PHC 管桩在岩溶地区的设计及工程应用

高 莹，宋新武

（1.广东白云学院，广东 广州；2.新城控股华南区域公司，广东 广州）

引言

随着社会经济的快速发展，岩溶地区的工程项目日益增多。岩溶作为一种复杂的地质现象，其分布广泛、地质形态变化多样，给基础选型和设计带来了巨大挑战。PHC 管桩作为一种轻质高强的预制桩，具有施工快、承载能力高、造价低等优点，在岩溶地区基础工程中具有较好的应用前景。

本文结合大沥御府项目，探讨PHC 管桩在岩溶地区的设计及工程应用，分析其适用性和工程可行性，为岩溶地区基础工程建设提供理论和实践依据。

1 工程概况

大沥御府项目位于佛山南海区大沥镇，由13 栋33-48 层高层住宅组成，项目占地面积62 097.1 m2，总建面285 852.23 m2，住宅部分设两层地下室（埋深9.2 m），局部为一层（埋深5.3 m）地下室。架空层层高为5.4 m，标准层层高2.9 m，住宅结构总高度为97.25～141.4 m。

2 地质概况简介

场地土自上而下分布有素填土、粉砂、粉质粘土、淤泥、淤泥质土、粗砂、全风化泥质粉砂岩（富含钙质）、中风化泥质粉砂岩（富含钙质）、微风化泥质粉砂岩（富含钙质）。粉砂及粗砂为含水量丰富的强透水层，与项目北侧香基河联系密切，在不同季节呈水力互补关系。

场地内岩溶地质较强发育，见洞率约35%～40%。溶洞均多为单层结构，顶板深度分布在约21.00～35.0 m 之间。各溶洞均发生严重漏水，除个别孔无填充外，其余溶洞均填充有流塑或软塑状粘性土，填充物标贯击数7 击，承载力特征值fak=180KPa。中风化基岩面标高-42.96～-14.16 m，设计桩顶标高为-0.70 m（一层地下室）/-3.90 m（二层地下室）。基岩有一定的埋深，预估设计桩长18.5～43.5 m。较多孔中风化或微风化基岩以上无全风化等过渡层，且存在较厚的淤泥等软弱土层。灌注桩成桩存在较大的塌孔及漏浆风险，管桩成桩存在较大的断桩风险。典型地质剖面见图1。

图1 典型地质剖面

由地勘报告显示，若采用预应力管桩，预估桩长约25.0～35.0 m，采用锤击法（或静压法）沉桩，严格以贯入度（终压值）作为终桩条件，以强风化岩下部～中风化岩顶面为桩端持力层。桩长因地而异，以柱状图及剖面图为桩长配桩依据。局部地段Q 全风化或强风化岩厚度较小或局部缺失，容易造成上软下硬、软硬突变的现象，桩端进入持力层时要严格控制贯入速度，因为桩端达到中风化岩面时，冲击能量过于集中容易造成打烂桩头和断桩现象。若频发预制桩断桩现象，则应调整桩头类型。

3 面临的挑战

（1） 基岩面起伏剧烈，淤泥/淤泥质土等软弱土层较厚，较多孔全风化/强风化岩层厚度较小或缺失，局部孔存在软弱土层下直接为硬质岩的情况，软硬突变比较严重。且基岩面大部分为斜岩面，管桩施工中容易导致由于滑桩而产生的断桩。

（2） 溶洞顶板为中风化基岩/微风化基岩，厚度2.5～8 m，中风化泥质粉砂岩饱和单轴抗压强度5 Mpa，微风化泥质粉砂岩饱和单轴抗压强度为12 MPa，均为软岩[1]。《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）[2]第6.6.6 条第1 款“基础底面以下的土层厚度”的规定及第6.6.9 条第1 款条文说明“桩底以下3～5 倍桩径或不小于5 m 深度范围内无影响地基稳定性的洞隙存在，岩体稳定性良好”特别强调了岩溶区溶洞顶板的厚度要求。对比勘察报告，局部位置顶板厚度并不满足规范要求。

4 桩基选型及试桩

（1） 通过对周边项目的基础工程调研，项目西侧的保利中央公馆和南侧的保利珑门项目，基础均采用旋挖灌注桩，施工过程中出现了卡钻、掉钻头、护壁坍塌、漏浆、超灌量较大等问题，施工进度缓慢。旋挖桩施工质量较难保证，桩检出现问题，个别桩抽芯不合格，导致需要对桩基进行二次处理。经过对场地地质分析表明：各钻孔溶洞埋深均有一定深度；溶洞顶板有一定厚度且溶洞内基本都有填充物，所以场地土具有一定的承载能力。根据地质分析，项目基础决定选用管桩进行试桩。

（2） 考虑到项目软弱土层较厚，为防止地面打桩开挖桩间土时造成偏桩，采用先开挖后打桩的施工方案。由于坑底土为淤泥，为防止静压桩机由于自重过大造成的陷机，前期试桩采用锤击管桩。共试桩8根，断桩3 根，断桩率37.5%。具体试桩报告详见表1。通过试桩可判定锤击管桩在本项目并不适用。

