淺層持力層條件下PHC 預制管樁進尺穿透含卵礫石高標超厚貫土層技術研究

陳劍為 占 彬 廖文健 毛云俊 向光耀

預應力高強度混凝土（Pre-stressed High-strength Concrete，PHC）預制管樁是一種廣泛應用的樁基技術，但在某些地質條件下，如淺層持力層含有卵礫石的高標超厚貫土層，其進尺施工會面臨諸多挑戰。這類地質條件對樁基的貫入深度、樁端持力層強度和穩定性提出更高的要求。為了解決這些問題，有必要研究在淺層持力層條件下，如何提高PHC 預制管樁在卵礫石高標超厚貫土層的貫入深度和施工效率[1，2]。本研究旨在分析淺層持力層條件下PHC 預制管樁在穿透含卵礫石高標超厚貫土層中的施工技術，探討不同施工參數對施工過程和持力性能的影響。研究采用了綜合方法，包括現場試驗和數值模擬。現場試驗用于獲取實際施工數據和監測樁基行為，驗證數值模擬結果的準確性。數值模擬基于地質資料和工程參數建立模型，分析了不同施工參數對施工過程和樁基性能的影響。當穿越含有卵礫石的高標超厚貫土層時，合理選擇樁徑、樁長、樁間距等施工參數是確保施工成功的關鍵。采用適當的施工工藝，如預先鉆孔、噴漿加固等，可以有效減少施工難度和風險。數值模擬結果與現場試驗數據吻合較好，驗證了研究的可靠性。

1 PHC 預制管樁的應用背景與施工優點

PHC 預制管樁技術是一種常用于地基處理和基礎工程中的先進施工技術。PHC 預制管樁是由高強度預應力混凝土制成的管狀構件，具有優良的承載能力和抗震性能[3，4]。一般來說，PHC 預制管樁技術的施工過程主要包括以下4 個步驟：第1，根據設計要求進行現場勘察和標定樁位；第2，在施工現場進行鉆孔作業，將鋼筋籠置入鉆孔中，并注入高強度混凝土；第3，進行壓漿處理，保證樁身的一體性和密實度；第4，進行樁頂修整和驗收。

1.1 PHC預制管樁的應用背景

PHC 預制管樁技術是一種應用廣泛的基礎處理方法，其應用背景如下：

1）若土壤條件復雜，傳統基礎處理方法無法滿足承載要求，采用PHC預制管樁技術能夠有效解決上述土壤條件下形成的基礎問題，提供穩定的基礎支撐。

2）在土地資源有限的城市和人口密集地區，無法實施大規模的地基處理工程，采用PHC 預制管樁技術能充分利用有限的土地資源，從而在有限的土地空間內實施地基處理工程。此外，PHC 預制管樁技術具有快速施工等優勢，能夠提高施工效率，縮短工期，滿足工程進度要求。同時，與傳統灌注樁或鉆孔灌注樁等施工方法相比，PHC 預制管樁技術的施工過程更加簡化，成本更低，能夠有效降低工程造價[5，6]。

3）在地震帶地區，工程的抗震性能至關重要。PHC 預制管樁技術通過應用預應力混凝土，提高了樁體的抗震性能，增加了結構的穩定性和安全性。

綜上所述，PHC 預制管樁技術在解決現代工程建設中的基礎問題方面具有明顯的優勢，提供了一種可行、高效的解決方案。

1.2 PHC預制管樁的施工優點

PHC 預制管樁施工具有很多優點，使其成為一種廣泛應用的基礎處理方法，具體優點如下：

1）高承載能力。PHC 預制管樁采用預應力混凝土制成，具有較高的強度和剛度，因此，能夠承受較大的垂直和水平荷載，提供穩定的基礎支撐能力。

2）施工效率高。PHC 預制管樁采用工廠預制制作，在現場施工時只需要進行簡單的組裝和安裝，施工過程簡化，施工速度快，能夠縮短工期。

3）適應性強。PHC 預制管樁適用于各種土質和地質條件，包括軟土地基、河床沉積物以及砂質土壤等，能夠有效解決不同土壤條件下的基礎問題。

4）節約土地資源。PHC 預制管樁采用垂直布置，占地面積相對較小，特別適用于土地資源有限的城市和人口密集地區，能夠充分利用有限的土地空間。

5）施工質量可控。PHC 預制管樁在工廠環境下制作，質量控制措施統一，能夠保證樁體的質量[7，8]。

6）抗震性能好。PHC 預制管樁采用預應力混凝土制成，能夠提高樁體的抗震性能，同時增加結構的穩定性和安全性，在地震帶地區具有重要意義。

PHC 預制管樁施工具有承載能力高、施工效率高、適應性強、節約土地資源、施工質量可控及抗震性能良好等優點，能為工程提供一種高效的基礎處理方案。

2 工程概況與地質情況分析

某海濱城市商務中心包括3 座建筑群，占地約20000 m2，3 座建筑物呈現矩形平面布局，地下室及其9 ～11 層采用框剪結構，總建筑面積為31047.58 m2。

