PHC管樁在多層建筑基礎(chǔ)中的應(yīng)用

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PHC管樁在我國沿海地區(qū)應(yīng)用較多，在內(nèi)地應(yīng)用較少，考慮到鄭州東區(qū)上層土質(zhì)較松軟，下部持力層為細(xì)砂層，本工程嘗試運(yùn)用此種樁型。

1、  工程概況：

鄭州東區(qū)某校教師公寓，為七層磚混結(jié)構(gòu)，帶電梯，層高3米，無地下室。建筑結(jié)構(gòu)總高度為22m，室內(nèi)外高差為 0.610m，基底標(biāo)高-1.90。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為 50年。結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)。砌體施工質(zhì)量控制等級(jí)為B級(jí)。

該工程地震設(shè)防烈度為七度，場地類別為III類，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為 0.15g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地特征周期為0.45s。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)計(jì)按7度設(shè)計(jì)，抗震構(gòu)造措施按 8度選用。該工程2008年9月開始施工，現(xiàn)已竣工。

2、  場地土層特征：

該工程場地位于鄭州鄭東新區(qū)龍子湖地區(qū)，地貌單元屬黃河河漫灘相泛濫沖積平原。場地原為大片魚塘，后經(jīng)人工填平，地形平坦。根據(jù)鉆探、靜力觸探，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)分析結(jié)果，按其成因類型、巖性及工程地質(zhì)特性將22m深度內(nèi)的地層劃分為7個(gè)工程地質(zhì)單元層和一個(gè)工程地質(zhì)單元亞層?，F(xiàn)分述如下：

層號(hào)

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

⑦1

巖性

雜填土

粉土

細(xì)砂

粉土

粉質(zhì)粘土

細(xì)砂

細(xì)砂

粉質(zhì)粘土

平均層厚

1.39m

1.97m

1.33m

2.69m

3.02m

2.47m

未揭穿

0.89m

特征

黃色，稍濕，稍密

褐黃色~淺灰色，濕，稍密

灰色-褐黃色，飽和，松散-稍密，輕微液化

灰色，濕，稍密

灰色，軟塑

灰色，飽和，稍密-中密

灰黃色，飽和，中密-密實(shí)

褐黃色，可塑，為第⑦層細(xì)砂層的薄夾層

地下水類型、埋深及變幅：

場地地下水類型為潛水，含水層巖性為粉土及細(xì)砂層，其補(bǔ)給來源主要為大氣降水，主要消耗于蒸發(fā)及逕流排泄。勘察期間潛水地下水位埋深1.2-1.8m左右，年變幅1.0m左右。該場地原為魚塘或稻田在豐水季節(jié)排水不暢，易積水。近3-5年場地最高水位為0.5m。

根據(jù)本場地水質(zhì)分析，場地地下水對(duì)混凝土無腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋無腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性；

場地土凍結(jié)深度：鄭州市的最大凍結(jié)深度小于60cm，一般為20-30cm，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工時(shí)可不考慮凍土的影響。

場地大部分為已填平魚塘，魚塘深約1.5-2.0m，塘底為淤泥粉土，淤填厚度0.3m左右。在未徹底清理前已回填。

場地穩(wěn)定性和適宜性評(píng)價(jià)：

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，近場區(qū)不存在深斷裂構(gòu)造，不具備發(fā)生6.5級(jí)以上強(qiáng)震的構(gòu)造條件，依據(jù)GB50011-2001第4.1.7條，本工程場地可不考慮發(fā)震斷裂錯(cuò)動(dòng)對(duì)地面建筑物的影響。

經(jīng)綜合分析，本場地為穩(wěn)定場地，適宜建筑。

依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)、原位測試等資料，結(jié)合鄰近場地資料綜合確定各層土承載力特征值如下：

層號(hào)

②

③

④

⑤

⑥

⑦

⑦1

巖性

粉土

細(xì)砂

粉土

粉質(zhì)粘土

細(xì)砂

細(xì)砂

粉質(zhì)粘土

承載力特征值fak(kPa)

85

110

90

85

150

200

150

壓縮模量Es(Mpa)

3.5

8.5

4.2

3.2

13.5

17.5

6.2

壓縮性評(píng)價(jià)

