植根桩桩身承载力和桩基承载力验算及检测分析

邹洁文

广东省地质局第一地质大队 广东 珠海 519000

岩土工程与桩基础工程实际应用中由于灌注桩施工周期长、检测周期长、质量控制难、造价费用高等因素，使得成本控制与管理、进度控制与管理、质量控制与管理难度增加，所以在此对植根桩在岩土和桩基础中的施工工艺、桩身承载力和桩基承载力验算及检测分析方面进行了详细的对比分析。对比结果表明，有效的把植根桩施工技术运用在了岩土工程和桩基础工程上，从施工工期进度、成本造价费用、施工质量控制来考虑，整体工程应用植根桩施工周期更快、成本更低、质量更好。因此，植根桩施工比灌注桩有明显优势。分析结果对岩土工程及桩基础工程中植根桩的应用提供了一定的理论依据，从本人的岩土工程生涯实例与实践出发，以下对植根桩在岩土工程中的桩身承载力和桩基承载力验算及检测的简单论证和叙述。

1 岩土工程实例概况

珠海得尔塔光电智能制造产业园项目桩基础拟建场地位于珠海市斗门区富山工业园产城四路和融合东路交汇处西北侧，产城四路与七星大道交汇处西南侧。场地地貌为滨海滩涂地貌，场地原为农田或鱼塘，前期经人工填土平整而成，地形总体较平坦、开阔。根据原为滨海滩涂地貌、农田、近山体，结合勘察报告显示109综合楼1、110综合楼2所在场地存在大量的0.5～9m厚孤石。普通管桩施工（不引孔）根本无法穿透场内孤石，无法在质量控制上满足质量管理要求；且工期要求非常紧急，所以引孔灌注桩在进度控制上也必然无法满足进度管理的要求。植根桩工艺的实施施工有效的解决了本项目施工周期减小，质量控制，成本控制的疑难问题，经过核算如采用引孔灌注桩会导致施工周期延长3倍，质量检测周期也随抽芯数量为总桩数1%的增加而增加，施工成本增加0.8倍，从时间合理角度、经济合理角度出发，本岩土工程的109综合楼1、110综合楼2采用了植根桩施工是正确的应用。其同时实现了进度目标、成本目标、质量目标，本项目（如图1所示）的植根桩成功实施并达到了相应的预期目的，所以总体来说本项目使用了植根桩是相当成功的实际案例。

图1 φ800植根桩接桩、工程应用及参数分析

2 专家论证植根桩的可行性应用

本岩土工程的109综合楼1、110综合楼2原设计桩型为φ800引孔灌注桩，但因工期紧迫和场内存在大量孤石，又需提前交付使用。引孔灌注桩根本无法满足工期要求，普通φ800管桩不引孔施工又无法穿透场内孤石，因此将目光投向了植根桩，并组织了专家评审会，专家审查总结如下：

图2 专家论证会中的比选方案论证意见

（1）植根桩工艺可行，但应通过试桩确定承载力，应评估试桩对工期的影响；（2）也可采用大直径灌注桩，减少桩数以加快施工周期，和减短质量检测周期；（3）建议结合地勘报告分析孤石分布及短桩区域，建议大部分区域直接施工管桩，特殊区域采用植根桩，并计算沉降影响；（4）应祥估植根桩的稳定性，调整相应有效的填孔材料，如微膨胀C20细石混凝土等。从专家评审会总结叙述来看，显然植根桩比引孔灌注桩的优势大得多，且施工速度、质量又快又好，最后通过试桩来确定φPHC800（130AB）植根桩、填孔材料为微膨胀C20细石混凝土的桩身承载力和桩基承载力和质量检测的可行性[1]。

3 植根桩桩身和桩基承载力验算

植根桩桩端置于中风化基岩的嵌岩桩单桩竖向极限承载力，由土包裹桩周微膨胀C20细石混凝土总极限侧阻力Qsk（侧阻力段为各种土层～全风化、强风化基岩段）和嵌岩段总极限端阻力Qrk（此处的嵌岩段侧阻力和端阻力应统一采用综合考虑）组成。

（1）嵌岩段岩石frk≥30MPa，岩石软硬程度为较硬岩、坚硬岩，结合泥浆护壁成孔求出嵌岩段侧阻力和端阻力综合系数ξr。

（2）结合勘察报告钻孔柱状图的各层参数比重r、侧阻力标准值qsik、岩石饱和单桩抗压强度标准值frk，桩周第i层土的厚度li等。

（3）《建筑桩基技术规范》第5.3.9条。Quk=Qsk+Qrk=uΣqsik*li+ξr*frk*Ap得出109综合楼1、110综合楼2场内单桩竖向极限承载力标准值Quk（min）=11059KN，已经远超设计值8000KN，由此可推断出植根桩单桩承载力满足验算值。根据《建筑桩基技术规范》第5.2.2～5.2.5条，复核桩基竖向承载力特征值R的确定。

（4）考虑承台效应且不考虑地震作用。R=Ra+nc*fak*Ac。

（5）考虑承台效应且考虑地震作用。R=Ra+ξa*nc*fak*Ac/1.25。

（6）不考虑承台效应R=Ra。各土层地基承载力特征值厚度加权平均fak、单桩竖向承载力特征值Ra、承台地净面积Ac、桩身截面积Aps、地基抗震承载力调整系数ξa、距径比=Sa/d、承台宽度/桩长=Bc/l，求得承台效应nc，结合植根桩桩身承载力验算得出的单桩竖向承载力特征值Ra=Quk/2，得出（1）R=6774.9KN（2）R=5936.6KN（3）R=5529.5KN。

