高強預應力管樁在多高層建筑基礎設計中的應用
發布時間：2010-01-14 共1頁
一、前 言
經過近幾年的實踐，高強度預應力混凝土管樁（ＰＨＣ）以其樁身混凝土強度高，適應性廣，耐沖擊性能好，穿透力強，具有承載力高，抗彎抗裂性能好，施工快捷、方便，質量穩定可靠，耐久性好等優點，而被廣泛應用于高層建筑基礎。
二、工程概況
增城市婦幼保健院門診樓，占地面積約550平方米，呈“▃”字形，共計九層。首層樓高5.0米，為侯診廳；二～九層為各門診科室，層高二層3.5米，天面層設有水池、洗衣房。結構采用框架結構。該建筑物按規范規定為二級建筑物，抗震等級為三級，抗震設防烈度為6度。場地為舊房拆除地，并已清理成平整的場地。
三、場地工程地質狀況
通過鉆探揭露，場區上部為第四系覆蓋土層，下伏為震旦系片麻巖風化層。第四系覆蓋土層由人工堆積，沖積和殘積層組成，厚度可達30－40米，土質均勻。
地層由上至下分別為：
（１）填土：灰白色，濕，軟弱，由粉土堆填，屬高壓縮性土，工程性能差，層厚4.6米。
（２）粘土：磚紅色，花斑狀，可塑，質純，粘滑。屬中壓縮性土，工程性能差，層厚1.3~4.9米。
（３）細砂：土黃色，飽水，松散，含量粉粘粒。層厚6.1~7.0米
（４）粉質粘土：灰色，粘滑，軟塑，為沖擊土。屬中壓縮性土，工程性能差，層厚1.2～2.5米
（５）粉砂：灰黑色，松散，飽和，總體略軟弱，局部為粉土。屬中壓縮性土，工程性能差，層厚1.7～4.7米。
（６）礫砂：土黃色，飽水，中密－密實，含細礫石：0.2－0.5厘米小，呈次圓次棱角形，成分以石英、硅質巖為主，含量差別（10%－70%）。可作為多層建筑樁端持力層，層厚7.3~11.9米。
（７）a、砂質粘性土：灰褐色，稍濕－濕，以硬塑為主，上部較軟，往下漸硬，底部近風化花崗巖，原巖結構清晰，含砂量不，含親水礦物，遇水易軟化、膨脹。為較為理想的樁端持力層，層厚于4.1米。b、ZK2鉆孔揭露為砂質粘性土：褐黃色，稍濕－濕，硬塑－堅硬。花崗巖全風化形成的未經搬運的殘積土。底部為全風化巖。為較為理想的樁端持力層，該層未揭示。
四、基礎方案
（１）本工程選用高強預應力混凝土管樁（ＰＨＣ），直徑為D=400，壁厚為125，C80高強預應力混凝土管樁樁身容許承載力為［Ｒ］＝1800kPa，承載力標準值Rk=1800kN，樁長約17~20米，以沖積沙礫層為樁端持力層，樁端進入持力層1.0米。接樁采用焊接，樁頭錨入承臺內100，在樁頭內插入4Ф22,長2.0米，其中1.0米。錨入樁內并澆C30混凝土封堵。
（２）單樁承載力的確定：高強預應力混凝土管樁單樁豎向承載力是按樁身額定強度來確定，利用經驗公式進行估算，通過現場靜荷載試驗確定。管樁因管樁外徑、壁厚、混凝土強度等級等因素而承載力不同。樁身額定強度，上海《地基基礎設計規范》DBJ08-11-89采用了美國UBC和ACI的計算公式形式，樁身結構強度按下式驗算：
σ≤(0.20～0.25)R－0.27σpc
式中σ 樁身垂直壓應力，單位同R；
R 邊長為20cm的混凝土立方體試塊的極限抗壓強度；
σpc 樁身截面上混凝土有效預加應力。
我國管樁生產廠家流行的算式是套用日本和英國的公式，即
Rb＝1/4(fc－σpc )·A
式中Rb管樁樁身額定承載力；
fc 管樁樁身混凝土設計強度，如C80時，取fc＝80Mpa；
σpc 樁身有效預壓應力；
A 樁身有效橫截面積。
