒徑不宜大于30mm，每邊寬出基礎250mm，褥墊層鋪設宜采用靜力壓實法，當基礎底面下樁間土的含水量較小時，也可采用動力夯實法，夯填度（夯實后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值）不應大于0.9。在從樁頂以下1.5米采用C30微膨脹混凝土填芯。

3.PCT樁復合地基承載力計算

PCT樁復合地基初步設計時，由樁周土和樁端土的抗力可能提供的單樁豎向抗壓承載力特征值應按《建筑地基處理技術規(guī)范》公式（7．1．5-3）計算：

qsi——樁周第i層土的側阻力特征值（kPa），按表1 ；

lpi——樁長范圍內第i層土的厚度（m）；

ap——樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，取1.0；

qp——樁端端阻力特征值（kPa），按表1；

復合地基應按《建筑地基處理技術規(guī)范》公式（7.1.5-2）計算：

式中：λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.85；Ra——單樁豎向承載力特征值（kN）；

Ap——樁的截面積（m2）； β——樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.9。

按照《建筑地基處理技術規(guī)范》的公式（7．1．5-3），公式（7.1.5-2）采用正方形布樁形式，樁徑為400 mm，依據(jù)表2所列復合地基設計參數(shù)，進行驗算，結果見表2。

表2 復合地基承載力驗算結果表

經(jīng)計算單樁豎向抗壓承載力特征值為850kN，單樁豎向抗壓極限承載力為1700kN，復合地基承載力特征值為400kPa。

三、PCT樁復合地基施工要求及應注意的問題

施工工程樁前，必須先打試樁，PCT樁復合地基承載力特征值應通過現(xiàn)場靜載荷試驗確定，以獲得可靠的樁基設計參數(shù)和施工工藝，同時確定樁端是否可以達到持力層設計標高，并且滿足上部荷載的要求。試樁檢測合格后方可施工工程樁。施工中如遇異常情況，須通知設計人員商定解決。

施工過程中應首先滿足最大壓樁力、進入持力層深度、樁頂標高的要求，樁長可根據(jù)現(xiàn)場施工情況調整。壓樁在最大壓樁力下復壓3次。

沉樁結束后基坑開挖時，實際樁頂以上至少300mm厚的土應采用人工開挖，嚴禁超挖及挖土機械擠、碰樁身。

澆灌填芯混凝土前，應先將管樁內壁浮漿清理干凈，宜采用內壁涂刷水泥凈漿、混凝土界面劑或采用微膨脹混凝土等措施，以提高填芯混凝土與管樁樁身混凝土的整體性。

PCT樁施工采用靜壓方式， 應按國家現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程及圖集《預應力混凝土管狀增強體復合地基》（14YTG102）和《預應力混凝土管樁》（10G409）要求施工，確保質量。

對于PCT樁，根據(jù)場地土質情況，第⑤層細砂為密實狀態(tài)，根據(jù)計算，主樓PCT樁需進入該層土1.90～2.58m，進入砂層沉樁會比較困難，樁基施工前應進行試樁，以確定樁能否達到持力層，并且施工時必須采取有效的措施，以確保樁端到設計標高，壓樁時建議采用800噸靜壓樁機，總配重不小于450噸，采用16點抱樁器。施工中往往樁周土體影響較大，特別是當樁較密時會引起周圍地面隆起，因此施工時應合理安排施工時間，控制好管樁的擠土效應。采取相應措施減少施工對周圍道路和現(xiàn)有建筑物的影響，發(fā)現(xiàn)問題應及時處理。

在施工前應做試樁試驗，對于靜壓PCT樁基礎施工，場地土承載力必須滿足壓樁機的機底壓力，以防樁機施工過程中發(fā)生陷機，否則地基應進行處理或加大壓樁機底面積以減少機底壓力。

四、PCT樁復合地基的試樁結果

對該主樓采用的PCT樁復合地基進行了靜載荷試驗。試驗標高為83.67m，樁型為PCT400-95-10.5a，設計有效樁長為15.0m，單樁豎向抗壓承載力特征值為850kN，單樁豎向抗壓極限承載力為1700kN，復合地基承載力特征值為400kPa。本次試樁試驗不做破壞性試驗，停止加載條件為單樁載荷達到極限值且復合地基承載力滿足設計要求。

試樁檢測結果報告如下：

1.單樁豎向抗壓承載力（單樁豎向抗壓靜載試驗）

根據(jù)3根單樁豎向抗壓靜載試驗結果，單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計值為1700kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為850kN，滿足設計要求。

2.復合地基承載力（復合地基載荷試驗）

根據(jù)測試點復合地基載荷試驗結果，復合地基承載力特征值為400kPa，滿足設計要求。

3.樁身完整性檢測（低應變法）。

4.4根試樁樁長均約為11.0m，約2m接頭均明顯。

五、結論

采用PCT樁復合地基設計，彌補了傳統(tǒng)CFG樁復合地基容易縮頸的不足，且在提高承載力方面更優(yōu)越于管樁復合地基，通過采用在PCT樁內填芯混凝土，有試驗結果可以證明，更大大提高了PCT樁樁周摩阻力，從而提高復合地基的承載力。所以，在同等樁長、樁徑和同等地質條件下，PCT樁復合地基承載力提的更高，更能達到節(jié)約成本的效果，PCT樁復合地基在未來會有更大的市場。

（作者單位：核工業(yè)第五研究設計院第一設計所）