高

中

高

高

中

低

中

3、  基礎(chǔ)方案論證：

根據(jù)工程實(shí)際情況，有以下幾種基礎(chǔ)方案。

3.1、        天然地基方案：建筑物地上7層，磚混結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深按1.5m考慮，假定上部結(jié)構(gòu)荷載每層取15kpa，筏板重25kpa，則基礎(chǔ)地面平均壓力為130kpa，第②層粉土承載力特征值85kpa，經(jīng)深度修正后滿足不了上部荷載要求。且由于雜填土厚薄不均，個(gè)別地方基底標(biāo)高不能到達(dá)持力層，固不采用天然地基。

3.2、 樁基方案：結(jié)合類似場地情況，一般有以下基礎(chǔ)樁基方案，

水泥土攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)

層號(hào)

②

③

④

⑤

⑥

⑦

樁周土側(cè)阻力特征值(kpa)

9

11

10

8

13

16

樁端未經(jīng)修正的承載力特征值(kpa)

 

 

 

 

150

200

高壓旋噴樁樁基設(shè)計(jì)參數(shù)

層號(hào)

②

③

④

⑤

⑥

⑦

樁周土側(cè)阻力特征值(kpa)

17

22

21

20

24

30

樁端未經(jīng)修正的承載力特征值(kpa)

 

 

 

 

150

200

靜壓預(yù)制樁樁基設(shè)計(jì)參數(shù)：

層號(hào)

②

③

④

⑤

⑥

⑦

樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kpa)

30

42

40

36

45

57

樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kpa)

 

 

 

 

2000

3800

3.3、基礎(chǔ)方案分析：

根據(jù)場地地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，復(fù)合地基或樁基礎(chǔ)的入土深度應(yīng)進(jìn)入第⑦層中密-密實(shí)的細(xì)砂為宜，由于場地各建筑物第⑦層細(xì)砂出露深度及厚度變化較大，基礎(chǔ)樁長應(yīng)注意按具體建筑物下的地層條件結(jié)合上部荷載來確定。

水泥攪拌樁具有施工速度快、成本低等特點(diǎn)，但第⑦層細(xì)砂層頂埋深變化較大，水泥土攪拌樁存在著樁長較長，施工困難，難以合理安排施工。高壓旋噴樁存在場地污染、大量排漿、樁體有凝固期等不利因素，雖然復(fù)合地基通過提高土體強(qiáng)度可減少或降低場地土液化的可能性，但不能消除液化。應(yīng)與碎石樁相結(jié)合，一方面提高地基強(qiáng)度，另一方面可消除液化。但一個(gè)場地采用多樁型施工可能會(huì)給現(xiàn)場協(xié)調(diào)、管理帶來諸多不便，影響工期，成樁質(zhì)量不易保證。采用預(yù)制靜壓樁施工質(zhì)量容易保證，提供的單樁承載力較高，承樁效率高，無噪音、無污染，且可消除液化，但第⑦層細(xì)砂出露深度及厚度變化較大，施工過程中可能會(huì)遇到因樁長變化較大而帶來的麻煩。另外，由于雜填土厚薄不均，個(gè)別地方基底標(biāo)高不能到達(dá)持力層，采用水泥攪拌樁或高壓旋噴樁宜不能合適處理基礎(chǔ)底標(biāo)高問題。而采用PHC管樁則不受此問題限制。綜合考慮，采用PHC管樁，施工質(zhì)量安全可靠，施工場地環(huán)保，施工便捷，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理，最終確定采用PHC管樁。不足之處是場地持力層為砂土層，個(gè)別地方沉樁困難，應(yīng)合理安排施工，采取有效措施，保證有效樁長滿足設(shè)計(jì)要求。如可采用預(yù)鉆孔技術(shù)，先行鉆出1/3樁孔，1/3有效樁長，再按設(shè)計(jì)樁徑進(jìn)行施工，保證有效樁長。亦可采取其他有效工藝措施，來合理安排施工。

 3.4、單樁承載力分析：

JGJ94-2008第5.3.5條， ;

考慮到場地變化較大，以C09樓為例，計(jì)算單樁極限承載力為：

3.14x0.3x(30x1.97+42x1.33+40x2.69+36x3.02+45x2.47+57x1.2)+3.14x0.15x0.15x3800

=481.2+268.47=749.67KN；按上述計(jì)算，單樁承載力特征值為375KN；

考慮到臨近場地靜壓管樁資料，采用 300管樁，有效樁長L=12m時(shí)，實(shí)測其單樁承載力特征值為650-700KN，采用PC-A400，有效樁長L=9.5m時(shí)，其單樁承載力特征值達(dá)800KN；綜上所述，雖然理論計(jì)算其單樁承載力偏低，但類似場地工程經(jīng)驗(yàn)也可作為參考，最終決定以試樁結(jié)果來證實(shí)。