廣東建設實業集團公司副總工王離高工提出了華南地區管樁單樁豎向承載力標準值的經驗公式：
Rk=100NAp+UpΣqsiLi
式中Rk 管樁豎向承載力標準值；
N 樁端處強風化巖的標貫值；
Ap 樁尖（封口）投影面積；
Up 管樁樁身外周長；
Li 各土層劃分的各段樁長；
qsi 樁周土的摩擦力標準值，按GBJ7-89規范附錄十五所列數值的上限（高值）取用，強風化巖的qs值取150kPa。
公式適用范圍：
（１）管樁樁尖必須進入N≥50的強風化層，當N＞60時，取N=60
（２）當計算出來的Rk于樁身額定承載力Rb 時，取Rk為額定承載力Rb。由于管樁單樁豎向承載力設計值在3500kN以下，因此多數工程都是以靜荷載試驗來確定其承載力。
單樁承載力根據廣東省《預應力管樁基礎技術規程》（征求意見稿）估算。
按照該規程公式：
Rk=rsusqsiLi+rpqpAp
式中Rk 單樁承載力標準值（kN）；
rs 樁周土摩擦力調整系數；
us 樁身周長（m）；
qsi 樁周土摩擦力標準值(kN/m2)；
Li 各土層劃分的各段樁長(m)；
rs 樁端土承載力調整系數；
qp 樁端土承載力標準值(kN/m2)；
Ap 樁身橫截面積(m2)。
（３） 由于工期較緊，而且附近有已完成的相似的基礎工程可參考，所以采用按照華南地區經驗公式計算所得的單樁豎向承載力Rk=1800kN作為本工程所采用的單樁承載力。在打樁過程中采用PDA應變作為輔助觀察，以有效的控制樁的貫入度，進而保證質量。由于該工程地處城區，又是醫院，不適宜進行打入式施工，故采用YZY-240靜力壓樁機入樁施工，以樁長為主、按設計荷載2倍的壓力壓下時，卸載后復壓1~2次的最后貫入度為輔的雙控指標。待基礎工程施工完畢后，再按實際情況依照《建筑樁基技術》（JGJ94-94）的要求進行靜荷載試驗檢驗單樁承載力。
五、樁的檢測
（１）樁基質量無損檢查：本工程共抽16根樁（占總樁數的15%）采用低應變動力檢測反射波法進行檢測。檢測的目的主要通過動測方法檢查樁基的質量，包括樁身的完整性（樁身斷裂、樁身各節的連接情況）及混凝土的質量（混凝土的膠結情況）和動測推算單樁承載力等。檢測的16根樁，實測縱波波形曲線規律性較好，未見明顯的樁間反射波異常，且均可觀測到樁底反射波信號，表明這16根樁樁身完整，連接良好，未出現明顯的樁身質量問題（檢測結果表略），動測推算的整樁混凝土的平均抗壓強度及單樁承載力能達到設計要求，均評為一類樁即良好樁。
（２）靜荷載試驗全部采用工程樁進行，在考慮了動測結果、施工情況、平面分布等因素后，選取了下列三根樁進行試樁。三根樁的靜載均是加荷至2.0[Rk]時停止加載試驗。
結果表明：三根樁在各荷載的作用下，樁頂沉降量較小，而且Q－s曲線平穩，說明承載力達到設計要求。但卸載后，發現沉降的回彈力偏小。
六、小結
通過該工程的設計實踐，基本上掌握了高強度預應力混凝土管樁在增城地區的地質參數和基本控制條件。由試樁Q－s曲線等綜合分析對比后，認為該基樁設計的地質參數在原設計取值的基礎上還可以進一步提高，在樁施打過程中，控制貫入度小于30（YZY-240靜力壓樁機）的要求不是十分合理，最后貫入度的取值與壓樁荷載、落距、樁長、樁的直徑及地質構造等條件、樁端進入持力層的厚度、樁的承載力等因素有關，對此還須在實踐中加以摸索。
