植根樁樁身承載力和樁基承載力驗算及檢測分析

鄒潔文

廣東省地質局第一地質大隊 廣東 珠海 519000

巖土工程與樁基礎工程實際應用中由于灌注樁施工周期長、檢測周期長、質量控制難、造價費用高等因素，使得成本控制與管理、進度控制與管理、質量控制與管理難度增加，所以在此對植根樁在巖土和樁基礎中的施工工藝、樁身承載力和樁基承載力驗算及檢測分析方面進行了詳細的對比分析。對比結果表明，有效的把植根樁施工技術運用在了巖土工程和樁基礎工程上，從施工工期進度、成本造價費用、施工質量控制來考慮，整體工程應用植根樁施工周期更快、成本更低、質量更好。因此，植根樁施工比灌注樁有明顯優勢。分析結果對巖土工程及樁基礎工程中植根樁的應用提供了一定的理論依據，從本人的巖土工程生涯實例與實踐出發，以下對植根樁在巖土工程中的樁身承載力和樁基承載力驗算及檢測的簡單論證和敘述。

1 巖土工程實例概況

珠海得爾塔光電智能制造產業園項目樁基礎擬建場地位于珠海市斗門區富山工業園產城四路和融合東路交匯處西北側，產城四路與七星大道交匯處西南側。場地地貌為濱海灘涂地貌，場地原為農田或魚塘，前期經人工填土平整而成，地形總體較平坦、開闊。根據原為濱海灘涂地貌、農田、近山體，結合勘察報告顯示109綜合樓1、110綜合樓2所在場地存在大量的0.5～9m厚孤石。普通管樁施工（不引孔）根本無法穿透場內孤石，無法在質量控制上滿足質量管理要求；且工期要求非常緊急，所以引孔灌注樁在進度控制上也必然無法滿足進度管理的要求。植根樁工藝的實施施工有效的解決了本項目施工周期減小，質量控制，成本控制的疑難問題，經過核算如采用引孔灌注樁會導致施工周期延長3倍，質量檢測周期也隨抽芯數量為總樁數1%的增加而增加，施工成本增加0.8倍，從時間合理角度、經濟合理角度出發，本巖土工程的109綜合樓1、110綜合樓2采用了植根樁施工是正確的應用。其同時實現了進度目標、成本目標、質量目標，本項目（如圖1所示）的植根樁成功實施并達到了相應的預期目的，所以總體來說本項目使用了植根樁是相當成功的實際案例。

圖1 φ800植根樁接樁、工程應用及參數分析

2 專家論證植根樁的可行性應用

本巖土工程的109綜合樓1、110綜合樓2原設計樁型為φ800引孔灌注樁，但因工期緊迫和場內存在大量孤石，又需提前交付使用。引孔灌注樁根本無法滿足工期要求，普通φ800管樁不引孔施工又無法穿透場內孤石，因此將目光投向了植根樁，并組織了專家評審會，專家審查總結如下：

圖2 專家論證會中的比選方案論證意見

（1）植根樁工藝可行，但應通過試樁確定承載力，應評估試樁對工期的影響；（2）也可采用大直徑灌注樁，減少樁數以加快施工周期，和減短質量檢測周期；（3）建議結合地勘報告分析孤石分布及短樁區域，建議大部分區域直接施工管樁，特殊區域采用植根樁，并計算沉降影響；（4）應祥估植根樁的穩定性，調整相應有效的填孔材料，如微膨脹C20細石混凝土等。從專家評審會總結敘述來看，顯然植根樁比引孔灌注樁的優勢大得多，且施工速度、質量又快又好，最后通過試樁來確定φPHC800（130AB）植根樁、填孔材料為微膨脹C20細石混凝土的樁身承載力和樁基承載力和質量檢測的可行性[1]。

3 植根樁樁身和樁基承載力驗算

植根樁樁端置于中風化基巖的嵌巖樁單樁豎向極限承載力，由土包裹樁周微膨脹C20細石混凝土總極限側阻力Qsk（側阻力段為各種土層～全風化、強風化基巖段）和嵌巖段總極限端阻力Qrk（此處的嵌巖段側阻力和端阻力應統一采用綜合考慮）組成。

