连云港开发区平台建设指挥部 江苏连云港 222047
摘要：海於软土地基桩容易出现质量事故，根据经验，列出常用桩型，进行技术经济分析，提高工程效益。
关键词：海於软土地基；桩型选择：技术经济分析。
一、地质情况概述
连云港地区在大地构造上属中朝地台、鲁东古隆起地块。云台山麓与山东半岛、辽东半岛组成中国东部胶辽古陆，后经断裂作用，云台山与山东丘陵分开，形成一个被断裂所包围的上升地垒山块，在很长的地质历史中，仍然是黄海中的一列孤岛，经过漫长的地质历史过程，主要是第四纪以来，由于黄河泥沙的冲积，逐渐形成黄、淮、海三大平原，使山东半岛与大陆相连，同时山东丘陵南麓的沂、沭、泗河流冲积形成的三角洲不断南伸，逐步向海州湾逼近。1191-1855年间黄河夺淮入海的大量泥沙淤积，造成了云台山与大陆相连，并形成了现在的苏北平原。
本市的工程地质，既有古老的变质岩，又有近代沉积的海相淤泥，根据地形地貌可分为三个工程地质区：1、构造剥蚀山地；2、山前堆积台地；3、海积平原。
连云港开发区临港产业区75平方公里位于海积平原上，原为盐田，地形平坦。东至平山路，西至临洪河，南至港城大道，北至黄海边。土层大体分布如下：
⑴ 表土：强度不均，土质松散，不可直接利用，分布广泛，
层均厚度0.43米；
⑵粘土：强度低，土质均匀，分布均匀，压缩性高，厚度0.60—1.20米，层均厚度0.89米，可用作荷载要求较低的低层建筑地基；
⑶淤泥：强度极低，土质均匀，高压缩性土，易触变，厚度9.60—10.00米，层均厚度9.75米，当地基受到振动荷载后，易产生测向滑动、沉降及基底面两侧挤出等现象，导致建筑物沉降量增大和发生不均匀沉降，在本工程中，可采用桩基穿透；
⑷含砂姜粘土：强度中等，土质较均匀，压缩性中等，厚度1.60—2.50米，层均厚度2.11米；
⑸ 粘土：强度中等，土质均匀，压缩性中等，厚度5.50—6.50米层均厚度6.05米；
⑹粉质粘土夹薄层粉砂：强度较高，土质较均匀，压缩性中等，厚度0.50—2.60米层，均厚度1.38米；
⑺粉质粘土夹粘土：强度较低，土质较均匀，压缩中等，厚度1.00—6.30层，均厚度3.35米，本层部分地段缺失；
⑻-1 细砂夹粘土：强度较高，土质较均匀，压缩性中等，厚度0.80—3.40，层均厚度1.95米，本层部分地段缺失；
⑻ -2中细砂：强度高，土质均匀，压缩性低，厚度2.20—6.10米，层均厚度4.11m，桩的良好持力层；
⑼粘土夹细砂：强度较高，土质较均匀，压缩中等，厚度0.70—2.70，层均厚，度1.64米；
⑽中砂：强度高，土质均匀，压缩性低，厚度3.90—5.80米，层均厚度4.78m，桩的良好持力层；
⑾粘土夹中细砂：强度较高，土质不太均匀，压缩性中等，厚度1.00—3.20米，层均厚度2.01米；
⑿中粗砂：强度高，土质均匀，压缩性低，厚度3.00—5.20米，层均厚度3.95米，桩的良好持力层；
⒀含碎石粉质粘土：强度高，土质不均匀，压缩性低，厚度1.50—2.10米，层均厚度1.77米；
⒁强风化片麻岩：较致密状态，强度很高，桩的良好持力层，层均厚度3.13m；
⒂ 中等风化片麻岩：致密状态，强度极高，本层未穿透。
本区域原为盐田，经对水质进行分析判断：在长期浸水状态下：地下水对混凝土结构具有中等腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性；在干湿交替状态下：地下水对混凝土结构具有中等腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有强腐蚀性。
