復(fù)雜地質(zhì)條件下預(yù)制管樁的創(chuàng)新應(yīng)用

陳勛新

（福建省建筑輕紡設(shè)計院有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

工程建設(shè)中應(yīng)用最廣泛的樁型主要有2 類：預(yù)制管樁（＜600徑的管樁應(yīng)用更廣）和沖（鉆）孔灌注樁。預(yù)制管樁適用于一般性地質(zhì)情況，具有成本低和工期短的優(yōu)勢；而灌注樁幾乎適用所有的地質(zhì)條件，其適用性最強，但成本高、工期長。

目前市面上最常見的500 徑預(yù)制高強混凝土管樁（PHC500-C80）承載力可達(dá)4400～5000kN，其常規(guī)持力層：全風(fēng)化以上；超高強度混凝土管樁（UHC500-C105）其承載力可達(dá)5500～7200kN，其常規(guī)持力層：強風(fēng)化以上。而灌注樁若要實現(xiàn)上述承載力，不僅持力層要更深，樁徑也要大得多。

預(yù)制管樁在福建、廣東等持力層埋藏較深的沿海地區(qū)應(yīng)用較為廣泛，省錢省工期[1]。但預(yù)制管樁水平承載力低，其廣泛應(yīng)用受到較特殊或較復(fù)雜的地質(zhì)條件限制：當(dāng)?shù)刭|(zhì)表層為類淤泥的軟弱土?xí)r，小直徑樁的適用性受限。常需表層地基加固處理的配套措施或直接加大樁徑，導(dǎo)致工期和成本優(yōu)勢大幅削弱；不利沉樁的特殊地質(zhì)：大量孤石導(dǎo)致沉樁困難；較深厚的中粗砂或碎卵礫石夾層阻擋沉樁。探明孤石或引孔沉樁均會增加造價和工期。

因此，對于預(yù)制管樁如何在復(fù)雜地質(zhì)條件下進行有效應(yīng)用需進一步探討和摸索。本文以福建省某些工程實例為依據(jù)，重點分析大直徑管樁、超高強預(yù)應(yīng)力管樁、新工法植樁的適用條件、成本比較，并在案例3 中，重點介紹和推薦新工法植樁，其經(jīng)濟成本和工期介于預(yù)制管樁和灌注樁之間。

1 PHC大直徑預(yù)應(yīng)力管樁

場地位于連江縣，其土層地質(zhì)剖面圖如圖1 所示。由圖1 可知，場地淤泥深厚，持力層埋藏很深，持力層選用第7 層砂土狀強風(fēng)化花崗巖層，本工程采用大直徑 PHC800（130）-AB，有效樁長約69m，單樁承載力特征值3800kN，與800 徑鉆孔灌注樁方案對比見表1。

圖1 連江縣某工程地質(zhì)剖面

從表1 可知，采用PHC800 管樁方案，節(jié)約造價約30%，而且大幅度節(jié)約工期。且該工程800徑灌注樁承載力特征值尚無法達(dá)到3800kN，實際成本差異更超上述粗估。

表1 PHC800管樁與800徑鉆孔灌注樁對比

一般情況下，預(yù)制管樁用較小的成本可實現(xiàn)更高的承載力，其成本和工期均大幅優(yōu)于灌注樁。

2 UHC超高強預(yù)應(yīng)力管樁

場地位于福清市，土層概況如圖2 所示。該地質(zhì)第1 層為福建典型地質(zhì)——“鐵板砂”，即面層覆蓋較厚且標(biāo)貫較高的密實砂層，普通C80 預(yù)應(yīng)力管樁穿透較難；采用UHC500(125)-C105-AB 超高強管樁后，順利沉樁，同時到達(dá)基巖后承載力特征值達(dá)3500kN，充分發(fā)揮樁身強度高的優(yōu)勢[2]。

圖2 福清市某工程地質(zhì)剖面

結(jié)論：UHC 超高強預(yù)應(yīng)力管樁樁身混凝土強度等級為C105～C125，相比普通C80 預(yù)應(yīng)力管樁優(yōu)勢在于：（1）特別適合對樁身強度要求高的樁基工程，軸心受壓承載力較C80 預(yù)應(yīng)力管樁得到大幅提升，提升幅度高達(dá)26%～44%，而成本僅提升10%～15%，在以豎向承載力主控的工程項目中，具備極高的經(jīng)濟性；（2）由于樁身強度更高，對硬質(zhì)夾層的穿透性，UHC 樁比普通C80預(yù)應(yīng)力樁更強。這部分解決了密實砂層、較高卵礫含量的夾層沉樁問題；（3）樁身耐打性能更強，爛樁爆樁率更低[3]。

3 新工法植樁

新工法植樁幾乎適用各種地質(zhì)，它綜合了攪拌樁、灌注樁的成孔和預(yù)制管樁高承載力和樁身強度高的優(yōu)點，很好地解決了預(yù)制空心管樁水平承載力差、硬質(zhì)土層沉樁難的痛點。同時，它的單樁（無論是豎向還是水平）承載力比預(yù)制管樁更高，持力層的要求又低于灌注樁，可大幅節(jié)約樁長，使其建造成本大幅低于灌注樁。總之，新工法植樁的總成本和總工期均界于預(yù)制管樁和灌注樁之間。

