缪宏兵 杨 杰 张毛毛

(1.如东恒正建设工程质量检测有限公司，江苏 南通 226400；2.江苏长江建设工程质量检测有限公司南通分公司，江苏 南通 226400)

研究表明，对同性质的土层，水泥土搅拌桩比混凝土桩有着更高的摩阻力[1]，而桩的摩阻力又与桩的比表面积正相关。因此，劲性复合桩作为近年来新兴的复合桩基，在水泥搅拌桩成桩后施打预应力管桩，兼顾了水泥土搅拌桩扰动小、成本低廉及预制管桩强度高、承载力突出的特点，具备较好的经济效益和社会价值。王安辉等[2]基于有限元软件分析了预应力管桩及劲性复合桩的水平受力特性，发现在相同水平荷载下，劲性复合桩的桩身弯矩及变形明显小于预应力混凝土管桩。陆俊俊[3]基于现场试验及有限元软件分析了劲性复合桩的承载力和荷载传递机理，认为劲性复合桩竖向抗压承载力远大于同等情况下单桩竖向抗压承载力。李怡秋[4]对比分析了PHC管桩与劲性复合桩Q-s曲线，认为PHC桩承载力没有有效发挥且成本较高。

考虑劲性复合桩自行业标准颁发以来鲜有用于建筑地基，本文以南通某房产开发项目为例，结合试桩检测结果分析其推广应用的可行性，为后续类似项目的开展提供参考。

1 项目概况

项目所处地貌为滨海平原区，表层为素填土，其下主要覆盖第四纪松散沉积物，基底岩层稳定，区域稳定性良好。建筑物主要包括：8栋17F+1、2栋10F+1，场地典型地质如图1所示。其中，复合桩抗压承载力标准值4600kN，管桩采用PHC-500(125)A-C80，桩长21m，水泥搅拌采用高压旋喷(干法施工、同径搅拌)，水泥掺入量15%，桩长15m，桩径1000mm；抗拔管桩(试桩)采用PHA-600B110-14，水泥搅拌桩14m。

图1 项目典型地质剖面图

2 试桩承载力分析

静载试验加载采用慢速维持荷载法, 试验按照《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)有关要求进行[5]；加载分级：采用逐级等量加载，分级荷载为最大加载量或预估极限载荷的1/10，其中第一级取分级荷载的2倍。

图2 SZ1#试桩的竖向抗压Q-s曲线

图3 SZ2#试桩的竖向抗压Q-s曲线

根据图2-图4检测结果可知，整个加载至设计承载力标准值4600kN的过程，Q-s曲线整体变化比较缓慢。3根试桩加载至设计最大值4600kN时，最小沉降10.48mm，最大沉降17.03mm，远小于规范要求缓变型Q-s曲线极限承载力对应的总沉降40mm。可知，劲性复合桩竖向抗压承载性能远大于设计要求，水泥搅拌桩截面的增大使得承载力得到有效发挥。结合Q-s曲线可知Q-s卸载曲线近似线性，1#试桩回弹率84.1%，2#试桩回弹率83.86%，3#试桩回弹率95.04%，可知回弹率均较大，表明劲性复合桩尚未将承载力发挥极致，受竖向荷载作用下，除少许桩端土体的塑性变形外，主要呈现为桩身的弹性压缩变形。

