PHC管樁在復雜地基條件下的設計與施工應用

楊 睿

（太原市建筑設計研究院，山西 太原 030002）

PHC 管樁廣泛應用于高層建筑地基，具有單樁豎向承載力高、抗彎性能好、抗裂抗沖擊、穿透力強、施工方便快捷、樁身質量穩定可靠等優點。在對太原市某地區PHC 管樁施工進行比較的基礎上，結合試驗樁的結果和經濟性，探討了在復雜地基條件下高層建筑中PHC 管樁的合理使用（8 度濕陷性黃土地區）以及施工過程中的可行性和注意事項。

1 工程概況

太原火車南站附近某項目，建設場地設在太原市小店區。為高層住宅小區，主要由地上18 層、20 層等共26 棟高層建筑組成，地下均為二層，結構形式為剪力墻結構。抗震設防烈度：8 度，設計基本地震加速度值：0.2g；設計地震分組為第二組。場地地貌單元為汾河東岸二級階地與東山山前傾斜平原的結合帶。

地質條件復雜，本場地為非自重濕陷性場地(濕陷等級Ⅰ級)；濕陷土層分布在第二層濕陷性粉土中，自然地基承載力為120KPa，考慮到深度修正后仍不能滿足設計承載力要求，且地基土存在濕陷性，應對地基進行處理。

2 地基處理方案的確定

2.1 灰土擠密樁+CFG 樁

按照場地情形和濕陷性場地處理實踐經驗，本工程采用多元復合地基處理設計方案，即先用灰土擠密樁處理，消除濕陷的同時提高承載力，然后插打CFG 剛性樁。

復合地基工程造價低，現場按照此方案進行試樁，先施工灰土擠密樁處理濕陷，但在采用柴油錘成孔過程中發現塌孔現象，

對地基土“加濕”后，效果不好，無法解決塌孔問題。根據地勘報告及現場土層情況來看，本場地第2 層濕陷性粉土層中混夾粉砂、細砂薄層，呈稍密狀態，具中等壓縮性。采用機械洛陽鏟成孔，雖然能避免出現塌孔，但由于土質較硬，成孔非常困難，導致整體工程進度推遲。

2.2 高層剪力墻住宅樓樁基礎（高強預應力管樁）

根據承載力和濕陷處理要求，高層住宅采用樁基礎(PHC 管樁+承臺梁基礎+防水板)；根據8 度區規范使用要求，管樁采用PHC-AB500(125)。有效單樁豎向抗壓承載力特征值為1800～1900kN，試樁選用靜壓法沉樁工藝技術，以控制樁長為主，控制終止壓力為輔。接樁采用焊接，樁頭錨入承臺內50mm，在樁頭內插入鋼筋，并澆筑C35 微膨脹混凝土封堵。PHC 管樁質量穩定，性能可靠；施工速度快，工效高，工期短。一般能縮短工期1～2月。

2.3 也可采用鋼筋混凝土灌注樁+承臺梁基礎+防水板的基礎形式，但施工進度慢工程造價相對較高。

綜上所述，依據地質情況、經濟成本、施工工期和可行性，經專家論證后本工程采用PHC 管樁。

3 通過場外試驗確定單樁豎向抗壓承載力

在8 度區管樁釆用PHC-AB500(125)管樁，根據圖集中得知其樁身允許豎向極限承載力為5482kN。有效樁長預估24m，樁端以第14 層粉質黏土作為持力層，根據地勘報告提供參數，經計算單樁極限承載力2486kN,單樁豎向承載力特征值RA=1243kN。

在正式工程樁施工前，樁基施工方對樁長進行了優化處理，在場外做了三組試樁，有效樁長為22m，對其進行了單樁豎向靜載荷試驗，確定了單樁豎向極限承載力，并對樁身的完整性進行了測試。試驗是用液壓千斤頂進行的。荷載用并聯于千斤頂MPM420-2 可程控壓力變送器直接測定油壓；采用BWS3CA-50mm 位移傳感器測量試驗樁的沉降量。試驗采用慢速維持荷載法，即逐級加載，每級按360 kN 加載，第一級加載720 kN，每級加載施加后按第間隔固定時間讀取樁頂沉降量。在荷載相對穩定后，增加荷載，直到荷載條件終止時達到最大荷載3600kN，樁頂沉降達到相對穩定的標準。

