预应力混凝土管桩在岩溶地区的应用

叶修喜，余安胜

（中机第一设计研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

我国南方地区岩溶地质广泛分布，岩溶地区不良地质作用较发育，地质条件复杂，岩面起伏较大，冲（钻）孔灌注桩是在岩溶地区应用最为广泛的一种桩型。近年来，预应力混凝土管桩在建筑工程中得到广泛的应用。预应力混凝土管桩有质量可靠、施工速度快、经济性好等优点，预应力混凝土管桩应用在岩溶地区也有明显的缺点：断桩率高、桩长变化大、遇溶洞易出现失稳等方面的问题。本文根据工程实践，对预应力混凝土管桩在岩溶地区的应用进行分析探讨，针对不同情况提出应对措施。

2 工程概况

项目位于广东省佛山市，规划用地约18.7×104m2，建筑面积约 12.6×104m2。拟建技术中心、研发楼、专家楼，地上 4～6 层，地下1 层，采用钢筋混凝土框架结构，砌体填充墙围护；拟建厂房1～3 层，单层厂房采用门式刚架结构，多层厂房采用钢框架结构，围护结构采用双层彩钢板。

3 地质情况

3.1 场地工程地质分层及特征

场地地貌单元属于冲积平原。场地地形平坦广阔，原为鱼塘和耕地，现已回填平整，整个场地最大高差0.9m。勘探深度范围内揭露地层主要有：素填土、冲积层（粉质黏土、淤泥、细砂等）、残积层粉质黏土、灰岩，土层具体特性如下。

①素填土：灰黄、浅灰色；松散；成分主要为黏性土及碎石，粒径多为3～10cm，近期回填而成，未经压实，全场分布，厚度 1.0～4.0m。

②粉质黏土：灰黄、浅灰色；湿，可塑；部分表现为黏土，含多量细砂颗粒，黏性较好，干强度中等，冲积成因，承载力特征值 fak=120kPa，局部分布，厚度 0.7～12.5m。

③淤泥质土、淤泥：灰黑；饱和，流塑；含少量腐殖质及多量粉细砂颗粒，黏性好，手捏有滑腻感，局部为含淤泥粉砂，冲积成因，承载力特征值fak=60kPa，局部分布，厚度0.9～10.7m。

④粉细砂：褐黄、浅灰；饱和，松散为主，局部稍密；砂的主要矿物成分为石英，含多量黏粒，局部表现为中砂，级配不良，冲积成因，承载力特征值fak=100kPa，局部分布，厚度1.1～11.5m。

⑤粉质黏土：褐黄、紫褐色；稍湿，硬塑～坚硬；含多量细砂颗粒，局部含圆砾、碎石，粒径一般为2～6cm，局部地段夹多量全、强风化岩块，黏性一般，干强度中等，为砂岩、灰质砾岩完全风化残留产物，遇水易软化，残积成因，承载力特征值fak=200kPa，局部分布，厚度 2.1～14.3m。

⑥1强风化灰岩：深灰、灰色，岩石风化强烈，岩芯多呈半岩半土状，夹少量中等风化岩块，岩质极软，遇水易崩解软化。岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ类，承载力特征值fak=500kPa，局部分布，厚度1.1～14.3m。

⑥2中等风化灰岩：灰黑、深灰色，隐晶质结构、层状构造，主要矿物成分为方解石，含少量炭质，节理裂隙发育，节理面多被方解石岩脉充填，岩芯多呈块状，岩质较硬，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ类，承载力特征值fak=1 700kPa，局部分布，厚度 0.5～7.7m。

⑥3微风化灰岩：灰黑、深灰色，隐晶质结构、层状构造，主要矿物成分为方解石，含少量炭质，节理裂隙发育，多被方解石岩脉全充填，岩芯多呈柱状，少部分为块状，岩质较硬，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ类，承载力特征值fak=3 700kPa，本次勘测未钻穿该层。

3.2 岩溶发育情况

完成的255 个钻孔中有43 个钻孔揭露有溶（土）洞，见洞率16.9%，属溶洞中等～强发育。其中50%的洞隙无充填，其余为半～全充填，洞隙埋深为12.5～31.9m。对于已形成的洞隙，由于地下水位随气候呈季节性升降变化大，场地基岩面起伏变化差异大，地下水的动力条件较强，因此，土洞有加剧向上发展的可能性。这些岩溶的存在对地基的稳定性构成了隐患。

