PHC管桩在多层建筑基础中的应用

　

 

PHC管桩在我国沿海地区应用较多，在内地应用较少，考虑到郑州东区上层土质较松软，下部持力层为细砂层，本工程尝试运用此种桩型。

1、  工程概况：

郑州东区某校教师公寓，为七层砖混结构，带电梯，层高3米，无地下室。建筑结构总高度为22m，室内外高差为 0.610m，基底标高-1.90。结构的设计使用年限为 50年。结构的安全等级为二级。砌体施工质量控制等级为B级。

该工程地震设防烈度为七度，场地类别为III类，设计基本地震加速度值为 0.15g，设计地震分组为第一组，场地特征周期为0.45s。建筑结构抗震设防类别为丙类，抗震设计按7度设计，抗震构造措施按 8度选用。该工程2008年9月开始施工，现已竣工。

2、  场地土层特征：

该工程场地位于郑州郑东新区龙子湖地区，地貌单元属黄河河漫滩相泛滥冲积平原。场地原为大片鱼塘，后经人工填平，地形平坦。根据钻探、静力触探，结合室内土工试验分析结果，按其成因类型、岩性及工程地质特性将22m深度内的地层划分为7个工程地质单元层和一个工程地质单元亚层。现分述如下：

层号

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

⑦1

岩性

杂填土

粉土

细砂

粉土

粉质粘土

细砂

细砂

粉质粘土

平均层厚

1.39m

1.97m

1.33m

2.69m

3.02m

2.47m

未揭穿

0.89m

特征

黄色，稍湿，稍密

褐黄色~浅灰色，湿，稍密

灰色-褐黄色，饱和，松散-稍密，轻微液化

灰色，湿，稍密

灰色，软塑

灰色，饱和，稍密-中密

灰黄色，饱和，中密-密实

褐黄色，可塑，为第⑦层细砂层的薄夹层

地下水类型、埋深及变幅：

场地地下水类型为潜水，含水层岩性为粉土及细砂层，其补给来源主要为大气降水，主要消耗于蒸发及迳流排泄。勘察期间潜水地下水位埋深1.2-1.8m左右，年变幅1.0m左右。该场地原为鱼塘或稻田在丰水季节排水不畅，易积水。近3-5年场地最高水位为0.5m。

根据本场地水质分析，场地地下水对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性；

场地土冻结深度：郑州市的最大冻结深度小于60cm，一般为20-30cm，基础设计和施工时可不考虑冻土的影响。

场地大部分为已填平鱼塘，鱼塘深约1.5-2.0m，塘底为淤泥粉土，淤填厚度0.3m左右。在未彻底清理前已回填。

场地稳定性和适宜性评价：

根据区域地质资料，近场区不存在深断裂构造，不具备发生6.5级以上强震的构造条件，依据GB50011-2001第4.1.7条，本工程场地可不考虑发震断裂错动对地面建筑物的影响。

经综合分析，本场地为稳定场地，适宜建筑。

依据室内试验、原位测试等资料，结合邻近场地资料综合确定各层土承载力特征值如下：

层号

②

③

④

⑤

⑥

⑦

⑦1

岩性

粉土

细砂

粉土

粉质粘土

细砂

细砂

粉质粘土

承载力特征值fak(kPa)

85

110

90

85

150

200

150

压缩模量Es(Mpa)

3.5

8.5

4.2

3.2

13.5

17.5

6.2

压缩性评价

高

中

高

高

中

低

中

3、  基础方案论证：

根据工程实际情况，有以下几种基础方案。

3.1、        天然地基方案：建筑物地上7层，砖混结构，基础埋深按1.5m考虑，假定上部结构荷载每层取15kpa，筏板重25kpa，则基础地面平均压力为130kpa，第②层粉土承载力特征值85kpa，经深度修正后满足不了上部荷载要求。且由于杂填土厚薄不均，个别地方基底标高不能到达持力层，固不采用天然地基。

3.2、 桩基方案：结合类似场地情况，一般有以下基础桩基方案，

水泥土搅拌桩复合地基设计参数

层号

②

③

④

⑤

⑥

⑦

桩周土侧阻力特征值(kpa)

9

11

10

8

13

16

桩端未经修正的承载力特征值(kpa)

 

 

 

 

150

200

高压旋喷桩桩基设计参数

层号

②

③

④

⑤

⑥

⑦

桩周土侧阻力特征值(kpa)

17

22

21

20

24

30

桩端未经修正的承载力特征值(kpa)

 

 

 

 

150

200

静压预制桩桩基设计参数：

层号

②

③

④

⑤

⑥

⑦

桩极限侧阻力标准值(kpa)

30

42

40

36

45

57

桩极限端阻力标准值(kpa)

 

 

 

 

2000

3800

3.3、基础方案分析：

根据场地地层结构特点，复合地基或桩基础的入土深度应进入第⑦层中密-密实的细砂为宜，由于场地各建筑物第⑦层细砂出露深度及厚度变化较大，基础桩长应注意按具体建筑物下的地层条件结合上部荷载来确定。