表1 试桩记录

对比地勘报告，断桩入土深度均在基岩面附近，断桩为底部一根桩，断桩为突然的贯入度陡升，符合斜岩面滑桩断桩的特点。

（3） 试桩后，项目邀请华南理工大学、广东省建筑设计院、深圳市工勘院的相关专家进行了桩基评审，经过专家组评定，项目地质溶洞上覆层较厚，溶洞顶板有一定厚度，且溶洞内填充物有一定承载能力，采用管桩方案基本可行。且专家组提出了如下建议：

①管桩方案基本可行。溶洞顶板为微风化岩时，厚度大于等于2.5 m 可作为管桩的持力层；溶洞顶板为中风化岩时，厚度大于等于4 m，可作为管桩的持力层。必要时可采用引孔，穿越溶洞顶板到达稳定持力层。

②采用方格网或一桩一探超前钻，探明溶洞分布及顶板厚度等。

③采用桩筏，适当加厚筏板厚度，防止局部管桩失效导致的不均匀沉降。

5 桩基设计

采用小直径、低单桩承载力的设计原则，分散风险。尽量墙下布桩，采用裙桩筏板基础，以控制塔楼下的不均匀沉降[3]。避免由于局部管桩失效对结构整体造成破坏。项目采用PHC500AB（125）管桩，单桩承载力视每栋见洞率情况采用1 500～1 800 KN，终压值取3 750～4 500 KN。筏板适当加厚，取为1 500～2 000 mm。典型楼栋基础布置见图2。桩基施工前采用4×4 m 方格网布置超前钻，具体见图3。局部溶洞顶板较薄位置采用潜孔锤引孔[4]。

图2 局部楼栋桩基

图3 局部楼栋超前钻

6 桩基施工

根据试桩经验，换用静压施工，开挖至坑底满铺砖渣后再施工桩基。选择有类似场地施工经验的操机师傅，控制沉桩速度，特别是在软硬交接处的沉桩速度。前期项目采用十字型桩尖，第一节桩沉桩后立即进行桩底灌芯，灌芯高度2 m，防止桩底泥质粉砂岩持力层遇水软化而导致的承载力降低。

（1） 1 号楼施工进展较为顺利，断桩率控制在3%左右。且终压力值均可达到2.5 Rt，即3 750 KN，且可达到设计稳压的要求。

（2） 2、3 栋见洞率较高，超前钻资料显示基岩面起伏较为剧烈，较多钻孔全风化/强风化等过渡层缺失。导致断桩率较高，前期施工10 根，断桩4 根，断桩率40%。通过小应变探测，断裂位置均在底部以上3～6 m，经推断符合斜岩面滑桩导致的断桩。为控制断桩率，对2、3 栋楼的桩基进行了调整。底部一节桩选用抗弯性能好的500B（125）型管桩，见表2，桩尖调整为有一定嵌岩能力的环型锯齿桩尖，具体见图4。

表2 抗弯承载力对比

图4 十字型桩尖及环型锯齿桩尖

经过以上改进后，断桩率得到了很好的控制，2、3 栋后续施工总计328根，断桩6 根，取得了比较好的效果。终压值均可达到2.5 Rt，即3 750 KN，且可达到设计稳压的要求。

（3） 基于前3 栋桩基施工的经验，4-13 栋对于见洞率不高的楼栋采用十字型桩尖，见洞率较高且基岩面起伏剧烈楼栋底部采用一根PHC500B（125）型桩和环型锯齿桩尖。对于溶洞顶板厚度不满足设计要求的桩位，采用潜孔锤进行引孔。总计施工管桩1 806 根，断桩15 根。断桩率控制优良，起到了比较好的效果。

（4） 对于已施工的管桩，每栋抽取3 根进行复压检测，经过检测，复压沉降量约0.5 cm～1.0 cm，满足规范沉降控制要求。由于管桩布置较密，施工过程中，持续对管桩进行监测，对于管桩或桩间土上浮区域的管桩进行复压。以保证管桩承载力。

（5） 桩基施工完工后，委托第三方质检部门对管桩进行了检测，经过静载检测，单桩承载力均达到了设计承载力要求。管桩大部分为I 类桩，部分II 类桩，无III 类及IV 桩。成桩质量优良，达到了较好的工程效果。

结束语

对于溶洞有较强发育且有一定埋深，上覆土层存在较厚的淤泥等软弱土层，基岩面软硬突变较为严重的地质情况，当其他桩型施工困难且质量较难控制时，可采用PHC 管桩，能取得较好的工程效果。

本项目PHC 管桩施工总周期约2 个月，比附近保利珑门项目桩基施工工期节省约4 个月，总造价较灌注桩基础节约50%以上，成桩质量优良，管桩承载力较好，经济效果明显。

通过对各塔楼施工期间和使用后2 年内的沉降监测，塔楼总沉降量为2 mm～10 mm，总沉降量较小，沉降且已基本稳定。

通过本项目PHC 管桩在岩溶地区的成功应用，为岩溶地区基础工程的建设提供了很好的指导和实践意义，供同仁们参考借鉴。