PHC 管樁在某賽車場軟土地基上的應用研究

劉 鵬，劉 浩，楊 渝（中國建筑第二工程局有限公司華東公司，上海 200135）

PHC 管樁（預應力高強度混凝土管樁）具有較高的承載力且便于施工，近年來被廣泛地應用到地基處理施工中[1-2]。湖北省武漢市某新能源與智能汽車基地封閉測試場項目地質(zhì)條件復雜，設計采用 PHC 樁＋CFG 樁的軟土地基處理方案。其中 PHC 樁多達 33 380 根。PHC 管樁施工能否滿足設計要求對于地基處理效果尤為重要。影響 PHC 管樁地基處理效果的因素主要有樁長、樁徑、樁間距、混凝土標號等[3-4]?？紤]到場區(qū)地質(zhì)條件變異性大，且賽道形狀不規(guī)則，因此設計采用固定的樁間距，通過采用不同的樁長以控制不均勻沉降。綜合考慮沉降、承載力持力層因素，得到各區(qū)域 PHC 樁的設計樁長。為了驗證樁長設計的合理性，一般情況下可通過理論計算、現(xiàn)場試驗、數(shù)值模擬等方法[5-6]。本文采用理論計算結合現(xiàn)場試驗進行研究，分別計算單樁承載力以及沉降值是否符合規(guī)范要求，計算結果驗證了樁長設計的合理性?，F(xiàn)場進行單樁靜載試驗，試驗結果與理論計算的結果一致。

1 工程概況

該基地封閉測試場一期賽道位于武漢經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)東荊河河畔，規(guī)劃用地面積為 0.875 km2，按照際汽聯(lián)二級賽道設計。主賽道總長為 4 188.6 m，規(guī)劃觀眾數(shù)量約 5.8 萬人，屬重點建設項目。賽道范圍內(nèi)需要對軟土地基進行處理，以滿足賽道 1/2 000 平整度的要求。 根據(jù)專家評審會議，形成了 CFG 樁＋PHC 樁的地基處理方案，以及泡沫輕質(zhì)土＋處治土的路基填筑方案，確定了工后沉降 10～15 cm的沉降控制標準。

2 賽道 PHC 樁軟土地基理論分析

2.1 PHC 樁設計方案

PHC 樁的設計參數(shù)： PHC 樁采用 PHC 500 AB 100 型號，樁身強度采用 C 80 高強混凝土，樁徑為 500 mm，壁厚為 100 mm，采用正方形布樁方式，樁間距 3.00 m。樁頂部設 1.50 m×1.50 m×0.35 m 方形樁帽，強度 C 30。PHC樁橫斷面示意圖如圖 1 所示。

圖1 PHC 樁橫斷面示意圖

路基填筑方案為：對于路基填方高度為 2.00～4.75 m的區(qū)域采用水泥土填筑，對于填方高度 ＞4.57 m 的區(qū)域，采用水泥土＋泡沫輕質(zhì)土方式填筑，使得荷載控制在（100±10）kPa 范圍。

根據(jù)賽道部分巖土勘察報告，軟弱土 ②-2 層、 ③ a 層及 ④ 層為場區(qū)主要不良地基土層，具有低承載力、高壓縮性等特點，埋深 1.60～8.30 m，厚薄不均，可能會引起構筑物的過量沉降、不均勻沉降和地基的滑移，造成破壞。地基處理應結合地質(zhì)條件和荷載水平，采取不同的樁長、樁間距以控制不均勻沉降。考慮到該區(qū)域地質(zhì)條件變異性大，且賽道形狀不規(guī)則，因此本方案采用固定的樁間距，通過采用不同的樁長以控制不均勻沉降。綜合考慮沉降、 承載力持力層因素，得到各區(qū)域 PHC 樁的設計樁長。

2.2 樁頂部荷載計算

根據(jù) JTGTD 31-01—2013《公路軟土路基路堤設計與施工技術細則》，樁頂上的荷載壓力Fcap可根據(jù)路堤填料中的土拱效應按式（1）和式（2）計算。