（1）嵌巖段巖石frk≥30MPa，巖石軟硬程度為較硬巖、堅硬巖，結合泥漿護壁成孔求出嵌巖段側阻力和端阻力綜合系數ξr。

（2）結合勘察報告鉆孔柱狀圖的各層參數比重r、側阻力標準值qsik、巖石飽和單樁抗壓強度標準值frk，樁周第i層土的厚度li等。

（3）《建筑樁基技術規范》第5.3.9條。Quk=Qsk+Qrk=uΣqsik*li+ξr*frk*Ap得出109綜合樓1、110綜合樓2場內單樁豎向極限承載力標準值Quk（min）=11059KN，已經遠超設計值8000KN，由此可推斷出植根樁單樁承載力滿足驗算值。根據《建筑樁基技術規范》第5.2.2～5.2.5條，復核樁基豎向承載力特征值R的確定。

（4）考慮承臺效應且不考慮地震作用。R=Ra+nc*fak*Ac。

（5）考慮承臺效應且考慮地震作用。R=Ra+ξa*nc*fak*Ac/1.25。

（6）不考慮承臺效應R=Ra。各土層地基承載力特征值厚度加權平均fak、單樁豎向承載力特征值Ra、承臺地凈面積Ac、樁身截面積Aps、地基抗震承載力調整系數ξa、距徑比=Sa/d、承臺寬度/樁長=Bc/l，求得承臺效應nc，結合植根樁樁身承載力驗算得出的單樁豎向承載力特征值Ra=Quk/2，得出（1）R=6774.9KN（2）R=5936.6KN（3）R=5529.5KN。

（7）根據《建筑樁基技術規范》第5.1.1～5.2.1條，樁頂豎向力計算軸心荷載作用下Nk=（Fk+Gk）/n=4000KN（設計值）、Nek=1.3Nek（設計值），因此只需考慮樁基豎向承載力驗算即可：荷載效應標準組合Nk=4000KN≤R=5529.5KN；地震效應+荷載效應標準組合Nek=5200KN≤1.25R=6911.9KN（均取最不利荷載），均超過相應的設計值，植根樁基承載力滿足驗算值（如圖3所示）。

圖3 巖土工程樁基礎中的施工應用和技術控制

（8）根據《建筑樁基技術規范》第5.8.2～5.8.5條及其條文說明進行樁身承載力驗算，樁頂鉸接，且樁底嵌于巖石中求出樁身壓屈計算長度lc，lc/d求出樁身穩定系數φ，受壓樁身承載力驗算（樁頂下5d范圍內箍筋間距不大于100mm，且符合《建筑樁基技術規范》第4.1.1條），樁徑d=0.4m、C80級混凝土的軸心抗壓強度設計值fc=35.9MPa、預制樁的成樁工藝系數ψc=0.85、縱向主筋抗壓強度設計值fy=210N/mm^2，N=4000KN（設計值）≤ψc*fc*Aps+0.9fy*As=0.85*35900*3.14*(0.4^2-0.27^2)+0.9*210000*12*3.14*0.007^2=8694.6KN，因此受壓樁身承載遠遠大于設計值，所以植根樁樁身承載力也滿足驗算要求，至此可知植根樁樁身和樁基承載力均滿足驗算要求。植根樁除了樁身和樁基承載力滿足驗算外，還應根據《建筑樁基技術規范》第5.7.2條進行樁基水平承載力驗算及《建筑樁基技術規范》第5.5～5.6條進行樁基沉降計算等。因此巖土工程樁基礎中的植根樁承載力驗算理論上是可行的[2]。

