解析特殊地質(zhì)條件下的管樁設(shè)計(jì)

　　樁型選擇應(yīng)根據(jù)工程性質(zhì)、地質(zhì)情況、施工條件及場地周圍環(huán)境等綜合考慮。上海是典型的特殊軟土地區(qū)，目前興建高層建筑物以樁基為主，選用的樁型主要有預(yù)制鋼筋混凝土方樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（簡稱PHC樁）、灌注樁、鋼管樁。

　　以上海地區(qū)為例，上海地區(qū)軟土的特點(diǎn)是地基土松軟，地下水位很高，多層承壓水，環(huán)境條件復(fù)雜。軟土特性是低強(qiáng)度、高壓縮性、流變性、低滲透性、高靈敏度。

　　管樁具有適應(yīng)面廣、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理、品種規(guī)格齊全、樁身強(qiáng)度高、成樁質(zhì)量可靠、對(duì)土層適應(yīng)性較強(qiáng)、工效高、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好等特點(diǎn)。

　　且在建筑工程造價(jià)方面，PHC樁的優(yōu)勢尤為明顯。以一高層住宅項(xiàng)目為例，采用鋼管樁造價(jià)往往為PHC樁的4倍、灌注樁為2~3倍、方樁是1.2倍。

　　管樁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　管樁主要分3種類型：預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(PHC樁)，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PC樁)，預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁(PTC)。

　　PHC樁、PC樁按樁身混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力值或其抗彎性能分為A型、AB型、B型和C型4種。

　　1、樁基的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)綜合考慮工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)類型、使用功能、荷載特征、施工技術(shù)條件和環(huán)境，并應(yīng)重視地方經(jīng)驗(yàn)，因地制宜，注重概念設(shè)計(jì)，合理選擇樁型、成樁工藝和承臺(tái)形式，優(yōu)化布樁，節(jié)約資源，強(qiáng)化施工質(zhì)量控制與管理。

　　2、基樁的布置宜符合下列條件：

　　基樁的最小中心距應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定；當(dāng)施工中采取減小擠土效應(yīng)的可靠措施時(shí)，可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)適當(dāng)減小。

　　管樁不宜應(yīng)用或應(yīng)慎用的地質(zhì)條件如下：

　　樁端持力層以上的覆蓋層中含有較多且難以清除又嚴(yán)重影響打樁施工的孤石或其他障礙物；

　　樁端持力層以上的覆蓋層中含有不適宜作樁端持力層且管樁又難以貫穿的堅(jiān)硬夾層；

　　作為樁端持力層的全風(fēng)化花崗巖巖層或強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的上表層中存在巖脈和較多的未風(fēng)化球狀體；

　　石灰?guī)r等巖溶地區(qū)；

　　非巖溶地區(qū)上覆土層為淤泥等松軟土層，其下直接為中風(fēng)化巖或微風(fēng)化巖，或中風(fēng)化巖面上只有較薄的強(qiáng)風(fēng)化巖層；

　　難以貫入的巖面埋藏較淺且傾斜較大；

　　樁端持力層為遇水易軟化且埋藏較淺的風(fēng)化巖層。

　　管樁的選用原則是：

　　1） 當(dāng)用于抗震設(shè)防烈度為8度地區(qū)的工業(yè)與民用建筑時(shí)，宜選用AB型或AB型以上的管樁，不宜使用A型樁。

　　2）甲級(jí)地基基礎(chǔ)應(yīng)選用AB型或AB型以上且產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)為優(yōu)等品的PHC樁，不得使用A型樁。

　　3） 抗拔樁除樁接頭需按有關(guān)規(guī)程采用的措施外，宜選用AB型或AB型以上的PHC樁或PC樁，不宜使用A型樁。

　　管樁沉樁及控制要求

　　管樁沉樁有錘擊法、靜壓法、引孔打（壓）法。

　　“建筑樁基技術(shù)規(guī)范”JGJ94-2008要求：

　　1、采用焊接接樁除應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ 81的有關(guān)規(guī)定外，還應(yīng)符合下列規(guī)定：

　　1） 下節(jié)樁段的樁頭宜高出地面0.5m；

　　2） 下節(jié)樁的樁頭處宜設(shè)導(dǎo)向箍。接樁時(shí)上下節(jié)樁段應(yīng)保持順直，錯(cuò)位偏差不宜大于2mm，接樁就位糾偏時(shí)，不得采用大錘橫向敲打；

　　3） 樁對(duì)接前，上下端板表面應(yīng)采用鐵刷子清刷干凈，坡口處應(yīng)刷至露出金屬光澤；

　　4） 焊接宜在樁四周對(duì)稱地進(jìn)行，待上下樁節(jié)固定后拆除導(dǎo)向箍再分層施焊；焊接層數(shù)不得少于兩層，第一層焊完后必須把焊渣清理干凈，方可進(jìn)行第二層（的）施焊，焊縫應(yīng)連續(xù)、飽滿；