图4 SZ3#试桩的竖向抗压Q-s曲线

对3根抗拔试桩进行破坏性试验：SZ4#端板焊接；SZ5#螺纹连接、微膨胀混凝土填芯；SZ6#端板焊接、微膨胀混凝土填芯。将试验结果整理分析如下：

图5 抗拔试桩U-δ曲线

SZ4#加载至1862kN且维持60min后趋于稳定，继续加载至2128kN时端板与管桩预应力钢棒拉断；SZ5#加载至2394kN且维持90min后趋于稳定，继续加载至2660kN时端板与管桩预应力钢棒拉断；SZ6#加载至2128kN且维持45min后趋于稳定，继续加载至2394kN仅维持15min端板与管桩预应力钢棒即拉断。由SZ4#、SZ#6可知填芯后抗拔承载力由1862kN提升至2128kN，增大14.3%；由SZ5#、SZ#6可知螺纹连接相对端板焊接抗拔承载力提升266kN，增大12.5%。由于端板应力集中而破坏是抗拔管桩最薄弱、最不稳定的环节，所以螺纹连接保护了桩头，利于桩身端板的受力均匀，使得桩与桩周土体之间的侧摩阻力更好的发挥。而填芯混凝土可以强化端板节点处受拉最薄弱部位，加强端板与螺纹钢连接节点的可靠性。此外，螺纹连接相比焊接法无需等待冷却，受环境影响较小，连接牢固可靠。因此，为保证劲性复合桩抗拔承载力的发挥，在不破坏桩头的情况下应尽量选择桩头填芯，螺纹连接。

3 完整性分析

根据设计说明，采用低应变法对试桩进行完整性检测。结合项目典型实测信号曲线可知(图6)，桩顶幅值2288.7mv，应力波由管桩传导至劲性复合桩混合截面时，反向脉冲达到1907.4mv。在1.67m处浅部缺陷能量过大，幅值达到521.3mv，并于3.33m处产生二次反射，幅值162.3mv。根据信号曲线可知，有明显缺陷反射波，完整性判定为Ⅲ类。由于静载试验承载力满足设计要求，为进一步确认完整性，采取孔内探头高清摄像(图7)及浅部开挖(图8)，可知完整性较好，未发现明显异常。

图6 低应变实测信号曲线

图7 探头摄像验证

图8 浅部开挖验证

根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)可知，低应变法的理论基础为桩身为一维线弹性杆件，且基于平截面假设成立的要求，设计桩身截面宜基本规则[5]。而水泥土搅拌桩由于施工控制等原因，桩身离散型较大，导致截面均匀不一，存在阻抗变化，对测试信号产生了较大影响，因此，低应变不宜对劲性复合桩完整性做出评判，而高应变也是基于波动理论，因此也不能用于检测此类复合桩基。考虑相关劲性复合桩相关规范、规程也尚未明确规定检测方法，因此建议对劲性复合桩完整性验收按“四新”验收要求予以处理，单纯按设计文件要求做低应变检测完整性值得商榷。

4 经济效益分析

由于劲性复合桩大大缩短了管桩桩长，为分析其经济效益，结合地质勘查报告及劲性复合桩设计要求的抗压承载力标准值4400kN进行比较分析。根据岩土工程勘察报告，以桩PHC-500(110)为例，单桩竖向极限承载力按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)计算得管桩桩长34m。

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp[6]

式中：qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；qpk—极限端阻力标准值；u—桩身周长；Ap—桩端面积。

从表1可知，基于材料成本及施工角度，劲性复合桩在同等承载力情况下费用约节约21.1%。此外，本项目芯桩多为单节桩，根据《建筑地基基础检测规程》(DGJ32/TJ142-2012)，单节管桩无高应变检测要求。而若采用管桩方案，多节预制桩采用高应变的抽检数量不应少于总桩数的10%，且不得少于10根。以本项目1#楼为例，结合设计要求，劲性复合桩静载费用81 600元，低应变检测费用15 130元；管桩所需静载费用81 600元，低应变检测费用15 130元，高应变检测60 000元。可知，劲性复合桩在同等承载力情况下检测费用约节约62%。因而劲性复合桩具有较大的经济效益。

表1 桩基施作费用分析

5 结 语

劲性复合桩作为近年来兴新的复合桩基，具有较好的经济和社会效益。本文根据某项目现场试桩承载力、完整性检测情况，并综合分析桩基施作及检测成本等，对劲性复合桩的推广应用可行性进行探讨，结果表明：(1)劲性复合桩用于高层建筑具有足够的承载力，抗拔承载力检测应尽量选择桩头填芯，螺纹连接；(2)合理安排工序情况下，桩基施作成本节约21%，检测成本节约62%，经济效益显著；(3)波动理论用于劲性复合桩桩身完整性检测值得商榷，应综合论证。