經試驗測得單樁豎向極限承載力值分別為 4000kN,3600kN,3600kN,對應的累積沉降為 10.15mm,10.64mm,9.89mm,Q-s 曲線未出現陡降型，取平均單樁豎向抗壓承載力特征值為1866kN。樁身完整性檢測均為一類樁。根據上述試樁結果，結合類似局部地質條件的承載力值，最終確定單樁承載力的特征值為1800kN。工程樁按22m 有效樁長設計，后續工程樁檢測仍滿足設計要求。

依據地質報告參數推算的單樁豎向承載力特征值為1243kN,試樁所得的單樁承載力特征值l8OOkN,計算和實際情況還是有一定差距。因此，根據規范要求，工程樁施工前必須進行試樁，試樁結果為設計提供依據。現階段的樁基設計過程中，建設方往往為了施工進度，節約成本，按照設計單位提供的樁長及單樁承載力直接開展樁基施工，等工程樁施工完后再隨機挑選工程樁進行單樁靜荷載試驗。這個過程往往會承擔相應風險，倘若檢測結果符合設計要求，則順利驗收通過，否則工程樁已施工完畢，承載力不夠對本工程地基處理造成極大困難，對于設計方來說可能需要重新去設計，修改基礎形式，對于施工方則會面臨機械無法進場、補樁困難等。對于建設方來說是得不償失。

通過大量試樁檢測經驗，可知大多數樁的實際承載力大于計算值，當地基土不均勻、現場地質情況與勘察報告不符的情況下，不進行試樁而是直接進行工程樁施工將給工程造成較大的困難且引發不必要的浪費。例如本場地26 號樓根據地勘報告推算采用29m 長的管樁，單樁承載力極限標準值約為3700kN,采用靜壓工藝，實際施工中有一個單元范圍內每根樁都壓至5000kN 而未達到預定深度(有效樁長只有26m)，而此時已接近預制樁的樁身強度，如果按設計樁長要求施工，則可能會出現爆樁，經討論分析，此部分土層中有粉細砂夾層，很難穿透，后續施工中每根樁都進行了截樁，通過靜載荷試驗在本單元范圍內增加三根樁(未達設計標高的工程樁)進行檢測，均滿足設計要求。如果施工前進行試樁，工程樁有效樁長則會至少減少3m，避免了不必要的浪費。

由此可見，樁基礎設計過程中，根據規范要求在本場地進行試樁是非常必要的，試樁為本工程單樁承載力設計提供依據，使得設計方案更加合理，經濟。

4 樁基檢測注意的問題

靜壓法施工時每根樁的承載力可通過壓力表中的壓樁力反應出來。在某種程度上變相為單樁承載力檢測提供依據，但也有特殊情況。在高度敏的土地上施工PHC 管樁時，經常會發生單樁達到設計標高，但壓力表中壓樁力未達到設計承載力的情況且相差很多；例如本場地20-24 號樓，在壓樁過程中發現，中間土質較軟，當樁長達到設計標高時，壓力表中數據只有單樁承載力的2/3，經過長時間放置以后(超過管樁達到設計齡期)，對PHC 樁進行檢測，承載力滿足設計要求。經研究發現在高敏感土中進行PHC 管樁靜壓施工時，管樁周圍的土受到外力的因素，土中孔隙水壓力增大，管樁周圍的土被隆起，土體發生剪切破壞，降低了土的側阻力。此時，樁在外力作用下很容易下沉，也就說明了壓力表中的壓樁力為什么減小。從靜壓樁施工過程中來看，其阻力主要是樁端阻力，雖然是摩擦型樁，但側摩阻力較小。靜壓樁施工后，放置一段時間，土體孔隙水壓力慢慢消散，之后重新固結，抗剪強度逐步恢復。PHC 管樁達到設計齡期25 天或者更長時間后，承載力逐步恢復到極限承載力。因此，樁的承載力測試應在樁施工完成后25 天或者更長時間進行。

5 結束語

從PHC 管樁的設計與施工中可以總結出，PHC 管樁具有單樁承載力高，質量可靠、施工工期短，節約成本，環保等優越性。因此，在地質條件復雜的情況下，應先進行樁基試驗(試樁)，才能確定最合理、最經濟的地基處理方案。