預應力混凝土管樁在巖溶地區(qū)的應用

葉修喜，余安勝

（中機第一設計研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

我國南方地區(qū)巖溶地質廣泛分布，巖溶地區(qū)不良地質作用較發(fā)育，地質條件復雜，巖面起伏較大，沖（鉆）孔灌注樁是在巖溶地區(qū)應用最為廣泛的一種樁型。近年來，預應力混凝土管樁在建筑工程中得到廣泛的應用。預應力混凝土管樁有質量可靠、施工速度快、經(jīng)濟性好等優(yōu)點，預應力混凝土管樁應用在巖溶地區(qū)也有明顯的缺點：斷樁率高、樁長變化大、遇溶洞易出現(xiàn)失穩(wěn)等方面的問題。本文根據(jù)工程實踐，對預應力混凝土管樁在巖溶地區(qū)的應用進行分析探討，針對不同情況提出應對措施。

2 工程概況

項目位于廣東省佛山市，規(guī)劃用地約18.7×104m2，建筑面積約 12.6×104m2。擬建技術中心、研發(fā)樓、專家樓，地上 4～6 層，地下1 層，采用鋼筋混凝土框架結構，砌體填充墻圍護；擬建廠房1～3 層，單層廠房采用門式剛架結構，多層廠房采用鋼框架結構，圍護結構采用雙層彩鋼板。

3 地質情況

3.1 場地工程地質分層及特征

場地地貌單元屬于沖積平原。場地地形平坦廣闊，原為魚塘和耕地，現(xiàn)已回填平整，整個場地最大高差0.9m。勘探深度范圍內揭露地層主要有：素填土、沖積層（粉質黏土、淤泥、細砂等）、殘積層粉質黏土、灰?guī)r，土層具體特性如下。

①素填土：灰黃、淺灰色；松散；成分主要為黏性土及碎石，粒徑多為3～10cm，近期回填而成，未經(jīng)壓實，全場分布，厚度 1.0～4.0m。

②粉質黏土：灰黃、淺灰色；濕，可塑；部分表現(xiàn)為黏土，含多量細砂顆粒，黏性較好，干強度中等，沖積成因，承載力特征值 fak=120kPa，局部分布，厚度 0.7～12.5m。

③淤泥質土、淤泥：灰黑；飽和，流塑；含少量腐殖質及多量粉細砂顆粒，黏性好，手捏有滑膩感，局部為含淤泥粉砂，沖積成因，承載力特征值fak=60kPa，局部分布，厚度0.9～10.7m。

④粉細砂：褐黃、淺灰；飽和，松散為主，局部稍密；砂的主要礦物成分為石英，含多量黏粒，局部表現(xiàn)為中砂，級配不良，沖積成因，承載力特征值fak=100kPa，局部分布，厚度1.1～11.5m。

⑤粉質黏土：褐黃、紫褐色；稍濕，硬塑～堅硬；含多量細砂顆粒，局部含圓礫、碎石，粒徑一般為2～6cm，局部地段夾多量全、強風化巖塊，黏性一般，干強度中等，為砂巖、灰質礫巖完全風化殘留產(chǎn)物，遇水易軟化，殘積成因，承載力特征值fak=200kPa，局部分布，厚度 2.1～14.3m。

⑥1強風化灰?guī)r：深灰、灰色，巖石風化強烈，巖芯多呈半巖半土狀，夾少量中等風化巖塊，巖質極軟，遇水易崩解軟化。巖體完整程度為極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ類，承載力特征值fak=500kPa，局部分布，厚度1.1～14.3m。

⑥2中等風化灰?guī)r：灰黑、深灰色，隱晶質結構、層狀構造，主要礦物成分為方解石，含少量炭質，節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理面多被方解石巖脈充填，巖芯多呈塊狀，巖質較硬，巖體完整程度為極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ類，承載力特征值fak=1 700kPa，局部分布，厚度 0.5～7.7m。

⑥3微風化灰?guī)r：灰黑、深灰色，隱晶質結構、層狀構造，主要礦物成分為方解石，含少量炭質，節(jié)理裂隙發(fā)育，多被方解石巖脈全充填，巖芯多呈柱狀，少部分為塊狀，巖質較硬，巖體完整程度為較完整，巖體基本質量等級為Ⅲ類，承載力特征值fak=3 700kPa，本次勘測未鉆穿該層。

3.2 巖溶發(fā)育情況

完成的255 個鉆孔中有43 個鉆孔揭露有溶（土）洞，見洞率16.9%，屬溶洞中等～強發(fā)育。其中50%的洞隙無充填，其余為半～全充填，洞隙埋深為12.5～31.9m。對于已形成的洞隙，由于地下水位隨氣候呈季節(jié)性升降變化大，場地基巖面起伏變化差異大，地下水的動力條件較強，因此，土洞有加劇向上發(fā)展的可能性。這些巖溶的存在對地基的穩(wěn)定性構成了隱患。