水泥搅拌桩具有施工速度快、成本低等特点，但第⑦层细砂层顶埋深变化较大，水泥土搅拌桩存在着桩长较长，施工困难，难以合理安排施工。高压旋喷桩存在场地污染、大量排浆、桩体有凝固期等不利因素，虽然复合地基通过提高土体强度可减少或降低场地土液化的可能性，但不能消除液化。应与碎石桩相结合，一方面提高地基强度，另一方面可消除液化。但一个场地采用多桩型施工可能会给现场协调、管理带来诸多不便，影响工期，成桩质量不易保证。采用预制静压桩施工质量容易保证，提供的单桩承载力较高，承桩效率高，无噪音、无污染，且可消除液化，但第⑦层细砂出露深度及厚度变化较大，施工过程中可能会遇到因桩长变化较大而带来的麻烦。另外，由于杂填土厚薄不均，个别地方基底标高不能到达持力层，采用水泥搅拌桩或高压旋喷桩宜不能合适处理基础底标高问题。而采用PHC管桩则不受此问题限制。综合考虑，采用PHC管桩，施工质量安全可靠，施工场地环保，施工便捷，基础设计经济合理，最终确定采用PHC管桩。不足之处是场地持力层为砂土层，个别地方沉桩困难，应合理安排施工，采取有效措施，保证有效桩长满足设计要求。如可采用预钻孔技术，先行钻出1/3桩孔，1/3有效桩长，再按设计桩径进行施工，保证有效桩长。亦可采取其他有效工艺措施，来合理安排施工。

 3.4、单桩承载力分析：

JGJ94-2008第5.3.5条， ;

考虑到场地变化较大，以C09楼为例，计算单桩极限承载力为：

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；按上述计算，单桩承载力特征值为375KN；

考虑到临近场地静压管桩资料，采用 300管桩，有效桩长L=12m时，实测其单桩承载力特征值为650-700KN，采用PC-A400，有效桩长L=9.5m时，其单桩承载力特征值达800KN；综上所述，虽然理论计算其单桩承载力偏低，但类似场地工程经验也可作为参考，最终决定以试桩结果来证实。

最终，整项工程试桩及最终工程桩均满足单桩承载力特征值为650KN；满足设计要求。

4、设计施工注意问题：

4.1、 本工程采用预应力高强混凝土管桩(PHC桩),直径均为300mm,单桩竖向承载力特征值为650kN,桩端持力层为第⑦层细砂层,桩端进入持力层大于1.2m；PHC的编号为PHC-AB300(70)-L，具体配筋和有关连接构造详03SG409；

工程桩施工前，应先做试桩，待低应变及静载荷试验达到设计要求后，方可进行工程桩施工。

4.2、施工注意事项：

a) 接桩位置不得位于③ ④层土层中。

b) 应适当控制压桩速度,以减小地基土的隆起与挤压。

c) 对复压的要求：停桩前应进行复压,复压次数应根据现场情况而定，不应小于二次，桩基终压完成后，应定时进行桩顶标高观测，发现上浮桩，再进行一到二次复压。

4.3、桩基检测按<<建筑基桩检测技术规范>>(JGJ106-2003)规定执行，本工程应采用堆载法进行单桩承载力检测，并进行桩身完整性检测。

工程桩施工完毕后，本项目二十多栋多层桩基经抗压静载检测，试验仪器为JCQ-503A静力荷载测试仪及配套装置，单桩竖向抗压极限承载力统计值为1300KN；单桩竖向抗压承载力特征值为650KN，最大沉降量为30mm。

低应变检测试验仪器为中国建研院地基所生产的C6型BETC基桩分析系统，试验捶击装置为力棒。分析方法采用时域、频域等方法综合分析。桩身平均波速取4200m/s。最终检测所有基桩完整性的分类为I类。均满足设计要求。

4.4、桩基设计如下：桩为单排桩布置，有效桩长13米左右，桩间距为1.2米左右，布置于基础承台梁下部，承台梁尺寸为450x550；单桩锚入承台梁50；                                        

5、结语：

通过该工程的设计实践，可以看到，基础设计施工前的方案对比很重要，我们要综合安全经济适用等各种因素，合理确定基础桩基方案。

针对PHC高强度预应力混凝土管桩，首先，施工优越性明显；PHC桩身采用工厂制造，质量安全可靠，施工安全简单，静压式施工无噪音干扰，施工现场洁净环保，无大量泥浆沉渣等，一般桩基检测小应变桩身质量均为优良；其次，在多层建筑中，由于其单桩承载力高，桩径小，设计适当时可以单排布置于基础承台梁下，基础部分仅有承台梁结构，施工便捷，明显降低基础工程造价；

不足之处是高强度预应力混凝土管桩按规范计算单桩承载力偏小，需要结合现场进行试桩来确定；相信随着工程经验的积累，结合试桩Q－s曲线等综合分析对比，基桩设计的地质参数在原设计取值的基础上还可以进一步提高，逐步做出适当修正。

具体施工中，由于常常遇到砂层，会出现沉桩困难、桩长过短等问题，需要我们不断摸索施工经验，提高技术水平，采用技术措施来满足设计要求，如适当采用预钻孔技术等。

相信在工程技术人员的努力下，一定会更好的促进高强度预应力管桩的应用和发展。