根據地質勘察單位提供的報告，該場地的原始地貌為靠近山腳沖積扇前沿的地區，地勢西北高、東南低。經過人工整平后，地面較為平緩。地層自上而下分布如下：第1 層是最近填土層，厚度為1.0 ～5.5 m；第2 層是均勻的黏土層，厚度2.0 ～10.5 m；第3 層是細粉狀砂層，以石英為主要成分，厚度為0.5 ～3.5 m；第4 層是卵礫石層，厚度為0.5 ～5 m，主要由微風化的花崗巖組成，填充物為砂粒和黏土；第5 層是殘積礫質黏土層，主要成分為石英和高嶺土，厚度為2.5 ～10.0 m；最底層是強風化的花崗巖層，具有明顯的花崗巖結構，厚度為5 m。巖土層的主要物理力學性質指標，如表1 所示。

3 樁基的施工與技術檢測

3.1 試壓樁

施工單位進場后，首要任務是進行試驗性壓樁。為確定靜壓樁施工的控制標準和技術參數，選擇3 根具有代表性的樁進行試驗。確定的控制標準和技術參數如下：第1，終壓力值為主要控制標準，樁長為輔助控制指標；第2，終壓力值設定為4500 kN；第3，進行3 次復壓，每次復壓的累計沉降量不超過20 mm；第4，每次復壓持續時間不少于5 min。施工過程中，施工單位根據上述控制標準和技術參數指導靜壓樁施工。

3.2 工程樁施工

試壓樁后，施工單位進行工程樁施工。施工過程中，大部分樁號符合標準和參數要求，但個別樁號在進入粉細砂層后出現問題，導致壓力上升、樁身發出聲音，甚至發生停機現象。對此，施工單位選擇重新啟動機器，直至達到終壓值，最終成功完成工程樁施工。

3.3 樁基靜載檢測

在靜壓PHC 管樁施工完成的10 d內，施工單位根據樁基檢測規范和壓樁施工中的異常情況，選擇4 根樁進行靜載試驗。試驗結果顯示，其中有1 根樁（編號102#）的極限承載力未達到設計要求，被認定為不合格樁。鑒于此，施工單位擴大了承載力檢測范圍，并選擇了另外2 根樁（編號分別為55#和101#）進行靜載試驗，但結果仍然不合格。單樁豎向靜載試驗結果，如表2 所示。

表2 單樁豎向靜載試驗結果

4 單樁抗壓極限承載力不合格的原因

PHC 管樁進入卵礫石層時，卵礫石層具有較大滲透系數，停壓后超孔隙水壓力迅速消散，導致壓樁阻力隨卵礫石層性質和深度變化。樁端持力層為卵礫石時，擠出咬合和摩擦形成反作用力，使樁處于動態平衡。卸載后，礫石和砂粒重新排列，降低樁端承載力和樁側摩阻力，使極限承載力小于終壓力。樁周側阻力受砂性土和粘性土的摩阻力影響，停壓后樁周砂土固結導致樁周側阻力減小，而粘性土的樁周側阻力增加。特別是短樁長度小于14 m 時，極限承載力相對終壓力的降低更大。即使樁端持力層為碎石土或砂土層，樁周土為粘土，短樁極限承載力仍遠小于壓樁終壓力。

5 卵礫石層中靜壓PHC 管樁沉樁的常見問題與對策

卵礫石層中靜壓PHC 管樁沉樁的常見問題及產生的原因，如表3 所示。

表3 卵礫石層中靜壓PHC 管樁沉樁的常見問題及產生的原因

為確保樁基施工的質量和穩定性，提出以下主要對策：第1，在樁基設計階段考慮土層的特性和樁身材料的性能，以確保樁基的承載力能夠滿足實際需求。根據土層情況，可以調整樁徑、樁長等參數，以提高樁基的穩定性和持力性能。第2，改進施工工藝，減少施工中對樁體產生的不良影響，確保樁體的一致性和完整性。第3，加強施工過程中的質量監控，包括施工參數的實時監測、樁身材料的質量檢查等。定期進行檢測和驗收，以確保施工質量符合標準要求。以上為卵礫石層中靜壓PHC 管樁沉樁的常見問題與對策。

6 結語

本文深入研究了淺層持力層條件下PHC 預制管樁在穿透含卵礫石高標超厚貫土層中的施工技術，并提出合理的建議，能夠為類似工程提供有價值的技術支持。在未來的工程實踐中，將進一步結合實際項目，驗證和完善這些技術方案，推動土木工程領域的發展和創新。