　　5） 焊好后的樁接頭應(yīng)自然冷卻后方可繼續(xù)錘擊，自然冷卻時(shí)間不宜少于8min；嚴(yán)禁采用水冷卻或焊好即施打；

　　6） 雨天焊接時(shí)，應(yīng)采取可靠的防雨措施；

　　7） 焊接接頭的質(zhì)量檢查，對(duì)于同一工程探傷抽樣檢驗(yàn)不得少于3個(gè)接頭。

　　2、沉樁前必須處理空中和地下障礙物，場地應(yīng)平整，排水應(yīng)暢通，并應(yīng)滿足打樁所需的地面承載力。

　　3、樁錘的選用應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、樁型、樁的密集程度、單樁豎向承載力及現(xiàn)有施工條件等因素確定，也可按本規(guī)范附錄H選用。

　　4、樁打入時(shí)應(yīng)符合下列規(guī)定：樁帽或送樁帽與樁周圍的間隙應(yīng)為5～10mm；錘與樁帽、樁帽與樁之間應(yīng)加設(shè)硬木、麻袋、草墊等彈性襯墊；樁錘、樁帽或送樁帽應(yīng)和樁身在同一中心線上；樁插入時(shí)的垂直度偏差不得超過0.5％。

　　5、打樁順序要求應(yīng)符合下列規(guī)定：對(duì)于密集樁群，自中間向兩個(gè)方向或四周對(duì)稱施打；當(dāng)一側(cè)毗鄰建筑物時(shí)，由毗鄰建筑物處向另一方向施打；根據(jù)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)標(biāo)高，宜先深后淺；根據(jù)樁的規(guī)格，宜先大后小，先長后短。

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　　6、樁終止錘擊的控制應(yīng)符合下列規(guī)定：

　　1）當(dāng)樁端位于一般土層時(shí)，應(yīng)以控制樁端設(shè)計(jì)標(biāo)高為主，貫入度為輔；

　　2）樁端達(dá)到堅(jiān)硬、硬塑的黏性土、中密以上粉土、砂土、碎石類土及風(fēng)化巖時(shí)，應(yīng)以貫入度控制為主，樁端標(biāo)高為輔；

　　3）貫入度已達(dá)到設(shè)計(jì)要求而樁端標(biāo)高未達(dá)到時(shí)，應(yīng)繼續(xù)錘擊3陣，并按每陣10擊的貫入度不應(yīng)大于設(shè)計(jì)規(guī)定的數(shù)值確認(rèn)，必要時(shí),施工控制貫入度應(yīng)通過試驗(yàn)確定。

　　7、當(dāng)遇到貫入度劇變，樁身突然發(fā)生傾斜、位移或有嚴(yán)重回彈、樁頂或樁身出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫、破碎等情況時(shí)，應(yīng)暫停打樁，并分析原因，采取相應(yīng)措施。

　　8、樁終止錘擊的控制應(yīng)符合下列規(guī)定：

　　1） 當(dāng)樁端位于一般土層時(shí)，應(yīng)以控制樁端設(shè)計(jì)標(biāo)高為主，貫入度為輔；

　　2） 樁端達(dá)到堅(jiān)硬、硬塑的黏性土、中密以上粉土、砂土、碎石類土及風(fēng)化巖時(shí)，應(yīng)以貫入度控制為主，樁端標(biāo)高為輔；

　　3） 貫入度已達(dá)到設(shè)計(jì)要求而樁端標(biāo)高未達(dá)到時(shí)，應(yīng)繼續(xù)錘擊3陣，并按每陣10擊的貫入度不應(yīng)大于設(shè)計(jì)規(guī)定的數(shù)值確認(rèn)，必要時(shí),施工控制貫入度應(yīng)通過試驗(yàn)確定。

　　9、當(dāng)遇到貫入度劇變，樁身突然發(fā)生傾斜、位移或有嚴(yán)重回彈、樁頂或樁身出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫、破碎等情況時(shí)，應(yīng)暫停打樁，并分析原因，采取相應(yīng)措施。

　　10、施打大面積密集樁群時(shí)，可采取下列輔助措施：

　　1） 對(duì)預(yù)鉆孔沉樁，預(yù)鉆孔孔徑可比樁徑（或方樁對(duì)角線）小50～100mm，深度可根據(jù)樁距和土的密實(shí)度、滲透性確定，宜為樁長的1/3～1/2；施工時(shí)應(yīng)隨鉆隨打；樁架宜具備鉆孔錘擊雙重性能；

