伍德挺

(世茂集團海峽發(fā)展公司 福建廈門 361000)

0 引言

龍巖市位于福建省西南部，是我國巖溶發(fā)育最為強烈的地區(qū)之一，下伏地層中的灰?guī)r分布范圍較廣，主要有棲霞組灰?guī)r及石炭系黃龍組灰?guī)r。龍巖地區(qū)已建成及在建高層項目中絕大多數(shù)的基礎(chǔ)類型為鉆(沖)孔灌注樁[1]。

預(yù)應(yīng)力超高強混凝土管樁具有樁身質(zhì)量好、單樁承載力高及成樁質(zhì)量可靠等優(yōu)點，同時又具備施工速度快，造價低廉，符合節(jié)能減排及文明施工等要求[2-3]。

預(yù)應(yīng)力超高強混凝土管樁在巖溶地區(qū)的結(jié)合與應(yīng)用為本文探討的重點。

1 溶巖地區(qū)特點

龍巖盆地處于地殼相對穩(wěn)定地塊，所發(fā)育巖溶以水平向巖溶為主，其溶洞發(fā)育深度與既定的排水基準(zhǔn)面相適應(yīng)，該基準(zhǔn)面是巖溶水長期作用的結(jié)果，場地溶洞是特定地質(zhì)歷史時期的產(chǎn)物。當(dāng)受到地震力或其他較大外部荷載作用，或巖溶承壓水水頭產(chǎn)生異常突變，均可能破壞溶洞頂板或側(cè)壁穩(wěn)定性，進而影響地基和場地穩(wěn)定性。

巖溶基巖發(fā)育，溶洞高度變化大，大部分溶洞中有無充填至全充填，充填物為含(角礫)碎石粉質(zhì)粘土。且部分灰?guī)r頂面，常有土洞，高度變化大。

2 鉆(沖)孔灌注樁在溶巖地區(qū)應(yīng)用的局限性

鉆(沖)孔灌注樁在溶巖地區(qū)雖然具有成樁效果好、質(zhì)量可控等優(yōu)點，但也有施工工期較長，施工成本較高等不利因素。

3 預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁(PHC)在溶巖地區(qū)應(yīng)用的局限性

龍巖市巖溶地區(qū)為沖洪積地層，主要有粘性土、含(角礫)碎石粉質(zhì) 粘土、砂類土、碎石土、次生紅粘土，且地層厚度變化大。因此對打入式基樁的入土要求較高，特別是在控制最大壓樁力下的入土深度難以滿足設(shè)計要求[4]。故本文探討在提升最大樁身強度情況下，預(yù)應(yīng)力超高強混凝土管樁在巖溶地質(zhì)下的應(yīng)用。

4 項目簡介

項目位于龍巖市，地下一層，地上建筑以高層住宅為主，分別為26層、24層、22層，為剪力墻結(jié)構(gòu)。

4.1 基礎(chǔ)選型

該項目場地巖土層在鉆孔揭露深度范圍內(nèi)的巖土層按成因、形成順序和巖性差異，將場地地層分為第四系土層和下伏基巖兩大類，現(xiàn)按層序分述如下(表1)：①-1雜填土、①-2素填土、②卵石、③粉質(zhì)黏土、④-1含角礫粉質(zhì)粘土、④-2含卵石粉質(zhì)粘土、⑤全風(fēng)化灰?guī)r、⑥強風(fēng)化灰?guī)r、⑦1破碎灰?guī)r、⑦中風(fēng)化灰?guī)r，如表1所示。

根據(jù)本次鉆探揭露，中風(fēng)化基巖巖面變化大，巖面呈陡坡狀、凹槽狀、漏斗狀、石筍狀。

表1 樁基設(shè)計參數(shù)初步建議值一覽表

土洞：在土層與石灰?guī)r接觸帶附近，由于長期受到巖溶地下水潛蝕和浸泡作用影響，使得土體呈可塑或軟塑狀，并產(chǎn)生塌落，被水流遷移，進而形成土洞。本場地位于巖溶地區(qū)，土洞發(fā)育普遍，本次勘察在40個鉆孔揭露土洞，土洞內(nèi)一般充填有流塑～軟塑狀含角礫黏性土或碎石混角礫。

