預應力管樁在濕陷性黃土場地應用實例

劉華明 史曉輝

(山西省第三地質工程勘察院，山西 晉中 030600)

0 引言

預應力混凝土管樁(以下簡稱“管樁”)作為工廠預制鋼筋混凝土構件，具有強度高、施工方便快捷、單樁承載力高等顯著特點，尤其在工業與民用建筑承臺樁基礎方面應用很廣泛。我省工程建設地方標準DBJ 04—273—2009預應力混凝土管樁建筑樁基技術規程自發布實施以來，目前省內已有管樁生產企業5家，全年各類型號的管樁產量近600萬m。由于管樁基礎比較適合我省六大盆地的一般場地的工程地質條件，且符合環保的要求，多年來已成為山西地區設計人員優選的建筑樁基類型。另一方面隨著政府部門對文明、環保施工的嚴格加強，可以預見，預應力混凝土管樁應用前景一定會十分廣闊。

1 概述

我省六大盆地內次生黃土分布較為廣泛，一般均具有濕陷性，非自重濕陷性類型比較典型。關于濕陷性黃土地區管樁基礎的設計原則，上述省標《管樁規程》有三個條款規定：1)管樁應穿透濕陷性黃土層，樁端持力層應支承在壓縮性較低的非濕陷性的巖土層中；2)濕陷性黃土地基中，設計等級為甲、乙級建筑樁基的單樁豎向承載力特征值，應通過單樁豎向靜載荷浸水試驗確定；3)自重濕陷性黃土地基中的單樁豎向承載力應根據具體情況分析計算樁側負摩阻力的影響。現行國標GB 50025—2018濕陷性黃土地區建筑標準及省標DBJ 04/T 312—2015濕陷性黃土場地勘察及地基處理技術規范對濕陷性黃土地區的樁基礎設計做了如下規定：在非自重濕陷性黃土場地，計算單樁豎向承載力時，濕陷性黃土層內的樁長部分可取飽和狀態下的樁側正摩阻力。在自重濕陷性黃土場地，除不計濕陷性黃土層的樁長按飽和狀態下的正側阻力外，還應扣除樁側的負摩阻力。總之，在濕陷性黃土場地進行管樁基礎的設計應根據建筑物重要性等級結合場地濕陷類型，因地制宜的采取不同的地基基礎設計方案，做到技術先進、經濟合理、確保質量、保護環境。

我們常見的一般黏性土、粉土、素填土、雜填土以及上述濕陷性黃土等地基，管樁都在適用范圍之內，但管樁缺點是不適用于穿透較厚密實砂土、碎石土等土層。相比較鉆孔灌注樁，其對地質條件適應性較差。

2 工程概況

榆次北方功能食品產業園位于山西省轉型綜改示范區晉中開發區大學城產業園內，建設場地南鄰鳴謙大街，北距G5京昆高速約300 m，交通便利。該項目是示范區晉中開發區2018年引進的一項大型產業轉型投資項目，當年9月開工建設。被列為晉中開發區標桿單位，也被列為2019年—2020年山西省省級重點工程項目，該產業園一期主要包括9座生產廠房，其中A區2號廠房為地面以上4層建筑物，高度為23.7 m，框架結構，原擬采用獨立基礎或條形基礎，基礎埋深1.5 m，基底壓力按160 kPa考慮。擬建廠房為丙類建筑，本工程建設場地屬于非自重濕陷性黃土場地，地基濕陷等級Ⅰ級。按照上述黃土規范、標準規定，地基處理厚度不應小于1 m，且下部未處理濕陷性黃土層的濕陷起始壓力值不宜小于100 kPa。

擬建場地原地勢較為平緩，地貌單元屬榆次北山山前沖洪積傾斜平原。根據巖土工程勘察報告，該場地自然地面下25 m深度內地基土的巖性主要為黃土狀粉土、粉砂、礫砂、粉土。大致可分為七層，分述如下：

