PHC管桩与灌注桩静载试验的对比研究

姚 迪 （安徽省建筑工程质量第二监督检测站，安徽 合肥 230031）

1 引言

近几年来，预制管桩凭借其施工周期、承载力高、成桩质量易控制等优点被广泛运用在合肥地区的建筑工程中[1]。但预制管桩属于挤土桩，在沉桩过程中若施工工艺处理不当，可能会对已施工完成的建筑物造成影响[2,3]。例如现阶段预制管桩压桩采用的手段大多是振动打入，合肥地区的土层以硬黏土为主，挤土效应明显，锤击震动显然会对已建成的建筑物造成一定影响[4]。在一些特殊条件下，采用灌注桩来代替管桩可以取得较好的效果。

本文以合肥市某实际工程为例，对同一场地条件下振动打入的PHC管桩与就地成孔的灌注桩分别进行静载试验，并对获得的Q-S曲线进行对比分析，结论可供类似工程参考。

2 工程概况

合肥包河某地块项目位于合肥市包河区龙川路与唐模路交口东南角。工程分为A、B两个地块，共17栋建筑，其中24层住宅1栋、23层住宅2栋、20层住宅1栋、10层住宅11栋、3层幼儿园1栋、2层养老服务用房1栋及2层配电房、3层社区服务中心1栋及单层整体地下车库。

本次研究的目标为B地块2#楼，为10层框剪结构，建筑面积总计2423.02m2。该楼原先设计有46根管桩，单桩承载力特征值1800kN（极限值3600kN），持力层主要为④层粘土。在对该楼进行管桩施工时，发现管桩打入时产生的锤击震动会对已经建设完成的B地块1#楼旁的塔吊基础产生不利影响，现场观测到塔吊基础发生明显位移，经专家讨论后将B地块2#楼的地基基础由原先设计的46根管桩变更为19根管桩（已施工完成）+29根灌注桩，其中管桩桩型为PHC 500 AB 100，单桩承载力特征值1800kN（极限值3600kN）。灌注桩桩径600mm，桩长约14m和18m，单桩承载力特征值1400 kN和1800kN（极限值2800 kN和3600kN）。

3 地质条件

根据已经完成的钻探资料，本场地地层构成如下。

①层素填土（Q4ml）：黄褐、灰褐色，主要以粘性土为主，稍湿，稍密。本层厚度为0.40m～7.00m；

②层粘土（Q4al+pl）：黄褐色，硬塑，含少量铁锰结核及高岭土条带，断面光滑有光泽，干强度高，韧性高。本层仅分布于A地块西侧，厚度为2.50m～4.80m；

③层粘土（Q3al+pl）：褐黄色，硬塑，局部偏坚硬，含大量铁锰结核及高岭土，断面光滑有光泽，干强度高，韧性高。厚度变化较大，为3.60m～10.30m；

④层粘土（Q3al+pl）：黄褐、褐黄色，硬塑～坚硬，含铁锰结核及高岭土，局部铁锰结核富集，断面光滑有光泽，干强度高，韧性高，局部位置相变为粉质粘土，底部混大量风化岩碎屑。揭露厚度为4.40m～20.00m，局部未揭穿；

⑤层全风化泥质砂岩（E）：棕红色，已风化成砂状，原岩结构已被破坏且不可辨，遇水易崩解、软化，含石英碎块和云母碎片，干钻易钻进。场地普遍分布，揭露厚度为1.20m～5.10m；

⑥层强风化泥质砂岩（E）：棕红色，泥质胶结结构，原岩结构已被破坏但尚可辨，局部相变为强风化砂岩，遇水易崩解、软化，干钻较易钻进。场地普遍分布，最大揭露厚度9.80m。

4 静载试验情况

4.1 试验方法

本次试验按照《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014)[5]中的相关要求进行，采用堆载平台堆重物反力法。

