一、工程概况

 

　　天津市津南区海河故道穿双桥河倒虹吸工程，进出口圆弧翼墙设计墙高6.3m，墙底宽5.5m，地基为壤土和淤泥质粘土，基础坐落在壤土层上，地基允许承载力为90kPa。经稳定计算，墙底最大基底应力为151.7kPa，平均基底应力为129.7kPa，地基承载力不满足规范要求，需进行地基处理。根据地质情况及相关规程规范，设计采用水泥土搅拌桩对地基进行处理，采用桩径0.6m、桩长10m、桩间距1.2m，单桩承载力特征值为169.0kN，复合地基承载力特征值为154.0kPa。

 

　　因工期较紧，为满足汛前完工的要求，水泥土搅拌桩施工前未进行工艺性试桩。水泥土搅拌桩施工完成后，进行了28d复合地基静载荷试验，进口、出口试验值分别为108kPa、77kPa，不满足设计要求。采用浅部开挖桩头进行检查，发现桩体成形较差。为保证工程安全，需对地基进行补强加固处理。

 

　　二、桩型选择

 

　　考虑到工期紧张，设计采用补打预制桩的方法对地基进行加固处理。预制桩，是在工厂或施工现场制成的各种材料、各种形式的桩（如木桩、混凝土方桩、预应力混凝土管桩、钢桩等），用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中。

 

　　（1）松木桩是一种古老的地基加固方法，当今部分工程仍有使用，但国家及地方设计规范对此均没有条文规定，考虑工程的安全性，不考虑该方案。（2）钢管桩承载力高，但造价高，耐腐蚀性差。考虑到本工程地下水对钢结构具有中等腐蚀性，因此不考虑该桩型。（3）预制混凝土桩包括实心方桩、空心方桩和管桩。实心方桩混凝土强度低，破损率高，沉桩速度慢，成本高。空心方桩由于成桩质量得不到控制，国家重点工程极少使用。预应力混凝土管桩是目前应用广泛和比较成熟的一种桩型，市场使用面广，质量可靠。经以上比较，本工程采用预应力混凝土管桩。本工程加固土层为壤土、淤泥质粘土，也比较适合该桩型。

 

　　管桩按桩身混凝土强度等级及壁厚分为：预应力高强混凝土管桩（PHC）、预应力混凝土管桩（PC）、预应力混凝土薄壁管桩（PTC）。管桩按抗弯性能或有效预压应力值一般分为A型、AB型。本工程地基为软土地基，因此采用AB型的PHC管桩，桩型为PHC-AB300（70）。

 

　　因前期进行了水泥头搅拌桩施工，为方便管桩施工，插空进行补打。原设计水泥土搅拌桩间距为1.2m，因此管桩间距为1.2m。根据桩最小中心距不小于4d的要求，选择管桩桩径为0.3m。

 

　　三、管桩计算

 

　　本工程桩顶设15cm厚褥垫层，桩与基础不整体连接，按复合地基设计。

 

　　复合地基承载力标准值，按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）中公式7.1.5-2计算：

 

　　fspk——复合地基承载力标准值（kPa）；

 

　　fsk——桩间天然地基土承载力标准值（kPa）；

 

　　m——置换率；

 

　　——桩的截面积（m2）；

 

　　β——桩间土承载力折减系数，取0.5；

 

　　——单桩竖向承载力特征值（kN）。《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）9.3.3条规定，可按规范中7.1.5-3进行估算。但笔者认为，预制混凝土管桩和水泥土搅拌桩、旋喷桩成桩机理不同，桩身材料性能差异较大，套用以上公式不尽合理。本工程设计采用《预应力混凝土管桩技术规程》（DB29-110-2010）和《预应力混凝土管桩》（03SG409）中的下列两式进行计算，结果取其中较小值。

 

　　u——桩身周长（m）；

 

　　——桩周土侧阻力标准值（kPa），本工程地基土层大部分为淤泥质土，取值25kPa；

 

　　——桩长（m）；

 

　　——桩端端阻力标准值（kPa），根据本工程地基土层液性指数，取值1000kPa；

 

　　AP——桩端面积（m2），即桩尖垂直投影面积，开口桩尖按封口桩尖计算；

 

　　——桩身结构竖向承载力设计值（kN）；

 

　　fc——混凝土轴心抗压强度设计值（kPa），C80混凝土为35900kPa；

 

　　——工作条件系数，取0.6；

 

　　A——管桩桩身横截面面积（m2）。

 

　　经计算，桩长14m，复合地基承载力特征值为159kPa。经处理后的地基，基底应力满足要求。

 

　　四、其他要求

 

　　1、接桩设计

 

　　PHC-AB300（70）管桩单节桩长≤11m，设计桩长14m，必须进行接桩。接桩采用钢端板焊接法，每单桩接头数量不宜超过2个。管桩接头宽度不小于70mm。端板钢材采用Q235钢，焊条采用E4303或E4316型。

 

　　2、桩顶填芯设计

 

　　不论采用开口型钢桩尖或闭口型钢桩尖，管桩顶部一定范围均有空腔。为改善桩顶的受力状态，管桩顶部灌填填芯混凝土。但填芯混凝土的灌注深度尚无计算公式，有关规程规范的规定也不尽相同。

 

　　（1）浙江省工程建设标准《先张法预应力混凝土管桩基础技术规程》（DB33/1016-2004）5.3.1条规定，对承压桩灌注深度不得小于桩径，且不得小于0.5m。

 

　　（2）江苏省结构构件标准图集《先张法预应力混凝土管桩》（苏G03-2002）规定，当桩顶正好位于设计高程时，灌芯长度取1～2m。

 

　　（3）国家建筑标准设计图集《预应力混凝土管桩》（03SG409），在不截桩桩顶与承台连接详图中，桩顶灌芯长度取值为1.0m。

 

　　（4）天津市工程建设标准《预应力混凝土管桩技术规程》（DB29-110-2010）4.4.1条规定，对于抗压管桩，与承台锚固时，桩顶灌芯深度不得小于（6～8）d且不得小于3.5m。

 

　　综合上述规定，考虑到本工程桩基为抗压桩，且桩顶与基础不相接，桩顶填芯深度取值1.0m。

 

　　五、结语

 

　　预制混凝土管桩，因其具有桩身质量可靠、承载力高、施工方便等优点，在软土地基处理中得到大量推广和应用。采用合理的方法和参数进行管桩设计，对保障工程安全尤为关键。

 

　　参考文献：

 

　　[1]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）；

 

　　[2]《预应力混凝土管桩技术规程》（DB29-110-2010）；

 

　　[3]《预应力混凝土管桩》（03SG409）；

 

　　[4]《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-2009）。