沿海地区不均匀地质下抗拔预应力高强混凝土管桩的设计与施工

2022-12-15汤亮李聪聪郭淯晟唐明成杨高勇王仕名

工程建设与设计 2022年22期

汤亮，李聪聪，郭淯晟，唐明成，杨高勇，王仕名

（中国建筑第二工程局有限公司华南公司珠海分公司，广东珠海 519000）

1 项目概况

1.1 工程概况

珠海机场综合交通枢纽项目一期工程位于广东省珠海市金湾区珠海机场北侧。项目主要建设内容为：航站楼前交通枢纽、配套商业服务中心及相关业务用房、地铁预留、轨道及轨道交通旅客行李通道（土建）等。项目用地面积约7.57×104m2，总建筑面积1.618×105m2，建筑最高点高度为27.38 m。地上2层，地下2层，局部地下3层，结构为框架结构体系。

1.2 工程地质条件

建设场地地形开阔，略有起伏，地面标高介于2.87～9.63 m；场地原始地貌单元为滨海堆积地貌，后经人工改造，目前场地大部分为施工区域、绿化带及道路等。根据勘察报告，场地内埋藏的地层主要有人工填土层、第四系海陆交互相沉积层及第四系残积层，下伏基岩为燕山期花岗岩。地勘报告中各地层工况为：中砂，分选较好，级配一般，局部不均匀含20%～40%淤泥质黏土，呈饱和、松散状态，偶见稍密状态；粉质黏土，主要由粉粒、黏粒组成，含10%～15%石英质，摇震无反应，光泽反应稍有光泽，干强度及韧性较高，呈很湿、可塑状态；淤泥，不均匀，含10%～30%粉细砂，光泽反应有光泽，干强度及韧性高，呈饱和、流塑状态；含粗砂粉质黏土，主要由粉粒、黏粒组成，含30%～40%粗砂，砂砾为石英质，次棱状，摇震无反应，光泽反应稍有光泽，干强度及韧性较高，呈湿、可塑状态；淤泥质黏土，局部夹朽木，不均匀含30%～40%石英砂，摇震反应缓慢，光泽反应有光泽，干强度及韧性高，呈饱和、软塑状态；粗砂，主要成分为石英质，次棱状，分选一般，级配一般，不均匀，含10%～20%黏粒、约5%石英砾砂，呈饱和、稍密～中密状态；砂质黏性土，由花岗岩原地风化而成，摇震无反应，光泽反应稍有光泽，干强度及韧性中等，呈很湿～饱和、硬塑状态。

场地工程地质条件复杂，地基整体稳定性差，工程建设适宜性为适宜性差，各土层层位稳定性差，多呈互层状或透镜体分布，层顶埋深变化很大，层厚变化很大，勘察场地地基土总体属于不均匀性地基土。

2 抗拔预应力高强混凝土管桩设计与试桩结果差异分析

2.1 管桩的设计技术指标

本工程采用的抗拔预应力高强混凝土管桩类型为PHC-500-AB-125管桩，共计5 121根，单桩竖向抗拔承载力特征值400 kN，设计有效桩长≥15 m，采用静压法施工，终压力值为2 800 kN，桩身允许爆压压桩力为5 000 kN。按最初的桩基设计，含粗砂粉质黏土、粗砂、砂质黏性土、全风化花岗岩均可作为桩端持力层，管桩进入持力层深度不小于2 m。抗拔预应力管桩设计终压值计算详见图1。

图1 抗拔预应力管桩设计终压值计算

2.2 管桩试桩结果

共进行7根试桩（编号为SZ1～SZ7），均出现满足设计桩长后，压力值不足的问题。管桩在粗砂粉质黏土、粗砂、砂质黏性土中，压力值增长缓慢，当压至全风化花岗岩时，压力值方能明显增长，并最终满足终压值至2 800 kN的要求，而此时桩长远大于设计有效长度。试桩记录见表1。

表1 试桩记录

2.3 分析偏差原因

以SZ1为例，下部土层-7.90～-15.20 m为中砂，-15.20～-22.60 m为含粗砂粉质黏土，-22.60～-26.30 m为砂质黏性土，-26.30～-36.20 m为全风化花岗岩。SZ1设计终压值分析图如图2所示。

图2 SZ1分析图

以SZ3为例，下部土层-7.83～-12.43 m为粉质黏土，-12.43～-19.53 m为含粗砂粉质黏土，-19.53～-25.63 m为砂质黏性土，-25.63～-34.63 m为全风化花岗岩。SZ3设计终压值分析图如图3所示。SZ3附近地层剖面图如图4所示。

图3 SZ3分析图

SZ3试桩计算结果如图5所示。通过试桩发现原设计未考虑不均匀土层中夹杂厚薄不均的淤泥层，而淤泥层的桩侧摩阻力特征值仅为8 kPa，远小于含粗砂粉质黏土的桩侧摩阻力特征值42 kPa，粗砂的桩侧摩阻力特征值33 kPa，砂粉质黏土的桩侧摩阻力特征值42 kPa，且含粗砂粉质黏土、粗砂、砂粉质黏土为松土，自稳能力一般，以至于过于乐观地估计了桩侧摩阻力。

图5 SZ3试桩计算

3 调整管桩设计技术指标

满足抗拔承载力反推需要的压桩力计算公式为：压桩力=（抗拔承载力/土层摩阻力折减系数+端阻力）×2

土层摩阻力折减系数为0.45，则压桩力近似计算为：（400/0.45+196）×2=2 170 kN。

从满足抗拔承载力要求的角度分析终压力约为：2 200 kN（底板以下终压力增量2 200 kN）。

目标为抗拔承载力特征值400 kN。施工时以控制终压力为主（底板以下终压力增量2 200 kN），桩长为辅。

4 对沿海地区不均匀地质条件下管桩设计提出具体建议

现场试桩结果和设计参数差异较大，与场地内的中砂、粉质黏土、淤泥、含粗砂粉质黏土、淤泥质黏土、粗砂稳定性较差，均与夹杂厚薄不均的淤泥层相关，在沿海不均匀地质条件下，应以终压力值为主的同时再满足设计桩长，且应以全风化花岗岩及其以下地层作为桩端持力层。预应力管桩对地层的要求较高，因此，在勘察中对地层中的土体划分精度要求更高，需补充静力触探来对夹杂在地层中的特殊地层描述清楚，保证设计计算的准确性。

5 不均匀地质条件下精准配桩

传统配桩方法按照地勘报告持力层深度估算桩长，而在实际应用中地勘点位相距较远约20～25 m一孔，因此，当遇到岩层起伏较大的地质条件时，难以反映真实的地质情况，造成配桩不准确，损耗率高。

通过增加管桩试桩要求，取得正式施压所需要的相关控制数据。明确正式桩施工时的双控原则，压力或桩长[1]。运用BIM软件根据地勘报告创建模拟持力层岩面标高图，并根据试桩的桩长计算入持力层的深度，在模拟岩面标高图所在位置调整竖向坐标，岩面标高图会随着坐标点的更新即时调整，确定附近区域入持力层的深度，下一根桩施工时可根据周围入持力层的深度快速的计算出配桩桩长，并且岩面标高图会随着输入数据的增加而更加准确。从而提高配桩的准确率，减少材料浪费、降低施工成本、加快施工进度等优点[2]。