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經過近幾年的實踐，高強度預應力混凝土管樁（ＰＨＣ）以其樁身混凝土強度高，適應性廣，耐沖擊性能好，穿透力強，具有承載力高，抗彎抗裂性能好，施工快捷、方便，質量穩定可靠，耐久性好等優點，而被廣泛應用于高層建筑基礎。
二、工程概況
增城市婦幼保健院門診樓，占地面積約550平方米，呈“▃”字形，共計九層。首層樓高5.0米，為侯診廳；二～九層為各門診科室，層高二層3.5米，天面層設有水池、洗衣房。結構采用框架結構。該建筑物按規范規定為二級建筑物，抗震等級為三級，抗震設防烈度為6度。場地為舊房拆除地，并已清理成平整的場地。
三、場地工程地質狀況
通過鉆探揭露，場區上部為第四系覆蓋土層，下伏為震旦系片麻巖風化層。第四系覆蓋土層由人工堆積，沖積和殘積層組成，厚度可達30－40米，土質均勻。
地層由上至下分別為：
（１）填土：灰白色，濕，軟弱，由粉土堆填，屬高壓縮性土，工程性能差，層厚4.6米。
（２）粘土：磚紅色，花斑狀，可塑，質純，粘滑。屬中壓縮性土，工程性能差，層厚1.3~4.9米。
（３）細砂：土黃色，飽水，松散，含量粉粘粒。層厚6.1~7.0米
（４）粉質粘土：灰色，粘滑，軟塑，為沖擊土。屬中壓縮性土，工程性能差，層厚1.2～2.5米
（５）粉砂：灰黑色，松散，飽和，總體略軟弱，局部為粉土。屬中壓縮性土，工程性能差，層厚1.7～4.7米。
（６）礫砂：土黃色，飽水，中密－密實，含細礫石：0.2－0.5厘米小，呈次圓次棱角形，成分以石英、硅質巖為主，含量差別（10%－70%）。可作為多層建筑樁端持力層，層厚7.3~11.9米。
（７）a、砂質粘性土：灰褐色，稍濕－濕，以硬塑為主，上部較軟，往下漸硬，底部近風化花崗巖，原巖結構清晰，含砂量不，含親水礦物，遇水易軟化、膨脹。為較為理想的樁端持力層，層厚于4.1米。b、ZK2鉆孔揭露為砂質粘性土：褐黃色，稍濕－濕，硬塑－堅硬。花崗巖全風化形成的未經搬運的殘積土。底部為全風化巖。為較為理想的樁端持力層，該層未揭示。
四、基礎方案
（１）本工程選用高強預應力混凝土管樁（ＰＨＣ），直徑為D=400，壁厚為125，C80高強預應力混凝土管樁樁身容許承載力為［Ｒ］＝1800kPa，承載力標準值Rk=1800kN，樁長約17~20米，以沖積沙礫層為樁端持力層，樁端進入持力層1.0米。接樁采用焊接，樁頭錨入承臺內100，在樁頭內插入4Ф22,長2.0米，其中1.0米。錨入樁內并澆C30混凝土封堵。
（２）單樁承載力的確定：高強預應力混凝土管樁單樁豎向承載力是按樁身額定強度來確定，利用經驗公式進行估算，通過現場靜荷載試驗確定。管樁因管樁外徑、壁厚、混凝土強度等級等因素而承載力不同。樁身額定強度，上海《地基基礎設計規范》DBJ08-11-89采用了美國UBC和ACI的計算公式形式，樁身結構強度按下式驗算：
σ≤(0.20～0.25)R－0.27σpc
式中σ 樁身垂直壓應力，單位同R；
R 邊長為20cm的混凝土立方體試塊的極限抗壓強度；
σpc 樁身截面上混凝土有效預加應力。
我國管樁生產廠家流行的算式是套用日本和英國的公式，即
Rb＝1/4(fc－σpc )·A
式中Rb管樁樁身額定承載力；
fc 管樁樁身混凝土設計強度，如C80時，取fc＝80Mpa；
σpc 樁身有效預壓應力；
A 樁身有效橫截面積。