以 HK 165 為例，此勘探點樁長設計值為 25.00 m，計算得到樁體荷載分擔比、樁頂部作用荷載。樁頂荷載計算結果如表 1 所示。

表1 樁頂荷載計算結果

2.3 承載力驗算

剛性樁可不驗算復合地基承載力。本文僅對單樁承載力進行計算。根據(jù)建筑樁基技術規(guī)范，對樁間土沉降引起的樁側負摩擦阻力進行考慮，承載力應扣除中性點以上的樁側阻力。單樁豎向抗壓極限承載力取R=1 900 kN。樁側下拉荷載計算按式（6）計算，樁側負摩擦阻力按式（7）計算。

表2 中性點深度 ln

ln、l0分別為自樁頂算起的中性點深度和樁周軟土層下限深度，本計算中取至 4 層底。當樁周土層計算沉降量＜20 mm 時，ln應按列表值乘以 0.4～0.8 折減。

表3 負摩擦阻力系數(shù)表

對于擠土樁，表 3 中取大值，對于非擠土樁，表 3 中取小值；填土按其組成取表中同類土的較大值。

分析 HK 165 勘探點，初步計算中性點位置，ln=11 m，下拉荷載計算如表 4 所示。

表4 下拉荷載計算表

2.4 沉降計算

根據(jù) JGJ 94—2018《建筑樁基技術規(guī)范》，按照承臺底地基土分擔荷載的復合地基計算沉降。對于樁端平面下地基中由樁基引起的附加應力，按照明德林（Mindlin）解計算確定。將樁端阻力和樁側阻力簡化為圖的形式，求解明德林解應力影響系數(shù)。樁間土對地基中某點產(chǎn)生的附加應力按照布辛奈斯克（Boussinesq）解計算，與樁基產(chǎn)生的附加應力疊加計算最終沉降量。按式（9）計算最終沉降量。

樁頂?shù)募辛Π词剑?0）計算。

樁側摩阻力沿樁身線性增長的情況按式（12）計算。

對于一般型摩擦樁，樁側阻力可簡化為沿著樁身線性增大將沉降計算點水平面影響范圍內(nèi)各基樁對應力計算點產(chǎn)生的附加應力疊加，采用單向壓縮分層總和法計算土層的沉降。樁基的最終沉降量可按式（13）計算。計算深度樁端平面下 15.00 m，根據(jù) JG J94—2018，分層厚度 ≤ 計算深度的 0.3 倍，取 4.50 m。按式（13），勘探點 HK 165 沉降取樁基和樁間土產(chǎn)生的沉降之和，為81.31 mm。綜上所述，81.31 mm 作為該勘探點最終沉降值，滿足 15 cm 的沉降控制標準。

3 賽道 PHC 樁靜載試驗

3.1 單樁承載力試驗

現(xiàn)場已經(jīng)完成了全部的 PHC 管樁施工，為了驗證理論計算結果，本次單樁承載力試驗選擇勘探孔 HK 165 對應的管樁。試驗管樁的編號為 P 30-18-10-2，樁長為 25.00 m，位于現(xiàn)場 30 區(qū)。根據(jù)設計文件要求，單樁承載力特征值為950 kN，試驗加載量取單樁承載力特征值的 2.4 倍。試驗采用分級加載，每級加載量為荷載總量的 1/10，第一級加載量為 2.0 倍分級荷載；每級加載完成后按每隔 5、10、15、15、15 min 各測讀一次。累計 1 h 后每隔 30 min 進行一次讀數(shù)。當連續(xù)兩次每小時的沉降量＜0.1 mm 時，則判定管樁已相對穩(wěn)定,可進行下一級加載。

3.2 單樁靜載試驗結果分析

記錄現(xiàn)場單樁靜載試驗的數(shù)據(jù)，當加載至 2 280 kN時，現(xiàn)場沉降量為 37.39 mm，小于規(guī)范規(guī)定的 40.00 mm，單樁承載力滿足設計要求，證明樁長滿足設計要求。單樁靜載試驗結果如圖 2 所示。

圖2 靜載試驗結果圖

4 結 語

(1) 通過理論計算得出勘探點 HK 165 的單樁承載力為868.95 kN，樁頂部荷載為 655.34 kN，單樁承載力大于樁頂部荷載，承載力滿足要求。該勘探點的最終沉降值為 81.31 mm，滿足 15 cm 的沉降控制標準。

(2) 現(xiàn)場單樁靜載試驗總沉降為 37.39 mm，小于規(guī)范要求的 40 mm，靜載試驗結果滿足設計要求。HK 165 勘探點的管樁設計符合規(guī)范要求。