4 基礎設計

基坑開挖后基底主要有①素填土、②粉質黏土、③淤泥質土、④粉細砂，上述土層承載力低，力學性質差，不能滿足建筑物對天然地基承載力和變形要求。場地下伏基巖為灰?guī)r，巖面起伏大，并發(fā)育有土洞和溶洞。因此，對于荷載較大的多層框架結構和跨度較大的單層廠房，地質報告建議優(yōu)先采用鉆（沖）孔灌注樁，以中風化～微風化巖作為樁端持力層，建議樁徑800～1 400mm，預計樁長15～35m。樁型也可選用預制樁方案，但需要進一步查明溶洞、土洞的分布范圍，對溶（土）洞進行處理后采用，以強風化～中風化巖作為樁端持力層，樁徑400～600mm。

根據(jù)工程的實際情況，該工程若采用鉆（沖）孔灌注樁，施工周期及造價很難滿足建設單位的要求。綜合考慮工期、造價等各方面因素，多層框架結構和跨度較大的單層廠房采用預應力混凝土管樁基礎，樁端以強風化～中風化巖作為樁端持力層。

根據(jù)巖土工程詳細勘察報告，溶（土）洞見洞率16.9%，巖面起伏較大，微風化巖頂面高差達14.5m，建議開展施工勘察【1】，施工勘察包含 2 部分內容。

第一部分：按一承臺一孔原則布置施工勘察孔，查明完整巖層（持力層）的埋深、標高等情況，為樁基礎設計提供依據(jù)。

第二部分：根據(jù)已實施的勘探孔推測溶（土）洞分布范圍，在溶（土）洞區(qū)域周邊或內部增加鉆孔，進一步查明溶（土）調分布范圍、大小、填充物等情況。

預應力混凝土管樁的特點是抗壓強度高、抗剪能力差，在巖溶地區(qū)，巖面高低不平，在沉樁過程中，樁下端碰到傾斜的巖面很容易斷裂，該地區(qū)某些工程斷樁率超過10%。設計通過3 方面措施來減小斷樁率：（1）控制單樁承載力特征值大小，本工程采用φ500mm×125mm 管樁，單樁豎向承載力特征值Ra=1 300kN；（2）接樁采用機械嚙合接頭，樁尖采用 H 型鋼樁尖【2】；（3）采用高強預應力混凝土管樁（PHC）、較大壁厚、AB 型及以上樁型號，根據(jù)需要亦可以將管樁箍筋加大加密。

巖溶地區(qū)，巖面起伏較大，樁長變化大，但根據(jù)一承臺一孔施工勘察數(shù)據(jù)確定的樁長與地質實際情況吻合度高，施工過程中只要通過合理計劃配樁即可減小樁長變化大的不利影響。

預應力管樁施工前，根據(jù)施工勘察查明的溶（土）洞分布范圍、大小，采用水泥灌漿方式對溶（土）洞進行處理，確保溶（土）洞灌滿水泥漿，注漿完成后用水泥砂漿封孔。溶（土）洞內水泥漿填充物膠結、硬化后檢測填充率和填充物承載力，確保灌漿質量滿足設計要求。溶（土）洞處理后再進行預應力管樁施工，不會出現(xiàn)樁遇溶（土）洞易出現(xiàn)失穩(wěn)的問題。

5 預應力混凝土管樁施工

巖溶地區(qū)預應力混凝土管樁施工過程中斷樁率高，施工工程須采取措施把斷樁率降到最低【3】。

1）根據(jù)設計圖紙和施工勘察報告，選用合理的樁節(jié)組合，盡量減少接樁次數(shù)。

2）嚴格控制樁身質量，有質量缺陷的樁嚴禁使用。

3）采用靜壓法施工工藝。

4）壓樁過程中要密切注意控制壓樁力及入土速度。

5）壓樁過程應測量樁身垂直度，當樁身垂直度偏差大于1%時，應停止壓樁，找出原因并設法糾正。

6）出現(xiàn)斷樁及時上報，由設計人員出具補樁方案。

6 結語

預應力混凝土管樁在本工程應用過程中，共出現(xiàn)斷樁17根，斷樁率0.5%，斷樁率遠小于該地區(qū)其他工程，樁基工程已全部檢驗合格。預應力混凝土管樁施工速度快、樁身質量穩(wěn)定、經(jīng)濟性好，通過合理的設計與施工，預應力混凝土管樁在巖溶地區(qū)的應用有較大推廣價值。