预应力管桩在地下超薄持力层中的应用

摘　要：根据当地地质条件，通过桩静荷载试验，确定桩的承载力极限值，发现杭州地区厚度为1.6~3.1m的超薄砾砂层对预应力管桩也具有作为持力层的工程应用价值，可供类似地质、类似工程参考。
关键词：预应力管桩；超薄持力层；承载力；荷载试验

　　1项目概况
　　杭政储出51号地块商业金融用房项目房位于杭州市下沙。项目总用地面积约3万m2，拟建设6幢16～23层办公商业用房，±0.00m相当于黄海高程6.60m，标准层层高3.6m，限高100m，主楼采用框架、剪力墙结构，典型柱距8.4m，建筑桩基设计等级为乙级。
　　2勘察报告
　　①1杂填土：灰黄-灰色，松散，主要由粉性土组成，含有水泥块、砖块等建筑垃圾、碎石、生活垃圾。局部缺失，层顶高程5.71～6.66m，层厚0.00～2.40m。
　　②（1-5）砂质粉土：灰黄色，稍密-中密。干强度低，韧性差，可见铁锰质斑点。浅部黏性好，为黏质粉土，全场分布。层顶高程－16.79～3.51m，层厚17.1～20.3m。
　　②6黏质粉土：灰色，稍密。略具层状，混砂质粉土，干强度低，韧性差，摇振反应中等。局部夹粉质黏土薄层，全场分布。层顶高程－20.40～－17.26m，厚度4.30～8.80m。
　　⑤粉质黏土：灰色，流塑，局部软塑。切面较光滑，细鳞片状，具水平层理，含有粉细砂薄层、团块，含少量贝壳，干强度中等，韧性中等。全场分布，层顶标高－26.90～－22.80m，层厚14.30～19.00m。
　　⑥粉质黏土：灰色-浅灰色，硬可塑，局部软可塑状。切面不甚光滑，干强度中等，韧性中等，局部含有少量粉细砂、砾砂等。全场分布，层顶标高－43.79～－40.30m，层厚1.20～5.30m。
　　⑦1砾砂：灰-灰黄色，稍密-中密。含粒径大于2mm的颗粒含量占全重的25%左右，含粒径大于20mm的颗粒含量约10%，混黏粒和粉粒，全场分布。层顶高程－46.29～－41.98m，层厚1.00～6.80m。
　　⑦4粉质黏土：褐灰-浅灰色，硬可塑，局部软可塑。切面较粗糙，可见铁锰质斑点，钙质结核，干强度高、韧性一般，混粉细砂。局部分布，层顶标高－53.24～－49.97m，层厚0.00～7.00m。
　　⑦5圆砾：灰色，中密-密实。含粒径2～20mm的岩石颗粒占全重的50%～60%；含粒径20～200mm的岩石颗粒占全重的10%～20%，母岩成分主要为凝灰岩和砂岩，呈亚圆形，其余为砂粒和黏粒充填，分选性差。其密实度在横向上和纵向上有一定的离散性。仅Z26孔缺失，层顶高程－56.58～－52.14m，厚2.20～7.50m。
　　⑧1全风化玄武岩：褐紫色，局部为红棕色，硬可塑。原岩结构已基本破坏，可辨认，风化呈砂土状，局部夹强风化碎块，干钻可钻进，局部分布。层顶高程－60.95～－57.78m，层厚0.00～4.80m。
　　⑧2强风化玄武岩：褐紫色，稍硬。斑状结构，母岩成分与结构大部分已破坏，结构不甚清晰，岩芯呈碎块状，节理面被风化泥填充，风化不均，局部夹中风化岩块，手可掰断，干钻可进尺约375px。层顶标高－64.24～－58.18m，厚度0.00～5.90m。
　　⑧3中风化玄武岩：黑色或灰青色，坚硬。斑状结构，构造清晰，气孔构造，节理裂隙较发育，裂隙面被铁锰质渲染。岩芯以短柱状为主，互击声较清脆，锤击不易击碎，干钻难钻进。岩石饱和单轴抗压强度10.2～27.8MPa，标准值为13.1MPa，属较软岩。岩体较破碎，岩体基本质量等级为IV级，无洞穴，临空面及软弱岩层。全场分布，层顶标高－68.77～－58.88m，控制厚度3.40～6.70m。
　　据此，原设计建议桩型为预应力混凝土管桩和钻孔灌注桩，分别以地质⑦3（⑦5）及⑧3作为桩基持力层。
　　按原设计，不仅桩长超深，且施工质量不易保证，故我们在确保工程安全的前提下，拟进行桩基优化，决定在施工前先做桩静载试验，以确定合理的桩承载力参数。
　　3施工过程
　　按基坑平面，均匀选择北、中、南三处点位，分别靠近地质报告Z8、Z22、Z59孔附近为试桩点。管桩选择PHCA600　　（130）型管桩，配桩60m，采用ZYJ-800B型静力压桩机，自重加配重总质量约690t。
　　3.1南点位施工情况
　　2013年10月6日施打近Z59孔桩，桩入土12m时压桩力为3400kN，入土18m时压桩力为3190kN，入土30m时压桩力为4250kN，入土48m时压桩力为4250kN，然后压桩力快速上升，入土49.8m时压桩力达6300kN。桩机抬架。施压反复3次，未见桩下沉，遂停止。桩顶超出自然地面10.20m，桩端黄海高程为－43.46m，对照地质报告参数，刚进入⑦1砾砂层界面。
