某工程桩基方案比选

徐建

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

在建筑工程项目中， 桩基方案一直都是项目关注的重点。 桩基方案直接关系到工程进度、 工程质量，存在重大安全隐患。因此，本文结合某海外项目，分析如何处理好桩基的勘察、 设计、 施工及检测问题，保证工程进度，提高工程质量。

1 工程概况

某拟建冶炼厂位于印度尼西亚西努沙登加拉省西松巴哇岛德萨马卢克的南贝内特。 安曼努萨登加拉港口（以下简称“AMNT 港口”）位于项目现场的西北部，距离现场约20 min 车程。 塔诺港位于项目现场北部，从塔诺港口出发到达现场约有2 h 车程。 巴都希贾乌矿区位于南贝内特矿区的东南方向。

南贝内特的地形主要为丘陵，大部分被草、灌木和树木覆盖。项目现场占地约150 ha，场地北部未来工厂的标高约+15 m，南侧较小区域的标高为+19 m。

2 设计依据

2.1 设计规范

该项目设计由国内某企业承接， 土建部分的设计主要参考《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）、《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）、《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）、《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）、《建筑抗震设计规范（2016年版）》（GB 50011—2010）、《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106—2014）、《预应力混凝土管桩技术标准》（JGJ/T 406—2017）、《预应力混凝土管桩》（10G409）、《劲性复合桩技术规程》（JGJ/T 327—2014）、《四川省先张法预应力高强混凝土管桩基础技术规程》（DB51/5070—2016）、《预应力混凝土管桩技术规程》（DB29—110—2010）、《工业建筑防腐蚀设计标准》（GB/T 50046—2018）[1-12]。

2.2 地质概况

根据该项目工程岩土工程勘察报告（以下简称为“地勘报告”），该项目地下地层主要分为3 个主要单元，即细粒土壤（单元1）、粗粒土壤（单元2）和岩石（单元3）。 根据土壤密度或稠度和岩石强度，又可将每个单元划分为几个子单元。 3 个主要单元及其子单元的说明见表1。 一个勘探点可能具有表中所述的所有或几个单元和子单元。 基于BH-1 孔点所得到的土层参数见表2。

表1 地质分层说明

表2 土层参数

埋地钢管的腐蚀风险可通过土壤电阻率来指示。地勘报告显示，现场进行了15 次电阻率测试。从测试结果看，项目所在地的土壤电阻率整体较低，相对应的腐蚀电位也较低，即表明土壤的腐蚀性较强。当混凝土与含有硫酸盐的水和土壤接触时， 会发生硫酸盐侵蚀引起的混凝土劣化， 因此勘察人员选择了几种土壤和水样，测定其pH 值，以及氯化物和硫酸盐的含量。测试结果表明，土壤样本中的硫酸盐质量分数从0（负值）到0.04%不等，但钻孔BH-18 中2.5 m 深处的一个土壤样本的硫酸盐质量分数为0.15%。 水样中硫酸盐质量分数从无（阴性）到0.35%不等。 南贝内特现场土壤样品的硫酸盐质量分数为0.01%～0.03%，水样中的硫酸盐质量分数为0.16%～2.09%。

根据土壤和水样的硫酸盐含量，可以得出结论，南贝内特大部分地区的硫酸盐暴露可忽略不计。 在这种情况下，I 型水泥（普通波特兰水泥）可用于埋地混凝土或与土壤和水接触，但BH-18 所代表的区域可能有中度硫酸盐暴露，故埋地混凝土应选择II 型水泥（或类似水泥）。此外，鉴于南贝内特现场的硫酸盐暴露量存在可忽略和中度暴露两类， 因此埋在地下水位以上的混凝土结构使用I 型水泥即可， 埋在地下水位以下的，则需要使用II 型水泥。