本区域地基土类型为软弱场地土，Ⅲ类建筑场地，对抗震不利地段，第⑶层淤泥层为本区的不良地质层，且厚度较大，地震时易产生震陷。
本区域抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，所属的设计地震分组为第三组，设计特征周期0.65s。
连云港开发区临港产业区多层建筑一般桩选型为预应力管桩和沉管灌注桩，极少选水泥搅拌桩。高层建筑一般选预应力管桩、钻孔灌注桩和预制切角方桩。
二、几种常用桩选型
1、预应力管桩
预应力管桩一般采用先张法预应力工艺，离心工艺成型。采用工厂化制作，高压蒸养，质量可靠，混凝土强度达C60～C80。高强预应力管桩（PHC），型号分为A、AB、B、C，外径为φ0.35～1.0m，壁厚0.09～0.13m，单根桩长7～30m，桩身的竖向承载力设计值可以达到1350～7700KN；预应力管桩（PC），型号分为A、AB、B、C，外径为φ0.35～1.0m，壁厚0.09～0.13m，单根桩长7～30m，桩身的竖向承载力设计值可以达到1100～6700KN；薄壁预应力管桩，由于壁厚只有0.05～0.07m，不能满足抗腐蚀要求，一般不选用。
预应力管桩具有以下优点：
⑴单桩承载力高，预应力管桩桩身混凝土强度高，有的高达80MPa，并可打入密实的砂层及强风化层，桩尖进入强风化层或密实砂层后，经过强烈的挤压，桩尖附近的强风化层或密实砂层已不是原始状态，桩端承载力可比原状提高80-100％，所以管桩承载力设计值要比同样直径的沉管灌注桩或钻孔灌注桩高，如Φ350-500管桩，最高设计承载力用到2700kN，相当于Φ600和Φ700的钻（冲）孔灌注桩。
⑵设计选用范围广，管桩规格多，一般的厂家均可生产Φ350-Φ600管桩，个别还可生产Φ800及Φ1000管桩；单桩承载力从600kN到4500kN，既适用于多层建筑，也适用于50层以下的高层建筑，而且在同一建筑物基础中，还可以根据柱荷载的大小采用不同直径的管桩，既容易解决设计布桩问题，也可充分发挥每根桩的最大承载力，并使桩基沉降均匀。
⑶施工速度快，工效高，工期短。主要表现在以下三个方面：
a）施工前期准备时间短，PHC桩从生产到使用的最短时间只需3-4天；
b）施工速度快，一栋2-3万m2建筑面积的高层建筑，一个月左右便可沉完桩；
c）检测时间短，2-3个星期便可测试检查完毕。
⑷对持力层起伏变化较大的地质条件适应性强，因为管桩桩节长短不一，常用10-12m一节，也有15-16m一节，也有4-5m、6-7m的短节，搭配灵活，节长方便，在施工现场可随时根据地质条件的变化调整节桩长度，节省用桩量，不会象普通的预制混凝土方桩那样容易出现桩长不足或者余桩林立的现象。
⑸成桩长度不受施工机械的限制，由于管桩搭配灵活，成桩长度可长可短，不象沉管灌注桩受施工机械的限制，也不象人工挖孔桩那样，成桩长度受地质条件限制。
⑹单桩承载力造价便宜，衡量桩基的经济效益，以每米造价或以单方混凝土造价作对比都是不科学的，应用单位承载力（每吨或每KN）的造价作对比。虽然管桩每米造价比沉管灌注桩贵，但单桩承载力高，结果每吨承载力造价还是比沉管灌注桩便宜；虽然管桩单方混凝土造价比人工挖孔桩和钻孔桩高，但持力层比人工挖孔桩和钻孔灌注桩浅，所以每吨承载力的造价在正常情况下还是比挖孔桩和钻孔桩便宜，在一般情况下，预应力管桩的单位承载力造价在诸多桩型中是较便宜的一种。