圖1 典型地質(zhì)剖面圖

溶洞：本場地灰?guī)r巖溶發(fā)育，19個鉆孔共揭露23個溶洞，部分鉆孔揭露洞體成串分布，所揭露的溶洞為淺覆蓋～深覆蓋型溶洞，洞高一般0.1 m～3.50 m。大多數(shù)溶洞為全充填型，充填物為松散碎石、角礫及流塑～軟塑狀黏性土。土層分布如圖1所示。

綜合分析，覆蓋層很厚，覆蓋層與巖層界面無流塑狀黏土層，個別孔有埋藏深度較深且洞高較小的土洞及溶洞，初步預(yù)判嘗試采用預(yù)制樁和鉆(沖)孔灌注樁。

灌注樁方案以中風(fēng)化灰?guī)r⑦作為持力層，入巖深度0.5 m，平均樁長40 m～75.6 m，嵌巖樁。

預(yù)制樁方案采用常用高強預(yù)應(yīng)力管樁及超高強預(yù)應(yīng)力管樁，本工程采用PHC-500(125)-AB型高強預(yù)應(yīng)力管樁、UHC-500(125)-Ⅱ型超高強管樁對比分析。以含卵石粉質(zhì)黏土④-2作為持力層，預(yù)估樁長30 m～45 m，端承摩擦樁。

4.2 現(xiàn)場試樁

根據(jù)勘察報告及綜合對比分析，本項目擬優(yōu)先采用UHC-500(125)-Ⅱ型管樁方案試樁，并進行試驗性靜載試驗，以判斷UHC-500(125)-Ⅱ型管樁穿越場地的適應(yīng)性，進而再確定單樁豎向承載力。

(1)試打樁

根據(jù)地質(zhì)條件及上部結(jié)構(gòu)特點，選取6個鉆孔處進行試打樁(1#、4#試樁由于現(xiàn)場配樁長度不夠，終壓力未達到設(shè)計要求，其余均達到設(shè)計要求),要求終壓力6100 kN, 終壓力均達到設(shè)計要求，其中試打樁記錄如表2～表3所示。

表2 預(yù)制鋼筋混凝土管樁施工記錄一

表3 預(yù)制鋼筋混凝土管樁施工記錄二

由于采用預(yù)制樁需進入密實的含卵石粉質(zhì)黏土④-2較深深度，而6#-2#樁為高強預(yù)應(yīng)力管樁，進行此樁試樁時，當(dāng)壓力到達PHC最大壓樁力5018 kN時，入土樁長約為28 m，進入含卵石粉質(zhì)黏土④-2較短，約為14 m。而同位地堪點上的6#-2#樁為超高強應(yīng)力管樁，入土樁長為34 m，進入含卵石粉質(zhì)黏土④-2較長，約為20 m。

同時上述表格顯示，采用高強預(yù)應(yīng)力管樁時，入土樁長為20 m～35 m，進入含卵石粉質(zhì)黏土④-2較短，約為10 m～20 m。分析認(rèn)為：由于含卵石粉質(zhì)黏土④-2層較為密實，最大壓樁力下，PHC管樁進入含卵石粉質(zhì)黏土④-2較為困難。綜合考慮樁體抗錘擊或抗靜壓能力、穿越密實土層能力、施工中的斷樁率等，排除PHC管樁方案的可行性。

而由于UHC-500(125)-Ⅱ型管樁具有較高樁身強度，繼續(xù)加大壓樁力至6060 kN～6176 kN時，順利進入密實的含卵石粉質(zhì)黏土④-2，并達到一定深度(15 m～30 m)，長度增幅達6 m～15 m。