4.2 试验技术要点

本工程单桩竖向抗压静载试验，最大试验荷载为3600kN和2800kN，首级加载分别为720kN和560kN，以后各级加载分别为360kN和280kN。根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）中第4.3.5、4.3.6款，每级荷载施加后，按第5min、15min、30min测读桩顶沉降量，以后每隔15min测读一次。本次试验采用快速维持荷载法，每级荷载最少维持1h，且当本级荷载作用下的桩顶沉降速率收敛时，可施加下一级荷载。卸载时，根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）第 4.3.5、4.3.6 条，每级卸载量为加载时的两倍，每级维持15min，在第5min、15min时测读桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载。卸载至零后，应读桩顶残余沉降量，维持时间为1h，测 读 时 间 为 第 5min、15 min、30 min。

5 静载结果分析

对B地块2#楼设计变更前已施工完成的12#和31#预制管桩进行静载试验，获得的结果如图1和图2所示。由图1和图2可知，12#管桩和31#管桩的最大试验荷载为3600kN，曲线在各级荷载作用下均未出现陡降，曲线属于缓变型，从s-lgt曲线看，各级荷载对应的沉降曲线均较平坦，未见明显下弯。依据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)中单桩竖向抗压极限承载力的确定原则，其竖向抗压极限承载力检测值均可取最大试验荷载3600kN。其中12#管桩在最大试验荷载3600kN下的沉降为10.13mm，31#管桩在最大试验荷载3600kN下的沉降为16.29mm。

图1 12#管桩竖向抗压静载试验Q-s曲线、s-lgt曲线

图2 31#管桩竖向抗压静载试验Q-s曲线、s-lgt曲线

对B地块2#楼设计变更后施工完成的16#和29#灌注桩进行静载试验，获得的结果如图3和图4所示。由图3和图4可知，16#灌注桩和29#灌注桩的最大试验荷载分别为3600kN和2800kN，曲线在各级荷载作用下均未出现陡降，曲线属于缓变型。从s-lgt曲线看，各级荷载对应的沉降曲线均较平坦，未见明显下弯。依据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)中单桩竖向抗压极限承载力的确定原则，16#灌注桩的竖向抗压极限承载力检测值可取最大试验荷载3600kN，29#灌注桩的竖向抗压极限承载力检测值可取最大试验荷载2800kN。其中16#灌注桩在最大试验荷载3600kN下的沉降为5.96mm，29#灌注桩在最大试验荷载2800kN下的沉降为6.12mm。

图3 16#灌注桩竖向抗压静载试验Q-s曲线、s-lgt曲线

图4 29#灌注桩竖向抗压静载试验Q-s曲线、s-lgt曲线

对B地块2#楼管桩与灌注桩的静载试验结果分析可知，在同一级荷载作用下，灌注桩的沉降要明显小于管桩。这是由于预应力管桩属于挤土桩，特别是在硬黏土区域，其挤土效应明显，可能会出现桩身上浮等现象，且管桩桩壁光滑、摩阻力小。在这些因素的共同影响下，管桩的沉降量要明显大于灌注桩。

综上，该栋楼的设计变更是可靠的，同时也表明在该区域使用管桩和灌注桩均能满足设计要求的承载力，但在同一荷载条件下，灌注桩的沉降要明显小于管桩。在今后若出现管桩捶击施工对周围的建筑物影响时，可考虑用灌注桩来替代管桩。

6 结论

本文以合肥某实际工程，对同一场地条件下振动打入的PHC管桩与就地成孔的灌注桩分别进行静载试验，并对获得的Q-S曲线进行对比分析，得到的结论主要如下。

①在特定的场地条件下，使用PHC管桩和灌注桩均能达到设计要求的承载力。

②在特定的场地条件且满足在同一荷载条件下时，灌注桩的沉降要明显小于PHC管桩。

③在今后若出现管桩捶击施工对周围的建筑物影响时，可考虑用灌注桩来替代PHC管桩。