刘华明 史晓辉

(山西省第三地质工程勘察院，山西 晋中 030600)

0 引言

预应力混凝土管桩(以下简称“管桩”)作为工厂预制钢筋混凝土构件，具有强度高、施工方便快捷、单桩承载力高等显著特点，尤其在工业与民用建筑承台桩基础方面应用很广泛。我省工程建设地方标准DBJ 04—273—2009预应力混凝土管桩建筑桩基技术规程自发布实施以来，目前省内已有管桩生产企业5家，全年各类型号的管桩产量近600万m。由于管桩基础比较适合我省六大盆地的一般场地的工程地质条件，且符合环保的要求，多年来已成为山西地区设计人员优选的建筑桩基类型。另一方面随着政府部门对文明、环保施工的严格加强，可以预见，预应力混凝土管桩应用前景一定会十分广阔。

1 概述

我省六大盆地内次生黄土分布较为广泛，一般均具有湿陷性，非自重湿陷性类型比较典型。关于湿陷性黄土地区管桩基础的设计原则，上述省标《管桩规程》有三个条款规定：1)管桩应穿透湿陷性黄土层，桩端持力层应支承在压缩性较低的非湿陷性的岩土层中；2)湿陷性黄土地基中，设计等级为甲、乙级建筑桩基的单桩竖向承载力特征值，应通过单桩竖向静载荷浸水试验确定；3)自重湿陷性黄土地基中的单桩竖向承载力应根据具体情况分析计算桩侧负摩阻力的影响。现行国标GB 50025—2018湿陷性黄土地区建筑标准及省标DBJ 04/T 312—2015湿陷性黄土场地勘察及地基处理技术规范对湿陷性黄土地区的桩基础设计做了如下规定：在非自重湿陷性黄土场地，计算单桩竖向承载力时，湿陷性黄土层内的桩长部分可取饱和状态下的桩侧正摩阻力。在自重湿陷性黄土场地，除不计湿陷性黄土层的桩长按饱和状态下的正侧阻力外，还应扣除桩侧的负摩阻力。总之，在湿陷性黄土场地进行管桩基础的设计应根据建筑物重要性等级结合场地湿陷类型，因地制宜的采取不同的地基基础设计方案，做到技术先进、经济合理、确保质量、保护环境。

我们常见的一般黏性土、粉土、素填土、杂填土以及上述湿陷性黄土等地基，管桩都在适用范围之内，但管桩缺点是不适用于穿透较厚密实砂土、碎石土等土层。相比较钻孔灌注桩，其对地质条件适应性较差。

2 工程概况

榆次北方功能食品产业园位于山西省转型综改示范区晋中开发区大学城产业园内，建设场地南邻鸣谦大街，北距G5京昆高速约300 m，交通便利。该项目是示范区晋中开发区2018年引进的一项大型产业转型投资项目，当年9月开工建设。被列为晋中开发区标杆单位，也被列为2019年—2020年山西省省级重点工程项目，该产业园一期主要包括9座生产厂房，其中A区2号厂房为地面以上4层建筑物，高度为23.7 m，框架结构，原拟采用独立基础或条形基础，基础埋深1.5 m，基底压力按160 kPa考虑。拟建厂房为丙类建筑，本工程建设场地属于非自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级Ⅰ级。按照上述黄土规范、标准规定，地基处理厚度不应小于1 m，且下部未处理湿陷性黄土层的湿陷起始压力值不宜小于100 kPa。

拟建场地原地势较为平缓，地貌单元属榆次北山山前冲洪积倾斜平原。根据岩土工程勘察报告，该场地自然地面下25 m深度内地基土的岩性主要为黄土状粉土、粉砂、砾砂、粉土。大致可分为七层，分述如下：