3 桩基方案

预应力预制管桩和混凝土钻孔桩是桩基施工主要采用的桩型。 该项目地勘报告给出了300 mm、400 mm 和500 mm 预应力预制管桩以及500 mm、600 mm 和800 mm 的混凝土钻孔桩的建议埋置长度和估计容许轴向承载力,见表3。 本节在初勘报告的基础上，结合规范要求确定桩型方案。本文桩基方案里厂房标高均按照＋15 m 设置。

表3 勘察报告建议埋置长度和容许轴向承载力

3.1 预应力管桩

依据《建筑桩基技术规范》3.3.2 第3 条，抗震设防烈度为8 度及以上地区， 不宜采用预应力混凝土管桩（PC）和预应力混凝土空心方桩（PS）[2]。

依据《预应力混凝土管桩技术标准》5.1.2 条，管桩选型应符合下列规定： 用于抗震设防烈度8 度及以上地区时，与承台连接的首节管桩不应选用A 型桩，宜选用混合配筋管桩或AB 型、B 型、C 型的预应力高强混凝土管桩。

依据《预应力混凝土管桩技术规程》3.1.4 条，抗震设防烈度为8 度地区的管桩桩基及高层建筑桩基础应采用高强预应力混凝土管桩（PHC 桩）；厚层软土地区抗震设防烈度为8 度时，不宜采用预应力管桩。

依据《四川省先张法预应力高强混凝土管桩基础技术规程》第6.1.2 条，设计等级为甲级、受水平和上拔荷载控制、挤土效应显著影响沉桩施工质量、抗震设防烈度8 度及以上地区的桩基础， 以及地下水或土对材料有中等及以上腐蚀性的工程不应选用A型桩，宜选用直径不小于400 mm 的AB、B、C 型桩，或混合配筋管桩和按特定要求设计的管桩。 该规程第6.1.6 条还规定，地下水或土对混凝土及其中钢筋有中等及以上腐蚀的管桩基础设计应做到以下几点：1）采用壁厚不小于125 mm、掺有磨细掺合料的管桩；2）采用封口型桩尖；3）除开口桩尖植桩法外，管孔内应灌注强度等级不低于C30 的微膨胀混凝土。

依据《工业建筑防腐蚀设计标准》第4.9.2 条,桩基础的选择应符合下列规定：1）腐蚀性等级为强时，宜选用预制钢筋混凝土桩，可选用预应力高强混凝土管桩、预应力混凝土管桩；2）腐蚀性等级为中、弱时，可采用钢筋混凝土灌注桩。

桩身混凝土材料可根据防腐蚀要求， 采用抗硫酸盐硅酸盐水泥， 也可在普通水泥中掺入抗硫酸盐的外加剂、矿物掺和料、钢筋阻锈剂等；当桩身混凝土采用或掺入耐腐蚀材料后已能满足防腐蚀性能要求时，可不再采用《工业建筑防腐蚀设计标准》续表4.9.5 表中2 和3 的技术措施。

预应力高强混凝土管桩和预应力混凝土管桩应采用AB 级及以上型号,且最小壁厚应≥95 mm。 在预制桩和预应力混凝土管桩中， 不得采用单一亚硝酸盐类的阻锈剂。桩身涂刷防腐蚀涂层的长度，应大于污染土层的厚度。

综合上述分析，该项目管桩应选用：1）有腐蚀性的Ⅲ类场地采用PHC500(125)C 型、PHC600(130)C型或PRCI500(125)C 型、PRCI600(130)C 型(并在桩中灌注C35 细石混凝土）；2）无腐蚀性的II 类场地采用PHC500(125)B 型、PHC600(130)B 型或PRCI500(125)B 型PRCI600(130)B 型。