在本場地勘察深度范圍內，未揭露穩定的地下水，可不考慮地下水對基礎材料的腐蝕作用。

3 地基基礎處理方案論證

綜合考慮場地工程地質條件、上部結構類型、荷載特征、施工技術條件與環境等因素，對幾種地基加固方案從經濟、技術以及工期方面上進行了分析和比較。

1)三七灰土換填墊層加固方案。

擬建廠房屬于多層丙類建筑，根據巖土工程勘察報告，該廠房天然地基不均勻，地基承載力偏低，不滿足基底壓力設計要求，另外場地為非自重濕陷性黃土場地，地基濕陷等級為Ⅰ級。按上述規范和標準有關規定要求，可采用三七灰土墊層處理地基，處理厚度按1.5 m考慮。該加固方案必須增加基坑支護，造價不低，約60萬元。但該方案與管樁比較，由于施工周期較長，最終沒有選用。

2)管樁基礎加固方案。

該廠房單柱荷載大且集中，對地基強度及變形有嚴格的控制要求，其絕對沉降和不均勻沉降均不應超出設計要求。考慮管樁樁身承載力高、抗彎性能好，成樁質量可靠，安全儲備高，適用于本場地的地質條件，再從文明施工，現場整潔，符合環保要求，施工速率快、周期短等方面考慮，最終選用管樁基礎方案。

但該方案施工費用較高，造價約87萬元。

4 管樁基礎方案

根據設計該廠房基礎形式為管樁+承臺基礎，成樁工藝選用靜壓法沉樁。該2號廠房±0.000的絕對高程為812.60 m。樁端持力層為第⑤層粉土，有效樁長10 m，樁徑500 mm。根據巖土工程勘察報告，有關管樁樁基參數見表1。

表1 靜壓管樁極限側阻力和極限端阻力標準值表

根據表1參數，單樁豎向承載力極限值理論計算值如下：

Quk=u∑qsikli+qpkAp=
0.5×3.14×(25×2.0+30×2.2+110×
3.3+65×2.5)+0.252×3.14×2 100=1 419 kN。

設計管樁總樁數388根，施工前應先試樁，要求單樁極限承載力應不小于1 400 kN。樁基設計等級為乙級。

5 管樁靜壓成樁施工工藝流程

施工放線→樁基吊裝配重→樁機就位→吊裝→壓樁→接樁(焊接)→壓樁(直至壓樁力達到設計要求并與設計有效樁長要求正負偏差不大時為止)→樁機就位開始第二根樁施工(直到全部施工完畢)。

6 工程檢測

6.1 檢測目的與任務

1)通過單樁豎向抗壓靜載試驗對設計圖紙確定的5根管樁進行承載力檢測，確定受檢樁單樁豎向抗壓承載力極限值是否大于1 400 kN。

2)通過低應變試驗對78根管樁進行隨機抽檢，確定受檢樁的樁身完整性。

6.2 檢測結果分析

1)試驗最終加荷值均為1 400 kN，特征點不明顯，在所加荷載范圍內沒有發生突然陡降情況；S—lgt曲線亦均無明顯向下彎曲，即該管樁在試驗荷載范圍內未達到破壞，綜合分析取最大試驗荷載值作為該管樁的極限承載力。所檢測的5組單樁豎向承載力極限值為1 400 kN。

2)此次檢測的78根樁，其中Ⅰ類樁74根，占檢測總數的94.9%，Ⅱ類樁4根，占檢測總數的5.1%，未發現Ⅲ類和Ⅳ類樁。

7 結語

1)管樁具有強度高，造價相對低廉，單樁承載力高，應用地質條件范圍廣的特點，在非自重濕陷性黃土場地，對于單柱荷載較大的工業廠房基礎選型上，應優先選擇管樁基礎。

2)在非自重濕陷性黃土場地，選用管樁基礎，管樁應穿透濕陷性黃土層，樁端應支承在非濕陷性的、壓縮性較低的巖土層中。

3)在非自重濕陷性黃土場地，計算管樁單樁豎向承載力時，濕陷性黃土層內的樁長部分可取樁周土在飽和狀態下的樁側正摩阻力。

4)管樁采用靜壓沉樁工藝具有低噪聲、無振動、污染小，施工方便且快速，可以24 h連續施工，縮短建設工期，創造時間效益，從而降低工程造價。

5)榆次北方功能食品產業園(一期)A區2號廠房采用管樁基礎方案比較成功，該產業園一期其他廠房和綜合樓基本采用了該方案，所有廠房主體目前均已竣工，產生了良好的經濟和社會效益。