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PHC管桩在软基地质梁场建设应用技术

发表时间：2020/9/23 来源：《基层建设》2020年第17期作者：李香海1 李明2

[导读] 摘要：PHC管桩广泛应用于高层建筑地基，具有单桩竖向承载力高、抗弯性能好、抗裂抗冲击、穿透力强、施工方便快捷、桩身质量稳定可靠等优点。

        1中交一公局第七公路工程局有限公司河南郑州 451450
        2中交广州航道局有限公司广东广州 510290
        摘要：PHC管桩广泛应用于高层建筑地基，具有单桩竖向承载力高、抗弯性能好、抗裂抗冲击、穿透力强、施工方便快捷、桩身质量稳定可靠等优点。在对太原市某地区PHC管桩施工进行比较的基础上，结合试验桩的结果和经济性，探讨了在复杂地基条件下高层建筑中PHC管桩的合理使用（8度湿陷性黄土地区）以及施工过程中的可行性和注意事项。
        关键词：PHC管桩；软基地质；应用
        前言
        20世纪80年代我国从日本等发达国家全套引入PHC管桩预制技术和生产线，并通过自主创新研制生产国产化的PHC管桩。20世纪90年代末，被原建设部列为重点推广新产品，由于其优异的经济性和适用性，PHC管的应用范围扩大到工业与民用建筑、市政、冶金、港口码头、机场等各类建筑物和构筑物的基础工程中。因地质条件适合管桩的使用特点，长江三角洲和珠江三角洲地区管桩的需求量急剧增加。对于在市区内部或建筑比较密集的环保要求较高的地区，用静压法施工PHC管桩的新建或改造工程更具有优越的社会效益。
        1PHC管桩应用特点
        1.1质量可靠可控，单桩承载力高
        PHC管桩是由预应力高强混凝土高速离心成型和二次湿热养护工艺工厂化制作的空心筒体细长混凝土预制构件，其桩身质量易于控制和检查，抗压、抗弯性能好，质量可靠，桩身承载力比其他桩种高2～5倍。静压法沉桩慢速均匀加载压力，无冲击和反射应力波，对桩身冲击应力小，易保证施工质量[1]。压桩力可通过压力表直观、准确地反映，对桩体承载力的控制及判断精确度高。桩身混凝土强度高，可打入密实砂层和强风化岩层，在有周围土地挤压作用的情况下，桩端承载力可比原状土质提高60%～75%，桩侧摩阻力提高20%～40%。
        1.2施工速度快，建设投资周期短
        PHC管桩是工厂预制构件，采用高压蒸汽养护，生产周期短（3～5d出厂），可提前批量生产不占用施工养护周期。在普通场地和地质条件下，静压法2～3min可压入10m长的1根管桩，1台桩机每日可压入350m长的管桩。PHC管桩的桩尖桩头、接桩焊接、管桩倒运及移动桩机等衔接过程是主要的耗时工作。沉桩完成桩体即可达到最终承载力的80%以上。
        1.3环境污染少，安全环保，对周边影响小
        静压法使用电力全液压桩机驱动操作，相对其他桩种施工，成品桩不产生振动和噪声污染，无泥浆乱流、尘土飞扬等污染，机械化程度高。缓慢匀速压入对土体振动小，但因存在部分挤土效应而引起孔隙水压力，会对周边环境产生一定影响。
        1.4适应性好，应用广泛
        PHC管桩可穿透普通软土层及粉砂粘土层，在第一根桩端部加开口型桩尖可减少挤土效应，遇软硬不均、上软下硬、软硬突变土层穿透能力更优，其桩体完整性与工程安全质量更有保障。单节桩段长度为3～15m，配桩灵活、成桩长度自由不受限制，运输吊装便利，采用普通气体保护电焊机即可在现场迅速接驳。
        1.5造价低，材料损耗小，经济效益高
        PHC管桩强度高，耐久性好，单桩承载力大，静压施工对桩身破坏小，工期可控，送桩双控到位率高，截桩少，污染小，造价可比其他桩种节省约30%。
        2工程概况
        某项目，建设场地为高层住宅小区，主要由地上18层、20层等共26栋高层建筑组成，地下均为二层，结构形式为剪力墙结构。抗震设防烈度：8度，设计基本地震加速值：0.2g；设计地震分组为第二组。