(2)試驗性靜載

選取試樁進行靜載試驗，試驗荷載最大值5400 kN,靜載試驗通過，如圖2所示。

為此，本文特別提出以下概念：預(yù)制樁的樁身強度設(shè)計值與樁截面積之比。

PHC-500(125)-AB型管樁，3701/(0.52×π/4)=18849 kN/m2。

UHC-500(125)-Ⅱ型管樁，4783/(0.52×π/4)=24372 kN/m2。

圖2 Q-s曲線圖及s-Lgt曲線圖

2種預(yù)制樁單位面積強度比：18849∶24372=1∶1.29，可以反映預(yù)制樁施工階段樁體抗錘擊或抗靜壓的性能，反映施工中預(yù)制樁穿越堅硬土層的能力，也可以間接反映預(yù)制樁施工中的斷樁率，基本符合試樁實際情況。

4.3 成本分析

在現(xiàn)場試樁試驗后，考慮UHC500-Ⅱ-125管樁及D800灌注樁的經(jīng)濟性，進行了成本比選分析，如表4所示。

(1)樁型分析如下：①考慮到地面試樁靜載及安全性考慮，壓樁力控制在6100 kN的情況下，UHC500-Ⅱ-125管樁單樁承載力特征值為2500 kN；②D800灌注樁單樁承載力特征值為5400 kN。

(2)管樁和灌注樁經(jīng)濟性對比如下(其中某棟樓為例)。

表4 樁基選型成本分析表

(3)樁型分析及成本對比結(jié)論：UHC500-Ⅱ-125管樁成本遠遠少于D800灌注樁成本，且根據(jù)試樁數(shù)據(jù)，該項目可采用UHC500-Ⅱ-125管樁。

(4)土溶洞處理方案

該項目地下段地基巖土層內(nèi)溶洞、土洞分布較多， 對土溶洞提出了處理方案。

高層建筑對管樁樁端以下范圍內(nèi)的全部土洞以及管樁樁端以下20 m(對灰?guī)r埋深40 m的可按15 m)深度范圍內(nèi)溶洞(破碎灰?guī)r深度3 m以下的溶洞可不處理)應(yīng)進行處理；土洞、溶洞處理后應(yīng)滿足軟弱下臥層強度驗算要求；對粘土層作為管樁持力層，應(yīng)考慮土層厚度差異及不均勻性的沉降變形影響。土溶洞采用注漿等方式處理，進行工藝性試驗確定注漿工藝及參數(shù)，采用袖閥管注漿。

同時，組織專家召開該項目基礎(chǔ)設(shè)計及土洞溶洞處理方案專家咨詢會，論證此方案的可行性。

最后委托檢測單位采用現(xiàn)場芯樣鉆取，孔身土層芯樣均基本連續(xù)，未發(fā)現(xiàn)新土(溶)洞等下臥層，在鉆進過程中均未出現(xiàn)掉鉆情況，鉆進過程返水正常，鉆檢處埋藏土(溶)洞相關(guān)范圍內(nèi)均可見注漿水泥成分，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗修正擊數(shù)10.5～12.3擊，地基承載力特征值為255～291 kPa，處理土體地基承載力特征值符合設(shè)計要求。

4.4 設(shè)計及施工管控

(1)基礎(chǔ)設(shè)計遵循多方案比選，綜合考慮安全、成本、效率三方面，擇優(yōu)定案。

(2)基礎(chǔ)設(shè)計方案應(yīng)有可靠依據(jù)，如遇無可靠依據(jù)或創(chuàng)新方案時，需有試樁記錄。

(3)施工時應(yīng)全程記錄施工過程，做到一樁一影像記錄，同時復(fù)核壓樁力、樁長等參數(shù)，嚴(yán)格審核樁基檢測報告等。

5 結(jié)語

本文探討了在巖溶地區(qū)預(yù)應(yīng)力超高強混凝土管樁樁基形式，有效解決高強混凝土管樁對場地土層的難以穿透性問題，且相較于灌注樁縮短了施工工期，節(jié)約施工成本。同時，由于高層建筑荷載較大，對地基受力層影響范圍之內(nèi)的溶洞和土洞采取有效注漿加固處理措施。