新工法植樁與灌注樁、靜壓或錘擊工法管樁工藝對比見表2，植樁成孔工法見表3。

表2 新工法植樁與灌注樁、管樁工藝對比

表3 新工法植樁成孔方法

3.1 取土植樁工法

案例場地位于廈門市沿海地帶，土層概況如圖3所示，場地孤石異常發(fā)育，孔內(nèi)孤石平均遇見率達(dá)45%，為最大程度避開孤石的影響，從樁基施工難度、工期、承載力條件、造價等綜合考慮，甲方組織該項目召開地基基礎(chǔ)選型（勘察階段）專家咨詢會，根據(jù)勘察成果綜合進行地質(zhì)分析，結(jié)合專家咨詢意見，該項目采用取土植樁工法[4]。

圖3 取土植樁工法地質(zhì)剖面

該工程原方案采用樁徑d=1200mm的灌注樁，樁端持力層為中～微風(fēng)化花崗巖層，平均樁長約45m。經(jīng)優(yōu)化孤石分布區(qū)域，采用旋挖植樁工法，旋挖直徑為700mm，孔進入砂土狀強風(fēng)化3m，填入C25 細(xì)石混凝土，灌注長度為有效樁長2/3，植入PHC600 管樁，采用錘擊成樁。平均有效樁長約33m。旋挖+管樁與灌注樁對比見表4。

取土植樁設(shè)計要點：（1）挖孔直徑比樁身大200～300mm，孔的直徑比樁身大可矯正鉆孔不垂直導(dǎo)致管樁無法垂直問題，孔徑具體取值可根據(jù)垂直度控制大小調(diào)整，長樁需要增大預(yù)留量；（2）填充材料可選用水泥砂漿、細(xì)石混凝土及其它材料，填充高度為樁長的2/3以上；細(xì)石混凝土適用各種土層，承載力恢復(fù)快；水泥砂漿適用于松散、空隙大、滲透性強的地層；純水泥漿適用于地層簡單、滲透性不強的地層；膨脹土、黏土適用于松散、滲透系數(shù)大的地層。

植樁法極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值及極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值可取灌注樁和預(yù)制管樁的側(cè)摩阻力中間值，一般取灌注樁摩擦力的1.3～1.5倍。

3.2 非取土植樁工法

案例場地位于廈門某臨近地鐵線旁，根據(jù)相關(guān)部門要求，不得采用有擠土效應(yīng)的樁，考慮到此地質(zhì)比較適合采用攪拌植樁，經(jīng)過與業(yè)主單位多次溝通，最后同意采用攪拌植樁工法進行試樁。非取土植樁工法地質(zhì)剖面如圖4所示。

圖4 非取土植樁工法地質(zhì)剖面

試樁時，采用大扭矩水泥攪拌鉆機，要求攪拌樁入土深度29m，進入砂礫狀強風(fēng)化花崗巖層9m，管樁采用PHC500-125-AB，復(fù)合樁承載力特征值不小于2400kN。水泥攪拌樁直徑800mm,水泥攪拌樁采用P·O42.5 級普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比18%～20%，水泥漿液的水灰比為0.5～0.65。

植入PHC 樁后，采用錘擊式成樁，機械選用60#型號柴油錘，沖程及收錘標(biāo)準(zhǔn)：沖程采用2.5m；最后一陣（10擊）貫入度均不大于30mm。

非取土植樁（水泥土+管樁）設(shè)計要點如下：

（1）水泥土樁（攪拌樁、高壓旋噴樁等軟性樁）樁身直徑比管樁大200以上。

（2）水泥土做法按《勁性復(fù)合樁技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 327-2014 及《水泥土復(fù)合管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 330-2014規(guī)定執(zhí)行。

（3）施工設(shè)備軟土地區(qū)用攪拌樁機和高壓旋噴樁機，嵌巖地區(qū)用潛孔錘旋噴樁機。

根據(jù)多個項目工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)，復(fù)核樁身承載力約為芯樁的1.05～1.2 倍。采用靜壓時的壓樁力可取單樁承載力特征值的15～1.8倍。

4 結(jié)束語

樁基礎(chǔ)工程若以經(jīng)濟性和工期為主控目標(biāo)，預(yù)制管樁為首選；若以復(fù)雜地質(zhì)的適用性為主控目標(biāo)，灌注樁的地質(zhì)適用性最強，但一般情況下成本和工期最劣。植樁工法綜合了灌注樁的成孔優(yōu)勢，使其對復(fù)雜地質(zhì)適用性較預(yù)制管樁大幅拓寬，而其成本和工期又大幅優(yōu)于灌注樁。隨著植樁工法在工程實踐中的進一步推廣，定會成為最主流的深基礎(chǔ)方案。