　　2） 應(yīng)設(shè)置袋裝砂井或塑料排水板。袋裝砂井直徑宜為70～80mm，間距宜為1.0～1.5m，深度宜為10～12m；塑料排水板的深度、間距與袋裝砂井相同；

　　3） 應(yīng)設(shè)置隔離板樁或地下連續(xù)墻；

　　4） 可開挖地面防震溝，并可與其他措施結(jié)合使用。防震溝溝寬可取0.5～0.8m，深度按土質(zhì)情況決定；

　　5）應(yīng)控制打樁速率和日打樁量，24小時(shí)內(nèi)休止時(shí)間不應(yīng)少于8h；

　　6） 打結(jié)束后，宜普遍實(shí)施一次復(fù)打；

　　7） 應(yīng)對(duì)不少于總樁數(shù)10%的樁頂上涌和水平位移進(jìn)行監(jiān)測；

　　8） 沉樁過程中應(yīng)加強(qiáng)鄰近建筑物、地下管線等的觀測、監(jiān)護(hù)。

　　11、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的總錘擊數(shù)及最后1.0m沉樁錘擊數(shù)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)確定。

　　12、錘擊沉樁送樁應(yīng)符合下列規(guī)定：

　　1） 送樁深度不宜大于2.0m；

　　2） 當(dāng)樁頂打至接近地面需要送樁時(shí)，應(yīng)測出樁的垂直度并檢查樁頂質(zhì)量，合格后應(yīng)及時(shí)送樁；

　　3） 送樁的最后貫入度應(yīng)參考相同條件下不送樁時(shí)的最后貫入度并修正；

　　4） 送樁后遺留的樁孔應(yīng)立即回填或覆蓋；

　　5）當(dāng)送樁深度超過2.0m且不大于6.0m時(shí)，打樁機(jī)應(yīng)為三點(diǎn)支撐履帶自行式或步履式柴油打樁機(jī)；樁帽和樁錘之間應(yīng)用豎紋硬木或盤圓層疊的鋼絲繩作“錘墊”，其厚度宜取150～200mm。

　　靜壓樁工藝本文不作詳述。

　　沉樁的可能性評(píng)估

　　樁基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題是：持力層選擇，樁型選擇，單樁承載力，樁基沉降，沉樁的可能性，沉樁對(duì)周圍環(huán)境的影響及控制。

　　影響沉樁動(dòng)阻力的主要因素為地基土特性，預(yù)制樁種類及樁身強(qiáng)度，機(jī)具設(shè)備，進(jìn)入持力層深度，布樁間距(布樁面積系數(shù))，沉樁順序及速率。

　　PHC樁的優(yōu)化設(shè)計(jì)案例

　?。ㄒ唬┕こ虒?shí)例1：XX河濱花園

　　“河濱花園”由3幢高層住宅樓組成，1號(hào)樓為26～27層，2號(hào)樓為27～28層，3號(hào)樓26～27層?？傆玫孛娣e：17409m2； 總建筑面積：73037m2。

　　該工程地層條件屬于上海地區(qū)的正常地層，3幢高層建筑物原設(shè)計(jì)擬采用樁徑Φ800灌注樁方案, 后改成預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC樁），采用PHC預(yù)應(yīng)力管樁，樁徑Φ600，有效樁長30～33m，進(jìn)入第7-1層砂質(zhì)粉土3～4m，為業(yè)主節(jié)省資金達(dá)700萬元左右。

　?。ǘ┕こ虒?shí)例2：上海XX苑(33層)

　　原灌注樁Φ800，持力層8-2；PHC600AB，持力層7-1，Rk=5500KN,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：原方案造價(jià)140元/m2；現(xiàn)方案為54元/m2。

　?。ㄈ┕こ虒?shí)例3：上海XX花苑(31層)

　　原灌注樁Φ800，持力層7-2；PHC600AB，持力層7-2，Rk=5500KN,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：原方案造價(jià)為140元/m2；現(xiàn)方案為50元/m2。

　?。ㄋ模┕こ贪咐?：“XX海景花園”樁基優(yōu)化咨詢

　　原設(shè)計(jì)方案：鉆孔灌注樁、樁徑800mm，樁長47m。

　　優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：PHC管樁、樁徑600mm，樁長26～28m。

　　經(jīng)濟(jì)效益：通過樁基優(yōu)化咨詢提高樁基承載力，沉降控制在4～6cm，實(shí)際節(jié)省基礎(chǔ)造價(jià)400萬元,縮短工期近兩個(gè)月。

　?。ㄎ澹┕こ贪咐?：“合肥XX花園”樁基優(yōu)化咨詢

　　設(shè)計(jì)方案：PHC 600 管樁，樁長27m，單樁承載力極限值5600kN。經(jīng)濟(jì)效益：優(yōu)化樁基持力層，為合肥首例在高層中應(yīng)用管樁的案例。