⑺运输吊装方便，接桩快捷，管桩节长一般在13m以内，桩身又有预应力，起吊时用特制的吊钩勾住管桩的两端就可以方便地吊起来。接桩采用电焊法，若采用两个电焊工一起工作，Φ500的管桩，一个接头约20分钟左右就可以焊好。
缺点：
⑴抗水平力较差，在土方开挖时，往往由于挖土方案不周密，导致断桩现象频频出现。
⑵防腐设计要求高，不容易做好。
⑶打桩时，如承载力要求高，持力层须穿过第二层砂层时，难度较大，需要引孔才能穿过，桩基施工成本增加，工期加长。
临港产业区多层建筑如采用预应力混凝土管桩，以⑧-2层作为桩端持力层，φ0.50m，桩长27m，一般分为2节，壁厚0.1～0.11m，单桩Ra=1000KN左右。
2、沉管灌注桩
沉管灌注桩自80年代末在连云港使用以来，在90年代和20年代初期得到了广泛应用，尤其是在多层住宅工程中应用取得了丰富的实践经验，也取得了一定的经济效益和社会效益。
当上部结构为多层砖混住宅和一般多层框架时，采用φ377mm，φ426mm沉管灌注桩，选用层⑧作为桩端持力层。如设计有较高的单桩承载力时也可置于层⑩，应保证桩端下至少有5倍桩径的持力层厚度，并验算下卧层的承载力变形。
一般沉管灌注桩桩身混凝土强度等级不小于C20，纵向主筋不小于4φ12，方箍φ6＠400；当单桩受荷较大时，应配置6φ12，圆箍φ6＠250～400。沉管灌注桩的主筋长度宜为桩身入土有效长度的1/3，且不小于5m。φ377mm沉管灌注桩的入土深度宜控制在28m以内，单桩竖向承载力标准值不宜超过400KN；φ426mm沉管灌注桩的入土深度宜控制在32m以内，单桩竖向承载力标准值不宜超过550KN。如超过上述范围，但在设计和施工中具有保证桩身质量的可靠措施和成熟经验时，可适当放宽。其措施主要有控制平面布桩系数、控制打桩速度、制订打桩顺序等，且在建设场地打试装以确定单桩竖向极限承载力等，以保证施工质量。
打桩时以控制设计标高为主，控制压桩力为辅；担当持力层表面有较大起伏时，则打桩时以控制压桩力为主、控制设计标高为辅。压桩力的大小可控制在打试沉桩时桩端沉至持力层时刚好使桩架抬起，这样可判断此时桩端以达到持力层顶面（对照勘察报告复核），再按设计要求压入持力层的深度。
如持力层土质较好，桩架抬起后很难压下去，这时可开动震动箱，将桩端压入持力层。压桩力具体数值在打试桩时确定。沉管灌注桩更加适宜于持力层顶面起伏较大的情况，可以根据持力层深度的变化而选取不同长度的桩。
但随着预应力管桩的广泛推广，沉管灌注桩使用越来越少。主要原因是施工周期长，施工场地受到限制，施工质量不易控制等。
3、水泥搅拌桩
喷粉法水泥搅拌桩的加固深度不大于15m，当持力层良好、埋置深度不深时，采用水泥搅拌桩有一定的优势。但临港产业区在超过25m左右才有较好的持力层，采用水泥搅拌桩在技术社经济上就无优势可言，而且下面部分区域有下卧层，后期要产生一定的沉降量，对建筑物的使用影响较大。另外，在淤泥质土中，还含有一定的有机质，会影响水泥土的强度，必须经试验后才采用。所以在临港产业区建筑工程中较少采用这种桩型。只是在市政工程处理道路路基和处理桥头跳车时，有一定的使用，处理费用高而不经济，后期有一定的沉降量需返工处理。
4、钻孔灌注桩
钻孔灌注桩目前是临港产业区高层建筑的主要选用桩型。钻孔灌注桩属非挤土类型的桩，在饱和软土施工中，能有效地保护邻近建筑物及地下管线的安全，噪音、震动影响均很小，其桩径、桩长及桩顶标高均可根据、高层建筑的需要而调整，可获得较大的单桩承载力，能满足高层、超高层建筑对承载力的要求。但不足之处是这种桩型在软土地基中容易产生加泥、缩径现象，且孔底沉渣难以控制，单桩竖向承载力离散性较大，受施工质量影响较大，钻孔泥浆护壁置换出来的废泥浆污染环境，且施工周期较长，成本高。但只要有经验丰富的施工队伍，把好每道质量关，严格按照灌注桩施工规范施工，大直径钻孔灌注桩的质量是可以保证的。