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地质条件复杂，本场地为非自重湿陷性场地(湿陷等级Ⅰ级)；湿陷土层分布在第二层湿陷性粉土中，自然地基承载力为120KPa，考虑到深度修正后仍不能满足设计承载力要求，且地基土存在湿陷性，应对地基进行处理。
        3地基处理方案的确定
        3.1灰土挤密桩+CFG桩
        按照场地情形和湿陷性场地处理实践经验，本工程采用多元复合地基处理设计方案，即先用灰土挤密桩处理，消除湿陷的同时提高承载力，然后插打CFG刚性桩。复合地基工程造价低，现场按照此方案进行试桩，先施工灰土挤密桩处理湿陷，但在采用柴油锤成孔过程中发现塌孔现象，对地基土“加湿”后，效果不好，无法解决塌孔问题。根据地勘报告及现场土层情况来看，本场地第2层湿陷性粉土层中混夹粉砂、细砂薄层，呈稍密状态，具中等压缩性。采用机械洛阳铲成孔，虽然能避免出现塌孔，但由于土质较硬，成孔非常困难，导致整体工程进度推迟。
        3.2高层剪力墙住宅楼桩基础（高强预应力管桩）
        根据承载力和湿陷处理要求，高层住宅采用桩基础(PHC管桩+承台梁基础+防水板)；根据8度区规范使用要求，管桩采用PHC-AB500(125)。有效单桩竖向抗压承载力特征值为1800～1900kN，试桩选用静压法沉桩工艺技术，以控制桩长为主，控制终止压力为辅。接桩采用焊接，桩头锚入承台内50mm，在桩头内插入钢筋，并浇筑C35微膨胀混凝土封堵。PHC管桩质量稳定，性能可靠；施工速度快，工效高，工期短。一般能缩短工期1～2月。
        3.3也可采用钢筋混凝土灌注桩+承台梁基础+防水板的基础+防水板的基础形式，但施工进度慢工程造价相对较高。
        综上所述，依据地质情况、经济成本、施工工期和可行性，经专家论证后本工程采用PHC管桩。
        4通过场外试验确定单桩竖向抗压承载力
        在8度区管桩釆用PHC-AB500(125)管桩，根据图集中得知其桩身允许竖向极限承载力为5482kN。有效桩长预估24m，桩端以第14层粉质黏土作为持力层，根据地勘报告提供参数，经计算单桩极限承载力2486kN,单桩竖向承载力特征值RA=1243kN。
        在正式工程桩施工前，桩基施工方对桩长进行了优化处理，在场外做了三组试桩，有效桩长为22m，对其进行了单桩竖向静载荷试验，确定了单桩竖向极限承载力，并对桩身的完整性进行了测试。试验是用液压千斤顶进行的。荷载用并联于千斤顶MPM420-2可程控压力变送器直接测定油压；采用BWS3CA-50mm位移传感器测量试验桩的沉降量。试验采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级按360kN加载，第一级加载720kN，每级加载施加后按第间隔固定时间读取桩顶沉降量。在荷载相对稳定后，增加荷载，直到荷载条件终止时达到最大荷载3600kN，桩顶沉降达到相对稳定的标准。
        经试验测得单桩竖向极限承载力值分别为4000kN,3600kN,3600kN,对应的累积沉降为10.15mm,10.64mm,9.89mm,Q-s曲线未出现陡降型，取平均单桩竖向抗压承载力特征值为1866kN。桩身完整性检测均为一类桩。根据上述试桩结果，结合类似局部地质条件的承载力值，最终确定单桩承载力的特征值为1800kN。工程桩按22m有效桩长设计，后续工程桩检测仍满足设计要求。依据地质报告参数推算的单桩竖向承载力特征值为1243kN,试桩所得的单桩承载力特征值l8OOkN,计算和实际情况还是有一定差距。因此，根据规范要求，工程桩施工前必须进行试桩，试桩结果为设计提供依据。
        结束语
        由此可见，桩基础设计过程中，根据规范要求在本场地进行试桩是非常必要的，试桩为本工程单桩承载力设计提供依据，使得设计方案更加合理，经济。
        参考文献：
        [1]贾志刚，刘凌云．王鸿飞．PHC管桩承载力试验分析[J]．煤炭工程，2008,55(8):96-98.
        [2]龚晓南．复合地基设计和施工指南[M]．北京:人民交通出版社，2003.