液化土条件下的预制管桩设计

皮丹

（山西中方森特建筑工程设计研究院，山西太原 030024）

1 简介

液化是地震中经常发生的主要震害之一，危害很大。在液化区域内，由于地基土受地震剪力作用，饱和土重的土颗粒被挤密，同时土体内产生很高的超静孔隙水压力，使地基土丧失承载力，造成建筑物大量沉陷和倒塌。太原城区整体北高南低，东西高，中间低，形成盆地，汾河自北向南穿过太原城。盆地基底上层为奥陶系海相沉积物。在奥陶系石灰岩上，依次沉积的地层有石灰系、二叠系、新生界第三系、第四系沉积物比较发育，但无断裂现象。由于太原的特殊地理情况，且南部的水位高，小店区场地内分布饱和粉土层，饱和砂层，地基土常判定为液化土，地震时液化震害严重。

2 预应力管桩设计实例

2.1 工程概述

（1）某小区1#楼位于太原市小店区，建筑物地下二层，地上二十三层，建筑物从室外地面至屋面的结构总高度为71.20m，结构形式采用钢筋混凝土剪力墙结构。

（2）根据甲方提供的地勘报告（详勘）显示，勘察期间实测稳定水位埋深位于天然地面相对于场地整平后的标高为2m。按《建筑抗震设计规范》进行液化初判，拟建场地第二层和第四层的饱和粉土及第三层的饱和细砂层存在液化可能。根据标贯试验判别法进行复判，得出判别结果如表1 所示。

2.2 场地及地基

（1）由甲方提供的地勘报告可知，场地范围内的第②层饱和粉土及第③层饱和细砂层为液化土层，地基的液化等级为中等液化。根据规范可知当桩承台底面上有厚度不小于1.5m，桩承台底面下有厚度不小于1.0m 的非液化土层时，在进行桩基竖向承载力标准值计算时液化土层可根据标贯击数比值的大小不同考虑不同的折减系数。

（2）该楼座的地基及基础选用桩筏基础，桩采用高强预应力管桩，筏板底标高为地面下9m 处。管桩选取高强预应力混凝土管桩PHC-AB400（95）-14，布置形式为三角形布置，桩间距为1.40m，管桩桩端进入第⑤层粉土层大于2m，桩数大于5 根。

表1 地基土液化判别计算结果

（3）由结构计算软件结果可知：

荷载效应标准组合下传递至每根桩的荷载为：

地震作用效应和荷载效应标准组合下传递至每根桩的荷载为：

（4）根据《建筑桩基技术规范》可知，桩基竖向承载力应符合下列要求：

荷载效应标准组合下：

地震作用效应和荷载效应标准组合下：

2.3 静压式管桩计算

（1）基底标高位于地面下9m 处，位于非液化的粉质黏土层，其上部非液化土层厚度为1.06m<1.5m，土层液化影响折减系数为0。即不考虑液化土层的侧阻力作用。

不考虑液化折减（荷载效应标准组合）：

单桩竖向承载力特征值为：

考虑液化折减（地震作用效应和荷载效应标准组合）：

单桩竖向承载力特征值为:

（2）由计算结果可知，当考虑地震作用效应和荷载效应标准组合时，Ra

2.4 打入式管桩计算

当将施工工艺由静压式改为打入式，打入式施工工艺下的桩会对土体产生挤密作用且桩身限制了液化土的变形，对地基产生有利影响。

根据规范进行如下计算：

N1=NP+100ρ（1-e-0.3Np），其中ρ=0.42/（1.05×1.4）2=0.074 4.65m 处粉土，N1=5+100×0.074×（1-e-0.3×5）=10.75>8.56（大于标贯击数临界值）。

9.15 m 处粉土，N1=8+100×0.074×（1-e-0.3x8）=14.73>12.6（大于标贯击数临界值）。

10.65 m 处粉土，N1=8+100×0.074×（1-e-0.3×8）=14.73>12.6（大于标贯击数临界值）。

18.55 m 处细砂，N1=16+100×0.074×（1-e-0.3×16）=23.34>25.45（小于于标贯击数临界值），λN=N1/NCR=23.34/25.45=0.92 ∈（0.8，1.0），dL∈（10，20），ψL=1.0。

由上述计算可知，本工程液化土层范围内的液化影响折减系数均为1.0，按正常土层进行桩的竖向抗震承载力计算。由2.3 计算可知单桩竖向承载力特征值R=635.7kN>NEKmax/1.5=590kN，满足规范要求。

2.5 管桩施工工艺的选择

根据上述计算可知，打入式管桩因其对土的挤密作用，在液化土场地中产生有利影响，同样的桩长、桩径及桩间距，打入式管桩对于抗液化更有效。但也因为其对周围土的挤密作用，使饱和土体内的孔隙水压力急剧增大，两侧土体隆起，使影响范围内的现有建筑物或者道路发生变形，甚至破坏。所以在打入式管桩的施工过程中应合理控制施工速度，选择合适的施工顺序，并做好周围建筑物的变形监测工作。

3 结束语

高层建筑在设计中，地基基础设计是最初的也是最重要的环节，地基不但要保障平时的使用安全，也要保证地震发生后建筑物仍然具有良好的安全性能。对于液化土的研究，以及液化土的抗液化措施便成为建筑抗震安全的重要一环，采取适当的措施来增加楼座的安全保障，同时兼顾经济性要求，便是结构设计人员的一项重要工作。