连云港开发区服务外包中心工程主楼是19层的办公综合楼，采用了钻孔灌注桩，以第（14）层强风化片麻岩作为持力层，进入持力层大于1.0m，桩外径为φ800mm，桩长42m左右，一般单桩竖向承载力标准值为3500KN，主筋一般为10Ф18。临近的开发区金融大厦（22层）和公安技术用房（18层）均采用了这种桩型。考虑到本区域的地下水对混凝土和钢筋有不同成度的腐蚀性，在混凝土中按比例添加由武汉三元生产的抗硫酸根离子混凝土外加剂。
5、切角方桩
先张法预应力混凝土耐腐蚀切角方桩是由连云港本地企业针对连云港地区的地质情况，最新研发出的新桩型，目前正在两年试用期间。
先张法预应力混凝土耐腐蚀切角方桩采用先张法工艺成型。采用工厂化制作，高压蒸养，质量可靠，混凝土强度等级分为C40、C50、C60。切角方桩（PCS），型号分为A、B、C，边长分为0.30m、0.35m、0.40m、0.45m、0.50m、0.550m、0.60m、0.65m、0.70m，单根桩长7～29m，桩身的竖向承载力设计值可以达到650～8000KN。
先张法预应力混凝土耐腐蚀切角方桩（PCS）解决了预应力实心方桩运输过程中因车辆的颠簸造成桩身产生细微裂纹影响桩的耐腐蚀性；挠度大、抗弯存在缺陷等问题。同时也解决了沿海地质的弱、中、强腐蚀环境下预应力混凝土切角方桩桩型选用，不同的地质腐蚀选用不同的切角桩型。
PCS的发明也解决了原围护桩超过15m以上（禁止接桩）的均选用钻孔灌注桩的问题，PCS单节长可达到23～29m，替代围护钻孔灌注桩，有大大的缩短工期，节省造价、无泥浆污染、环保等优势，具有显著的经济效益和社会效益，工程减少使用接桩或无接桩对桩身安全性有提高。现已在连云港多个工程中运用，得到一定的好评。
对几种常用的桩型，以采用同一长度、同一持力层为例进行比较，见表2。
经比较，在采用土层⑧时，预制桩具有明显的经济优势，但随着桩的入土深度加深，沉管灌注桩已不适用，预制桩在穿透第二层砂层时，由于群桩的挤土作用，沉桩会很困难，须采用引孔才能继续沉桩，将越来越不经济，而钻孔灌注桩在持力层采用岩层时，桩端承载力会大幅增加，将会越来越经济，所以，经济技术分析也是相对的。
桩的选型是基础设计中很重要的工作，与工程建设的投资、建设速度和社会综合效益有密切关系。设计人员应根据上部结构的类型、荷载大小、地质情况、施工条件、单桩设计承载力、周围施工环境等因素，通过经济技术分析，选择经济合理、质量安全可靠的桩型。
参考文献：
[1] 建筑桩基技术规范，JGJ 94-2008；中国建筑工业出版社，2008。
[2] 王晓军，浅谈管桩施工以及基坑开挖对焊缝、桩身质量的检测影响探讨.江苏建筑，2014（2）：99-103.
[3]预应力混凝土管桩：苏G03-2012.中国建筑工业出版社，2012.
[4]江苏东浦管桩有限公司。先张法预应力混凝土耐腐蚀切角方桩：Q/320705DP01-2016.江苏省工程建设企业技术标准站，2016.
论文作者:崔永宁
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/17
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