　　3.2中点位施工情况
　　2013年10月14日，施打近Z22孔桩，桩长减配至51m，入土13m时压桩力为2970kN，入土17m时压桩力为3400kN，入土26m时压桩力为3830kN，入土41m时压桩力为3830kN，入土50.6m时压桩力为3400kN，然后压桩力快速上升，入土51m时压桩力达6300kN，桩机抬架，反复试压3次后停止。桩端黄海高程为－45.07m，对照地质报告参数，进入⑦1砾砂层0.70m。
　　3.3北点位施工情况
　　2013年10月15日施打近Z8孔桩，配桩长52m，入土13m时压桩力为2130kN，入土20m时压桩力为1590kN，入土28m时压桩力为3400kN，入土39m时压桩力为3400kN，入土50m时压桩力为5100kN，然后压桩力快速上升。入土50.8m时压桩力达6300kN，桩机抬架，施压反复3次后停止。桩端黄海高程－44.80m，参照地质报告参数，进入⑦1砾砂层0.30m。
　　4桩静载试验
　　桩静载试验委托杭州市勘测设计研究院进行，采用重力平台慢速维持荷载法（执行标准《建筑桩基检测技术规范》）试验方法及过程正常，此处仅列出试验结果。预估极限荷载6500kN，计划分10级加载，每级维持120min。
　　2013年10月30日，试验近北点位Z8孔桩，初级荷载1300kN，然后每级加载650kN，加载第10级至7150kN，累计沉降34.89mm，加载第11级至7800kN，5min内桩沉降快速增加至103.74mm，停止加载。结合Q-S曲线，判定该桩极限承载力为7150kN。
　　2013年11月2日，试验中点位Z22孔桩，初级荷载1300kN，然后每级加载650kN。加载第10级至7150kN，累计沉降39.79mm，加载11级至7800kN，5min内桩沉降快速增大至108.42mm，停止加载。结合Q-S曲线，判定该桩极限承载力为7150kN。
　　2013年10月25日，试验南点位Z59孔桩，初级荷载1300kN，然后每级加载650kN，加载第10级至7150kN，累计沉降40.43mm，加载第11级至7800kN，5min内桩沉降快速增大至104.42mm，停止加载。结合Q-S曲线，判定该桩极限承载力为7150kN。
　　5一个问题的说明
　　从试桩看，对照地质报告参数，桩端进入⑦1层为0m、0.3m、0.7m，从压桩力观测，进入⑦1层应无疑义，其误差来源只能有两个：
　　（a）试桩位未精确定位在桩孔处，可能造成偏差。
　　（b）地质报告土层界“线”，是依据现场勘探及业内成果划分，而事实上土层为一延续渐变状态，并不存在突变的线，划分有难度，易造成误差。
　　6结语
　　（a）据地质报告显示：Z8孔⑦1层砾砂厚1.6m，下有较软弱的⑦2层粉质黏土厚2.2m；Z22孔⑦1层砾砂厚1.8m，下有较软弱的⑦2层粉质黏土厚4.1m；Z59孔⑦1层砾砂厚3.1m，下有较软弱的⑦2层粉质黏土厚4.9m。
依据《建筑桩基技术规范》，“桩端全截面进入砂土不宜小于1.5d，当存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力层厚度不宜小于3d”，按此标准，本次3根试桩的进入持力层深度及桩端下持力层厚度都未达到。但荷载试验证明，桩极限承载力可达7150kN。故对预应力管桩在先进行静载试验的前提下，在超薄持力层的工程应用具备可行性。
　　（b）静压桩机最终压力对桩极限承载力有较好的预示性，可视作一次简化的承载力测试。只要通过终压力标准控制，使桩端恰好进入持力层合适深度，就可较好地满足桩的极限承载力标准。其他如钻孔灌注桩，则无法安全、准确地分辨和应用此种薄层。
　　（c）在工程设计初期，先行桩静载试验，桩承载力特征值参数可定得更为科学合理，更有利于工程建设，使之在安全性及经济性上达到平衡。以本工程为例，如用经验参数法，采用管桩首先不可能以厚1.60~3.10m的⑦1层砾砂为持力层；其次，据地质报告参数，以Z22孔为例，Φ600mm管桩计算特征值为2554kN（计算结果从略），而静载试验法桩特征值≥3500kN，参数值可增加37%，其经济效益很可观。
　　（d）对预应力管桩而言，其桩端进入砾砂层后，压桩力迅速增加，很快达到荷载停止标准，此后如想再下压50mm也几乎是不可能的。