4 植根樁的技術控制質量監督檢測

植根樁的技術質量控制要求如下：

（1）依據設計技術要求擬對植根樁試樁，以確定單樁豎向極限抗壓承載力Ra和成樁工藝。

（2）試樁樁型為φ800PHC（130AB）植根柱。植根樁的預制管樁選用φ800PHC時；引孔直徑宜為φ1000，間隙填充C20微膨脹細石砼；植根樁以中風化巖層為樁端持力層，樁端全截面進入中風化巖層≥2m，具體數值以現場實際簽證為準；植根樁的灌漿采用微膨脹C20細石混凝土，灌漿應采取合適措施防止離析，灌漿量應足夠，沉管后完成后應返漿至管樁頂部；預成孔應孔徑均勻、垂直且不能塌孔，孔口應有防止物墜措施，可采用泥漿護壁法施工；管樁植入應與鉆孔、漿液灌注保持連續進行，避免水泥漿灌入時間過長后植柱；管樁接樁時，底樁卡口夾具需有足夠強度和剛度，防止與上樁焊接時滑落；管樁植樁過程中，必須隨時檢測樁位，偏差不超過30mm，并應采用2臺經緯儀互成90度對柱垂直度進行檢測，第一節樁垂直度偏差不大于0.3%,整根樁垂直度偏差不大于0.5%：定位偏差不大于士10mm，樁頂標高允許偏差不大于士50mm:管樁植入前應將樁孔附近返漿及沉渣清理干凈；管樁接樁時應在下節樁樁項距離地面0.5m～0.8m時，用專用工具將樁固定吊裝下一節樁：管樁與預成孔壁間間隙漿液應飽和密實，并根據需要隨時補充；試樁樁基施工應由有經驗的專業承包商進行，并應提供適合本工程的完整施工工法組織設計報甲方和監理批準，樁基施工時現場應加強全過程監督；預應力混凝土管樁施工應遵循：“先中央、后四周，由里及外，先大后小，先深后淺，先密后疏”的原則，如有保護對象，則宜背離保護對象由近向遠施工；施工時按“先施工試樁以縮短養護期，并盡量減少擠土效應對場地、管線的影響”的原則進行施工。

圖4 專家論證后現場試驗樁試驗

（3）植根樁承載力檢測應采用靜載試驗，加載至GB5007附錄Q的極限狀態。靜載前應先進行小應變檢測合格，靜載試驗休止期不小于15天。

（4）質量檢測應符合設計值和規范要求。植根樁的監督質量檢測與監測：本施工項目植根樁從2022年1月實施施工，樁基礎工程檢測從2022年4月開始，監測項目有小應變檢測、大應變檢測、單樁豎向抗壓靜載試驗，僅歷時半個月即結束場地內所有植根樁的質量監督檢測，相比起引孔灌注樁的質量監督檢測則大大降低了檢測時長，更好的呼應了進度目標的要求。本次檢測的試驗荷載與沉降量數據符合設計與規范要求，檢測樁的平均Q-s曲線（如圖5所示）和平均s-lgt曲線（如圖6所示）綜合試驗結果表明，本巖土樁基礎工程植根樁單樁豎向抗壓極限承載力為8000KN，滿足委托方最大試驗荷載要求[3]。

圖5 平均Q-s曲線

圖6 平均s-lgt曲線

5 結語

本巖土工程采用植根樁工藝，施工約3個月，共7800m樁全部施工完成。整個樁基礎技術控制、質量控制、成本控制及質量監督檢測過程，均管理與控制妥當，施工工序交叉作業流暢，足以證明植根樁具有施工便捷、安全可靠、環境污染小、成本低、優化工期等優點。本巖土工程植根樁的應用，雖然成功驗收，但其在作業面有限的情況下需要樁機交叉進行作業，無法一種樁機單獨完成施工，這將變成唯一的不足，交叉作業會存在施工安全隱患。隨著科學技術不斷發展，我堅信在不久的將來即會研發出某種能獨立完成其施工的機械，且堅植根樁會越來越被各項目廣泛采用和應用，經濟上越來越合理，施工工期越來越短，環境污染越來越小，施工更加便捷，這也是作為一名合格的工程技術人員努力和奮斗的終身目標。