廣東建設實業集團公司副總工王離高工提出了華南地區管樁單樁豎向承載力標準值的經驗公式：
Rk=100NAp+UpΣqsiLi
式中Rk 管樁豎向承載力標準值；
N 樁端處強風化巖的標貫值；
Ap 樁尖（封口）投影面積；
Up 管樁樁身外周長；
Li 各土層劃分的各段樁長；
qsi 樁周土的摩擦力標準值，按GBJ7-89規范附錄十五所列數值的上限（高值）取用，強風化巖的qs值取150kPa。
公式適用范圍：
（１）管樁樁尖必須進入N≥50的強風化層，當N＞60時，取N=60
（２）當計算出來的Rk于樁身額定承載力Rb 時，取Rk為額定承載力Rb。由于管樁單樁豎向承載力設計值在3500kN以下，因此多數工程都是以靜荷載試驗來確定其承載力。
單樁承載力根據廣東省《預應力管樁基礎技術規程》（征求意見稿）估算。
按照該規程公式：
Rk=rsusqsiLi+rpqpAp
式中Rk 單樁承載力標準值（kN）；
rs 樁周土摩擦力調整系數；
us 樁身周長（m）；
qsi 樁周土摩擦力標準值(kN/m2)；
Li 各土層劃分的各段樁長(m)；
rs 樁端土承載力調整系數；
qp 樁端土承載力標準值(kN/m2)；
Ap 樁身橫截面積(m2)。
（３） 由于工期較緊，而且附近有已完成的相似的基礎工程可參考，所以采用按照華南地區經驗公式計算所得的單樁豎向承載力Rk=1800kN作為本工程所采用的單樁承載力。在打樁過程中采用PDA應變作為輔助觀察，以有效的控制樁的貫入度，進而保證質量。由于該工程地處城區，又是醫院，不適宜進行打入式施工，故采用YZY-240靜力壓樁機入樁施工，以樁長為主、按設計荷載2倍的壓力壓下時，卸載后復壓1~2次的最后貫入度為輔的雙控指標。待基礎工程施工完畢后，再按實際情況依照《建筑樁基技術》（JGJ94-94）的要求進行靜荷載試驗檢驗單樁承載力。
五、樁的檢測
（１）樁基質量無損檢查：本工程共抽16根樁（占總樁數的15%）采用低應變動力檢測反射波法進行檢測。檢測的目的主要通過動測方法檢查樁基的質量，包括樁身的完整性（樁身斷裂、樁身各節的連接情況）及混凝土的質量（混凝土的膠結情況）和動測推算單樁承載力等。檢測的16根樁，實測縱波波形曲線規律性較好，未見明顯的樁間反射波異常，且均可觀測到樁底反射波信號，表明這16根樁樁身完整，連接良好，未出現明顯的樁身質量問題（檢測結果表略），動測推算的整樁混凝土的平均抗壓強度及單樁承載力能達到設計要求，均評為一類樁即良好樁。
（２）靜荷載試驗全部采用工程樁進行，在考慮了動測結果、施工情況、平面分布等因素后，選取了下列三根樁進行試樁。三根樁的靜載均是加荷至2.0[Rk]時停止加載試驗。
結果表明：三根樁在各荷載的作用下，樁頂沉降量較小，而且Q－s曲線平穩，說明承載力達到設計要求。但卸載后，發現沉降的回彈力偏小。
六、小結
通過該工程的設計實踐，基本上掌握了高強度預應力混凝土管樁在增城地區的地質參數和基本控制條件。由試樁Q－s曲線等綜合分析對比后，認為該基樁設計的地質參數在原設計取值的基礎上還可以進一步提高，在樁施打過程中，控制貫入度小于30（YZY-240靜力壓樁機）的要求不是十分合理，最后貫入度的取值與壓樁荷載、落距、樁長、樁的直徑及地質構造等條件、樁端進入持力層的厚度、樁的承載力等因素有關，對此還須在實踐中加以摸索。
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