最終，整項(xiàng)工程試樁及最終工程樁均滿足單樁承載力特征值為650KN；滿足設(shè)計(jì)要求。

4、設(shè)計(jì)施工注意問題：

4.1、 本工程采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(PHC樁),直徑均為300mm,單樁豎向承載力特征值為650kN,樁端持力層為第⑦層細(xì)砂層,樁端進(jìn)入持力層大于1.2m；PHC的編號(hào)為PHC-AB300(70)-L，具體配筋和有關(guān)連接構(gòu)造詳03SG409；

工程樁施工前，應(yīng)先做試樁，待低應(yīng)變及靜載荷試驗(yàn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行工程樁施工。

4.2、施工注意事項(xiàng)：

a) 接樁位置不得位于③ ④層土層中。

b) 應(yīng)適當(dāng)控制壓樁速度,以減小地基土的隆起與擠壓。

c) 對(duì)復(fù)壓的要求：停樁前應(yīng)進(jìn)行復(fù)壓,復(fù)壓次數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況而定，不應(yīng)小于二次，樁基終壓完成后，應(yīng)定時(shí)進(jìn)行樁頂標(biāo)高觀測，發(fā)現(xiàn)上浮樁，再進(jìn)行一到二次復(fù)壓。

4.3、樁基檢測按<<建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范>>(JGJ106-2003)規(guī)定執(zhí)行，本工程應(yīng)采用堆載法進(jìn)行單樁承載力檢測，并進(jìn)行樁身完整性檢測。

工程樁施工完畢后，本項(xiàng)目二十多棟多層樁基經(jīng)抗壓靜載檢測，試驗(yàn)儀器為JCQ-503A靜力荷載測試儀及配套裝置，單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值為1300KN；單樁豎向抗壓承載力特征值為650KN，最大沉降量為30mm。

低應(yīng)變檢測試驗(yàn)儀器為中國建研院地基所生產(chǎn)的C6型BETC基樁分析系統(tǒng)，試驗(yàn)捶擊裝置為力棒。分析方法采用時(shí)域、頻域等方法綜合分析。樁身平均波速取4200m/s。最終檢測所有基樁完整性的分類為I類。均滿足設(shè)計(jì)要求。

4.4、樁基設(shè)計(jì)如下：樁為單排樁布置，有效樁長13米左右，樁間距為1.2米左右，布置于基礎(chǔ)承臺(tái)梁下部，承臺(tái)梁尺寸為450x550；單樁錨入承臺(tái)梁50；                                        

5、結(jié)語：

通過該工程的設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以看到，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工前的方案對(duì)比很重要，我們要綜合安全經(jīng)濟(jì)適用等各種因素，合理確定基礎(chǔ)樁基方案。

針對(duì)PHC高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，首先，施工優(yōu)越性明顯；PHC樁身采用工廠制造，質(zhì)量安全可靠，施工安全簡單，靜壓式施工無噪音干擾，施工現(xiàn)場潔凈環(huán)保，無大量泥漿沉渣等，一般樁基檢測小應(yīng)變樁身質(zhì)量均為優(yōu)良；其次，在多層建筑中，由于其單樁承載力高，樁徑小，設(shè)計(jì)適當(dāng)時(shí)可以單排布置于基礎(chǔ)承臺(tái)梁下，基礎(chǔ)部分僅有承臺(tái)梁結(jié)構(gòu)，施工便捷，明顯降低基礎(chǔ)工程造價(jià)；

不足之處是高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁按規(guī)范計(jì)算單樁承載力偏小，需要結(jié)合現(xiàn)場進(jìn)行試樁來確定；相信隨著工程經(jīng)驗(yàn)的積累，結(jié)合試樁Q－s曲線等綜合分析對(duì)比，基樁設(shè)計(jì)的地質(zhì)參數(shù)在原設(shè)計(jì)取值的基礎(chǔ)上還可以進(jìn)一步提高，逐步做出適當(dāng)修正。

具體施工中，由于常常遇到砂層，會(huì)出現(xiàn)沉樁困難、樁長過短等問題，需要我們不斷摸索施工經(jīng)驗(yàn)，提高技術(shù)水平，采用技術(shù)措施來滿足設(shè)計(jì)要求，如適當(dāng)采用預(yù)鉆孔技術(shù)等。

相信在工程技術(shù)人員的努力下，一定會(huì)更好的促進(jìn)高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁的應(yīng)用和發(fā)展。