（7）根据《建筑桩基技术规范》第5.1.1～5.2.1条，桩顶竖向力计算轴心荷载作用下Nk=（Fk+Gk）/n=4000KN（设计值）、Nek=1.3Nek（设计值），因此只需考虑桩基竖向承载力验算即可：荷载效应标准组合Nk=4000KN≤R=5529.5KN；地震效应+荷载效应标准组合Nek=5200KN≤1.25R=6911.9KN（均取最不利荷载），均超过相应的设计值，植根桩基承载力满足验算值（如图3所示）。

图3 岩土工程桩基础中的施工应用和技术控制

（8）根据《建筑桩基技术规范》第5.8.2～5.8.5条及其条文说明进行桩身承载力验算，桩顶铰接，且桩底嵌于岩石中求出桩身压屈计算长度lc，lc/d求出桩身稳定系数φ，受压桩身承载力验算（桩顶下5d范围内箍筋间距不大于100mm，且符合《建筑桩基技术规范》第4.1.1条），桩径d=0.4m、C80级混凝土的轴心抗压强度设计值fc=35.9MPa、预制桩的成桩工艺系数ψc=0.85、纵向主筋抗压强度设计值fy=210N/mm^2，N=4000KN（设计值）≤ψc*fc*Aps+0.9fy*As=0.85*35900*3.14*(0.4^2-0.27^2)+0.9*210000*12*3.14*0.007^2=8694.6KN，因此受压桩身承载远远大于设计值，所以植根桩桩身承载力也满足验算要求，至此可知植根桩桩身和桩基承载力均满足验算要求。植根桩除了桩身和桩基承载力满足验算外，还应根据《建筑桩基技术规范》第5.7.2条进行桩基水平承载力验算及《建筑桩基技术规范》第5.5～5.6条进行桩基沉降计算等。因此岩土工程桩基础中的植根桩承载力验算理论上是可行的[2]。

4 植根桩的技术控制质量监督检测

植根桩的技术质量控制要求如下：

（1）依据设计技术要求拟对植根桩试桩，以确定单桩竖向极限抗压承载力Ra和成桩工艺。

（2）试桩桩型为φ800PHC（130AB）植根柱。植根桩的预制管桩选用φ800PHC时；引孔直径宜为φ1000，间隙填充C20微膨胀细石砼；植根桩以中风化岩层为桩端持力层，桩端全截面进入中风化岩层≥2m，具体数值以现场实际签证为准；植根桩的灌浆采用微膨胀C20细石混凝土，灌浆应采取合适措施防止离析，灌浆量应足够，沉管后完成后应返浆至管桩顶部；预成孔应孔径均匀、垂直且不能塌孔，孔口应有防止物坠措施，可采用泥浆护壁法施工；管桩植入应与钻孔、浆液灌注保持连续进行，避免水泥浆灌入时间过长后植柱；管桩接桩时，底桩卡口夹具需有足够强度和刚度，防止与上桩焊接时滑落；管桩植桩过程中，必须随时检测桩位，偏差不超过30mm，并应采用2台经纬仪互成90度对柱垂直度进行检测，第一节桩垂直度偏差不大于0.3%,整根桩垂直度偏差不大于0.5%：定位偏差不大于士10mm，桩顶标高允许偏差不大于士50mm:管桩植入前应将桩孔附近返浆及沉渣清理干净；管桩接桩时应在下节桩桩项距离地面0.5m～0.8m时，用专用工具将桩固定吊装下一节桩：管桩与预成孔壁间间隙浆液应饱和密实，并根据需要随时补充；试桩桩基施工应由有经验的专业承包商进行，并应提供适合本工程的完整施工工法组织设计报甲方和监理批准，桩基施工时现场应加强全过程监督；预应力混凝土管桩施工应遵循：“先中央、后四周，由里及外，先大后小，先深后浅，先密后疏”的原则，如有保护对象，则宜背离保护对象由近向远施工；施工时按“先施工试桩以缩短养护期，并尽量减少挤土效应对场地、管线的影响”的原则进行施工。

图4 专家论证后现场试验桩试验

（3）植根桩承载力检测应采用静载试验，加载至GB5007附录Q的极限状态。静载前应先进行小应变检测合格，静载试验休止期不小于15天。

（4）质量检测应符合设计值和规范要求。植根桩的监督质量检测与监测：本施工项目植根桩从2022年1月实施施工，桩基础工程检测从2022年4月开始，监测项目有小应变检测、大应变检测、单桩竖向抗压静载试验，仅历时半个月即结束场地内所有植根桩的质量监督检测，相比起引孔灌注桩的质量监督检测则大大降低了检测时长，更好的呼应了进度目标的要求。本次检测的试验荷载与沉降量数据符合设计与规范要求，检测桩的平均Q-s曲线（如图5所示）和平均s-lgt曲线（如图6所示）综合试验结果表明，本岩土桩基础工程植根桩单桩竖向抗压极限承载力为8000KN，满足委托方最大试验荷载要求[3]。

图5 平均Q-s曲线

图6 平均s-lgt曲线

5 结语

本岩土工程采用植根桩工艺，施工约3个月，共7800m桩全部施工完成。整个桩基础技术控制、质量控制、成本控制及质量监督检测过程，均管理与控制妥当，施工工序交叉作业流畅，足以证明植根桩具有施工便捷、安全可靠、环境污染小、成本低、优化工期等优点。本岩土工程植根桩的应用，虽然成功验收，但其在作业面有限的情况下需要桩机交叉进行作业，无法一种桩机单独完成施工，这将变成唯一的不足，交叉作业会存在施工安全隐患。随着科学技术不断发展，我坚信在不久的将来即会研发出某种能独立完成其施工的机械，且坚植根桩会越来越被各项目广泛采用和应用，经济上越来越合理，施工工期越来越短，环境污染越来越小，施工更加便捷，这也是作为一名合格的工程技术人员努力和奋斗的终身目标。