经过复算， 预制桩的单桩承载力标准值及特征值见表4。

表4 复算后预制桩的单桩承载力标准值及特征值

3.2 混凝土钻孔桩

经过比选，混凝土钻孔桩采用直径为800 mm、1 200 mm 的混凝土机械钻孔灌注桩。 经过复算，混凝土钻孔桩的单桩承载力标准值及特征值见表5。

表5 复算后混凝土钻孔桩的单桩承载力标准值及特征值

3.3 旋挖植桩法

由于该工程为海外项目， 对项目的进度和质量要求很高， 而单一的采用钻孔灌注桩或预应力管桩会存在一些问题：1）桩端沉渣难以清除；2）混凝土灌注的桩体质量受人为因素影响大，存在断桩、夹泥等隐患；3）现场需绑扎钢筋笼等工作，施工周期较长。由于本工程场地有层厚及标贯值较大的粉质砾石层，如单一采用混凝土预制桩， 在静压和锤击法沉桩时可能会遇到困难，甚至有断桩和爆桩的风险。 预制桩的高强性能优势无法得到充分的发挥，而失去其经济性。且项目现场的沙石材料，只能满足C30 混凝土的要求，如需配制C30 以上的混凝土，沙石料需要采取外运的方式来解决，不但工期无法保证，还会增加建设成本。

旋挖植桩法是利用旋挖机引孔后， 在孔内灌注适量细石混凝土或水泥砂浆材料， 并将预制桩沉入其中形成复合基桩的施工方法。 可用辅助沉桩设备将预制桩打入、 压入或振入。 旋挖植桩法适用于填土、粉土、黏性土、砂卵石、基岩、岩溶等地质条件。基于该项目地勘资料， 笔者认为应优选采取旋挖植桩工法进行桩基设计。 旋挖植桩可以解决管桩在密实砂层、卵砾石层、基岩风化层中的沉桩困难问题，且该法竖向承载力高，施工质量可靠、可控，工期短，与同直径灌注桩相比综合经济性更优越。 旋挖植桩工法流程见图1。

图1 旋挖植桩工法流程示意

4.2 桩型计算分析

依据地勘资料中BH-1 孔点的相关参数， 参考《建筑桩基技术规范》表5.3.5 中的数值，M600+C500桩型方案、M800+C600 桩型方案单桩承载力计算结果见表6。采用M600+C500 桩型，内芯桩直径为0.5 m，外芯桩直径为0.6 m，外芯周长为1.880 m，内芯桩截面积为0.130 m2。 采用桩型M800+C600 桩型，内芯桩直径为0.6 m，外芯桩直径为0.8 m，外芯周长为2.512 m，内芯桩截面积为0.186 m2。

表6 M600+C500、M800+C600 桩型方案单桩承载力计算结果

4 桩基方案综合比选

3 种桩型桩基方案综合比选情况见表7。

表7 桩基方案综合比选

经过上述方案的比选，得到以下结论：

1）当建（构）筑物对单桩荷载要求较低，且基岩埋深较深时，可采用锤击/静压施工PHC（PRC）管桩的方案，此时施工效益最好。当建（构）筑物对单桩荷载要求较高，可采用混凝土钻孔桩或旋挖植桩工法的方案（当软土较厚且桩长＞25 m，采用混凝土灌注桩）。

2）旋挖植桩工法相较于钻孔灌注桩而言，单位造价较低，且可以克服钻孔灌注桩的诸多缺点；另外承台设计时按内芯桩控制桩间距，节约承台造价。

3）项目地的土壤及地下水具有一定的腐蚀性，旋挖植桩工法的外芯桩可以起到很好的阻断作用，减少内芯桩与外部介质的接触， 从而提高基桩的耐久性，延长桩基的使用寿命。

4）依据《预应力混凝土管桩技术标准》第8.6.6条，植入法沉桩施工时，管桩垂直度允许偏差不应大于0.5%，定位允许偏差应为10 mm，桩顶允许偏差为50 mm。 从国内某项目试桩情况来看， 桩长超过25 m,垂直度难以保证，加大引孔直径会增加桩基成本。就目前本项目的初勘情况来看，桩长基本都可以控制在25 m 以内，方案可行。

5 结论

桩基设计不仅要考虑桩基安全、耐久、经济，而且要结合项目现场的实际情况来选择。 本文通过某海外工程项目桩基方案选择的实例， 对工程项目桩基的勘察、设计比选的过程进行了分析，根据项目具体地质情况提出了最优桩基方案。