在本场地勘察深度范围内，未揭露稳定的地下水，可不考虑地下水对基础材料的腐蚀作用。

3 地基基础处理方案论证

综合考虑场地工程地质条件、上部结构类型、荷载特征、施工技术条件与环境等因素，对几种地基加固方案从经济、技术以及工期方面上进行了分析和比较。

1)三七灰土换填垫层加固方案。

拟建厂房属于多层丙类建筑，根据岩土工程勘察报告，该厂房天然地基不均匀，地基承载力偏低，不满足基底压力设计要求，另外场地为非自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级为Ⅰ级。按上述规范和标准有关规定要求，可采用三七灰土垫层处理地基，处理厚度按1.5 m考虑。该加固方案必须增加基坑支护，造价不低，约60万元。但该方案与管桩比较，由于施工周期较长，最终没有选用。

2)管桩基础加固方案。

该厂房单柱荷载大且集中，对地基强度及变形有严格的控制要求，其绝对沉降和不均匀沉降均不应超出设计要求。考虑管桩桩身承载力高、抗弯性能好，成桩质量可靠，安全储备高，适用于本场地的地质条件，再从文明施工，现场整洁，符合环保要求，施工速率快、周期短等方面考虑，最终选用管桩基础方案。

但该方案施工费用较高，造价约87万元。

4 管桩基础方案

根据设计该厂房基础形式为管桩+承台基础，成桩工艺选用静压法沉桩。该2号厂房±0.000的绝对高程为812.60 m。桩端持力层为第⑤层粉土，有效桩长10 m，桩径500 mm。根据岩土工程勘察报告，有关管桩桩基参数见表1。

表1 静压管桩极限侧阻力和极限端阻力标准值表

根据表1参数，单桩竖向承载力极限值理论计算值如下：

Quk=u∑qsikli+qpkAp=
0.5×3.14×(25×2.0+30×2.2+110×
3.3+65×2.5)+0.252×3.14×2 100=1 419 kN。

设计管桩总桩数388根，施工前应先试桩，要求单桩极限承载力应不小于1 400 kN。桩基设计等级为乙级。

5 管桩静压成桩施工工艺流程

施工放线→桩基吊装配重→桩机就位→吊装→压桩→接桩(焊接)→压桩(直至压桩力达到设计要求并与设计有效桩长要求正负偏差不大时为止)→桩机就位开始第二根桩施工(直到全部施工完毕)。

6 工程检测

6.1 检测目的与任务

1)通过单桩竖向抗压静载试验对设计图纸确定的5根管桩进行承载力检测，确定受检桩单桩竖向抗压承载力极限值是否大于1 400 kN。

2)通过低应变试验对78根管桩进行随机抽检，确定受检桩的桩身完整性。

6.2 检测结果分析

1)试验最终加荷值均为1 400 kN，特征点不明显，在所加荷载范围内没有发生突然陡降情况；S—lgt曲线亦均无明显向下弯曲，即该管桩在试验荷载范围内未达到破坏，综合分析取最大试验荷载值作为该管桩的极限承载力。所检测的5组单桩竖向承载力极限值为1 400 kN。

2)此次检测的78根桩，其中Ⅰ类桩74根，占检测总数的94.9%，Ⅱ类桩4根，占检测总数的5.1%，未发现Ⅲ类和Ⅳ类桩。

7 结语

1)管桩具有强度高，造价相对低廉，单桩承载力高，应用地质条件范围广的特点，在非自重湿陷性黄土场地，对于单柱荷载较大的工业厂房基础选型上，应优先选择管桩基础。

2)在非自重湿陷性黄土场地，选用管桩基础，管桩应穿透湿陷性黄土层，桩端应支承在非湿陷性的、压缩性较低的岩土层中。

3)在非自重湿陷性黄土场地，计算管桩单桩竖向承载力时，湿陷性黄土层内的桩长部分可取桩周土在饱和状态下的桩侧正摩阻力。

4)管桩采用静压沉桩工艺具有低噪声、无振动、污染小，施工方便且快速，可以24 h连续施工，缩短建设工期，创造时间效益，从而降低工程造价。

5)榆次北方功能食品产业园(一期)A区2号厂房采用管桩基础方案比较成功，该产业园一期其他厂房和综合楼基本采用了该方案，所有厂房主体目前均已竣工，产生了良好的经济和社会效益。