PHC管桩在复杂地基条件下的设计与施工应用

杨 睿

（太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002）

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。

1 工程概况

太原火车南站附近某项目，建设场地设在太原市小店区。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，设计基本地震加速度值：0.2g；设计地震分组为第二组。场地地貌单元为汾河东岸二级阶地与东山山前倾斜平原的结合带。

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。

2 地基处理方案的确定

2.1 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。

2.2 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。

2.3 也可采用钢筋混凝土灌注桩+承台梁基础+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。

3 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360 kN 加载，第一级加载720 kN，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。现阶段的桩基设计过程中，建设方往往为了施工进度，节约成本，按照设计单位提供的桩长及单桩承载力直接开展桩基施工，等工程桩施工完后再随机挑选工程桩进行单桩静荷载试验。这个过程往往会承担相应风险，倘若检测结果符合设计要求，则顺利验收通过，否则工程桩已施工完毕，承载力不够对本工程地基处理造成极大困难，对于设计方来说可能需要重新去设计，修改基础形式，对于施工方则会面临机械无法进场、补桩困难等。对于建设方来说是得不偿失。

通过大量试桩检测经验，可知大多数桩的实际承载力大于计算值，当地基土不均匀、现场地质情况与勘察报告不符的情况下，不进行试桩而是直接进行工程桩施工将给工程造成较大的困难且引发不必要的浪费。例如本场地26 号楼根据地勘报告推算采用29m 长的管桩，单桩承载力极限标准值约为3700kN,采用静压工艺，实际施工中有一个单元范围内每根桩都压至5000kN 而未达到预定深度(有效桩长只有26m)，而此时已接近预制桩的桩身强度，如果按设计桩长要求施工，则可能会出现爆桩，经讨论分析，此部分土层中有粉细砂夹层，很难穿透，后续施工中每根桩都进行了截桩，通过静载荷试验在本单元范围内增加三根桩(未达设计标高的工程桩)进行检测，均满足设计要求。如果施工前进行试桩，工程桩有效桩长则会至少减少3m，避免了不必要的浪费。

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。

4 桩基检测注意的问题

静压法施工时每根桩的承载力可通过压力表中的压桩力反应出来。在某种程度上变相为单桩承载力检测提供依据，但也有特殊情况。在高度敏的土地上施工PHC 管桩时，经常会发生单桩达到设计标高，但压力表中压桩力未达到设计承载力的情况且相差很多；例如本场地20-24 号楼，在压桩过程中发现，中间土质较软，当桩长达到设计标高时，压力表中数据只有单桩承载力的2/3，经过长时间放置以后(超过管桩达到设计龄期)，对PHC 桩进行检测，承载力满足设计要求。经研究发现在高敏感土中进行PHC 管桩静压施工时，管桩周围的土受到外力的因素，土中孔隙水压力增大，管桩周围的土被隆起，土体发生剪切破坏，降低了土的侧阻力。此时，桩在外力作用下很容易下沉，也就说明了压力表中的压桩力为什么减小。从静压桩施工过程中来看，其阻力主要是桩端阻力，虽然是摩擦型桩，但侧摩阻力较小。静压桩施工后，放置一段时间，土体孔隙水压力慢慢消散，之后重新固结，抗剪强度逐步恢复。PHC 管桩达到设计龄期25 天或者更长时间后，承载力逐步恢复到极限承载力。因此，桩的承载力测试应在桩施工完成后25 天或者更长时间进行。

5 结束语

从PHC 管桩的设计与施工中可以总结出，PHC 管桩具有单桩承载力高，质量可靠、施工工期短，节约成本，环保等优越性。因此，在地质条件复杂的情况下，应先进行桩基试验(试桩)，才能确定最合理、最经济的地基处理方案。