4 基础设计

基坑开挖后基底主要有①素填土、②粉质黏土、③淤泥质土、④粉细砂，上述土层承载力低，力学性质差，不能满足建筑物对天然地基承载力和变形要求。场地下伏基岩为灰岩，岩面起伏大，并发育有土洞和溶洞。因此，对于荷载较大的多层框架结构和跨度较大的单层厂房，地质报告建议优先采用钻（冲）孔灌注桩，以中风化～微风化岩作为桩端持力层，建议桩径800～1 400mm，预计桩长15～35m。桩型也可选用预制桩方案，但需要进一步查明溶洞、土洞的分布范围，对溶（土）洞进行处理后采用，以强风化～中风化岩作为桩端持力层，桩径400～600mm。

根据工程的实际情况，该工程若采用钻（冲）孔灌注桩，施工周期及造价很难满足建设单位的要求。综合考虑工期、造价等各方面因素，多层框架结构和跨度较大的单层厂房采用预应力混凝土管桩基础，桩端以强风化～中风化岩作为桩端持力层。

根据岩土工程详细勘察报告，溶（土）洞见洞率16.9%，岩面起伏较大，微风化岩顶面高差达14.5m，建议开展施工勘察【1】，施工勘察包含 2 部分内容。

第一部分：按一承台一孔原则布置施工勘察孔，查明完整岩层（持力层）的埋深、标高等情况，为桩基础设计提供依据。

第二部分：根据已实施的勘探孔推测溶（土）洞分布范围，在溶（土）洞区域周边或内部增加钻孔，进一步查明溶（土）调分布范围、大小、填充物等情况。

预应力混凝土管桩的特点是抗压强度高、抗剪能力差，在岩溶地区，岩面高低不平，在沉桩过程中，桩下端碰到倾斜的岩面很容易断裂，该地区某些工程断桩率超过10%。设计通过3 方面措施来减小断桩率：（1）控制单桩承载力特征值大小，本工程采用φ500mm×125mm 管桩，单桩竖向承载力特征值Ra=1 300kN；（2）接桩采用机械啮合接头，桩尖采用 H 型钢桩尖【2】；（3）采用高强预应力混凝土管桩（PHC）、较大壁厚、AB 型及以上桩型号，根据需要亦可以将管桩箍筋加大加密。

岩溶地区，岩面起伏较大，桩长变化大，但根据一承台一孔施工勘察数据确定的桩长与地质实际情况吻合度高，施工过程中只要通过合理计划配桩即可减小桩长变化大的不利影响。

预应力管桩施工前，根据施工勘察查明的溶（土）洞分布范围、大小，采用水泥灌浆方式对溶（土）洞进行处理，确保溶（土）洞灌满水泥浆，注浆完成后用水泥砂浆封孔。溶（土）洞内水泥浆填充物胶结、硬化后检测填充率和填充物承载力，确保灌浆质量满足设计要求。溶（土）洞处理后再进行预应力管桩施工，不会出现桩遇溶（土）洞易出现失稳的问题。

5 预应力混凝土管桩施工

岩溶地区预应力混凝土管桩施工过程中断桩率高，施工工程须采取措施把断桩率降到最低【3】。

1）根据设计图纸和施工勘察报告，选用合理的桩节组合，尽量减少接桩次数。

2）严格控制桩身质量，有质量缺陷的桩严禁使用。

3）采用静压法施工工艺。

4）压桩过程中要密切注意控制压桩力及入土速度。

5）压桩过程应测量桩身垂直度，当桩身垂直度偏差大于1%时，应停止压桩，找出原因并设法纠正。

6）出现断桩及时上报，由设计人员出具补桩方案。

6 结语

预应力混凝土管桩在本工程应用过程中，共出现断桩17根，断桩率0.5%，断桩率远小于该地区其他工程，桩基工程已全部检验合格。预应力混凝土管桩施工速度快、桩身质量稳定、经济性好，通过合理的设计与施工，预应力混凝土管桩在岩溶地区的应用有较大推广价值。