沿海地區(qū)不均勻地質(zhì)下抗拔預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的設(shè)計(jì)與施工

湯亮，李聰聰，郭淯晟，唐明成，楊高勇，王仕名

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司華南公司珠海分公司，廣東珠海 519000）

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程概況

珠海機(jī)場(chǎng)綜合交通樞紐項(xiàng)目一期工程位于廣東省珠海市金灣區(qū)珠海機(jī)場(chǎng)北側(cè)。項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容為：航站樓前交通樞紐、配套商業(yè)服務(wù)中心及相關(guān)業(yè)務(wù)用房、地鐵預(yù)留、軌道及軌道交通旅客行李通道（土建）等。項(xiàng)目用地面積約7.57×104m2，總建筑面積1.618×105m2，建筑最高點(diǎn)高度為27.38 m。地上2層，地下2層，局部地下3層，結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)體系。

1.2 工程地質(zhì)條件

建設(shè)場(chǎng)地地形開(kāi)闊，略有起伏，地面標(biāo)高介于2.87～9.63 m；場(chǎng)地原始地貌單元為濱海堆積地貌，后經(jīng)人工改造，目前場(chǎng)地大部分為施工區(qū)域、綠化帶及道路等。根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地內(nèi)埋藏的地層主要有人工填土層、第四系海陸交互相沉積層及第四系殘積層，下伏基巖為燕山期花崗巖。地勘報(bào)告中各地層工況為：中砂，分選較好，級(jí)配一般，局部不均勻含20%～40%淤泥質(zhì)黏土，呈飽和、松散狀態(tài)，偶見(jiàn)稍密狀態(tài)；粉質(zhì)黏土，主要由粉粒、黏粒組成，含10%～15%石英質(zhì)，搖震無(wú)反應(yīng)，光澤反應(yīng)稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性較高，呈很濕、可塑狀態(tài)；淤泥，不均勻，含10%～30%粉細(xì)砂，光澤反應(yīng)有光澤，干強(qiáng)度及韌性高，呈飽和、流塑狀態(tài)；含粗砂粉質(zhì)黏土，主要由粉粒、黏粒組成，含30%～40%粗砂，砂礫為石英質(zhì)，次棱狀，搖震無(wú)反應(yīng)，光澤反應(yīng)稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性較高，呈濕、可塑狀態(tài)；淤泥質(zhì)黏土，局部夾朽木，不均勻含30%～40%石英砂，搖震反應(yīng)緩慢，光澤反應(yīng)有光澤，干強(qiáng)度及韌性高，呈飽和、軟塑狀態(tài)；粗砂，主要成分為石英質(zhì)，次棱狀，分選一般，級(jí)配一般，不均勻，含10%～20%黏粒、約5%石英礫砂，呈飽和、稍密～中密狀態(tài)；砂質(zhì)黏性土，由花崗巖原地風(fēng)化而成，搖震無(wú)反應(yīng)，光澤反應(yīng)稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性中等，呈很濕～飽和、硬塑狀態(tài)。

場(chǎng)地工程地質(zhì)條件復(fù)雜，地基整體穩(wěn)定性差，工程建設(shè)適宜性為適宜性差，各土層層位穩(wěn)定性差，多呈互層狀或透鏡體分布，層頂埋深變化很大，層厚變化很大，勘察場(chǎng)地地基土總體屬于不均勻性地基土。

2 抗拔預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁設(shè)計(jì)與試樁結(jié)果差異分析

2.1 管樁的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

本工程采用的抗拔預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁類型為PHC-500-AB-125管樁，共計(jì)5 121根，單樁豎向抗拔承載力特征值400 kN，設(shè)計(jì)有效樁長(zhǎng)≥15 m，采用靜壓法施工，終壓力值為2 800 kN，樁身允許爆壓壓樁力為5 000 kN。按最初的樁基設(shè)計(jì)，含粗砂粉質(zhì)黏土、粗砂、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖均可作為樁端持力層，管樁進(jìn)入持力層深度不小于2 m?？拱晤A(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計(jì)終壓值計(jì)算詳見(jiàn)圖1。

圖1 抗拔預(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計(jì)終壓值計(jì)算

2.2 管樁試樁結(jié)果

共進(jìn)行7根試樁（編號(hào)為SZ1～SZ7），均出現(xiàn)滿足設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)后，壓力值不足的問(wèn)題。管樁在粗砂粉質(zhì)黏土、粗砂、砂質(zhì)黏性土中，壓力值增長(zhǎng)緩慢，當(dāng)壓至全風(fēng)化花崗巖時(shí)，壓力值方能明顯增長(zhǎng)，并最終滿足終壓值至2 800 kN的要求，而此時(shí)樁長(zhǎng)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)有效長(zhǎng)度。試樁記錄見(jiàn)表1。

表1 試樁記錄

2.3 分析偏差原因

以SZ1為例，下部土層-7.90～-15.20 m為中砂，-15.20～-22.60 m為含粗砂粉質(zhì)黏土，-22.60～-26.30 m為砂質(zhì)黏性土，-26.30～-36.20 m為全風(fēng)化花崗巖。SZ1設(shè)計(jì)終壓值分析圖如圖2所示。

圖2 SZ1分析圖

以SZ3為例，下部土層-7.83～-12.43 m為粉質(zhì)黏土，-12.43～-19.53 m為含粗砂粉質(zhì)黏土，-19.53～-25.63 m為砂質(zhì)黏性土，-25.63～-34.63 m為全風(fēng)化花崗巖。SZ3設(shè)計(jì)終壓值分析圖如圖3所示。SZ3附近地層剖面圖如圖4所示。

圖3 SZ3分析圖

SZ3試樁計(jì)算結(jié)果如圖5所示。通過(guò)試樁發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)未考慮不均勻土層中夾雜厚薄不均的淤泥層，而淤泥層的樁側(cè)摩阻力特征值僅為8 kPa，遠(yuǎn)小于含粗砂粉質(zhì)黏土的樁側(cè)摩阻力特征值42 kPa，粗砂的樁側(cè)摩阻力特征值33 kPa，砂粉質(zhì)黏土的樁側(cè)摩阻力特征值42 kPa，且含粗砂粉質(zhì)黏土、粗砂、砂粉質(zhì)黏土為松土，自穩(wěn)能力一般，以至于過(guò)于樂(lè)觀地估計(jì)了樁側(cè)摩阻力。

圖5 SZ3試樁計(jì)算

3 調(diào)整管樁設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

滿足抗拔承載力反推需要的壓樁力計(jì)算公式為：壓樁力=（抗拔承載力/土層摩阻力折減系數(shù)+端阻力）×2

土層摩阻力折減系數(shù)為0.45，則壓樁力近似計(jì)算為：（400/0.45+196）×2=2 170 kN。

從滿足抗拔承載力要求的角度分析終壓力約為：2 200 kN（底板以下終壓力增量2 200 kN）。

目標(biāo)為抗拔承載力特征值400 kN。施工時(shí)以控制終壓力為主（底板以下終壓力增量2 200 kN），樁長(zhǎng)為輔。

4 對(duì)沿海地區(qū)不均勻地質(zhì)條件下管樁設(shè)計(jì)提出具體建議

現(xiàn)場(chǎng)試樁結(jié)果和設(shè)計(jì)參數(shù)差異較大，與場(chǎng)地內(nèi)的中砂、粉質(zhì)黏土、淤泥、含粗砂粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土、粗砂穩(wěn)定性較差，均與夾雜厚薄不均的淤泥層相關(guān)，在沿海不均勻地質(zhì)條件下，應(yīng)以終壓力值為主的同時(shí)再滿足設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，且應(yīng)以全風(fēng)化花崗巖及其以下地層作為樁端持力層。預(yù)應(yīng)力管樁對(duì)地層的要求較高，因此，在勘察中對(duì)地層中的土體劃分精度要求更高，需補(bǔ)充靜力觸探來(lái)對(duì)夾雜在地層中的特殊地層描述清楚，保證設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性。

5 不均勻地質(zhì)條件下精準(zhǔn)配樁

傳統(tǒng)配樁方法按照地勘報(bào)告持力層深度估算樁長(zhǎng)，而在實(shí)際應(yīng)用中地勘點(diǎn)位相距較遠(yuǎn)約20～25 m一孔，因此，當(dāng)遇到巖層起伏較大的地質(zhì)條件時(shí)，難以反映真實(shí)的地質(zhì)情況，造成配樁不準(zhǔn)確，損耗率高。

通過(guò)增加管樁試樁要求，取得正式施壓所需要的相關(guān)控制數(shù)據(jù)。明確正式樁施工時(shí)的雙控原則，壓力或樁長(zhǎng)[1]。運(yùn)用BIM軟件根據(jù)地勘報(bào)告創(chuàng)建模擬持力層巖面標(biāo)高圖，并根據(jù)試樁的樁長(zhǎng)計(jì)算入持力層的深度，在模擬巖面標(biāo)高圖所在位置調(diào)整豎向坐標(biāo)，巖面標(biāo)高圖會(huì)隨著坐標(biāo)點(diǎn)的更新即時(shí)調(diào)整，確定附近區(qū)域入持力層的深度，下一根樁施工時(shí)可根據(jù)周圍入持力層的深度快速的計(jì)算出配樁樁長(zhǎng)，并且?guī)r面標(biāo)高圖會(huì)隨著輸入數(shù)據(jù)的增加而更加準(zhǔn)確。從而提高配樁的準(zhǔn)確率，減少材料浪費(fèi)、降低施工成本、加快施工進(jìn)度等優(yōu)點(diǎn)[2]。

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)具體工程，通過(guò)對(duì)沿海地區(qū)不均勻地質(zhì)條件下的試樁分析，總結(jié)出抗拔預(yù)應(yīng)力管樁的與設(shè)計(jì)偏差的原因，對(duì)勘察工作提出了更高的要求，必須將地層劃分描述更準(zhǔn)確?？偨Y(jié)的內(nèi)容可為后續(xù)類似工程項(xiàng)目提供參考。