1 　江蘇宿遷地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造

　　宿遷地區(qū)位于郯城—廬江斷裂帶上，郯城—廬江斷裂帶是我國(guó)東部大陸最重要的斷裂構(gòu)造帶之一，呈NNE 向延長(zhǎng)約850km，地表寬度20～40km。斷裂帶自東而西由四條連續(xù)良好的主干斷裂(依次稱為F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4斷裂) 組成(見(jiàn)下圖)。迄今的研究表明[3～7]，郯廬斷裂帶屬于殼斷裂帶，對(duì)應(yīng)于一條顯著的地幔隆起帶，沿帶的莫霍面埋深為30km，而其東西兩側(cè)的埋深則分別為31km 和33～36km。

　　宿遷市及其新城區(qū)地處郯廬斷裂帶的中段，介于王莊集—蘇圩斷裂(F1)與大官莊—雙莊斷裂( F2)之間。延續(xù)性稍差的橋北鎮(zhèn)—宿遷斷裂(沿馬陵山、嶂山西側(cè)展布，習(xí)慣上稱為F5) 恰好穿越市區(qū)。緊鄰市區(qū)的北緣，是一條大致沿京杭大運(yùn)河分布的北西向宿遷閘—皂河南斷裂。因此可以說(shuō)，本文所述的宿遷地區(qū)，是被界定在大官莊—雙莊斷裂、橋北鎮(zhèn)—宿遷斷裂和宿遷閘—皂河南斷裂所構(gòu)成的“π”型區(qū)近頂部、面積約為15km2 的局部區(qū)域。地質(zhì)事實(shí)[3]證明郯廬斷裂帶的存在應(yīng)不晚于中生代。但城區(qū)范圍內(nèi)，基巖全部被第四紀(jì)松散的廢黃河堆積與灘漫沉積物覆蓋。基巖以上的地層為Q4 :全新統(tǒng)灰黑色粉砂、灰黃色粉土層，厚度一般10～20m ，廢黃河漫灘地帶厚度可大于30m;Q3:上更新統(tǒng)含鈣質(zhì)結(jié)核、鐵錳質(zhì)結(jié)核的硬粘土、粉質(zhì)粘土層，下部為含礫中砂、細(xì)砂層，厚度約10～35 m;Q1 - 2:中、下更新統(tǒng)灰黃色砂礫層夾薄粘土，厚度15～35m;N2 :上新統(tǒng)灰白色砂土層，層厚約50m ，在老城區(qū)北部最厚可達(dá)80m。也就是說(shuō)，新區(qū)內(nèi)基巖的最大埋深應(yīng)超過(guò)100m。

2 　宿遷地區(qū)的地質(zhì)缺陷

　　地質(zhì)缺陷系指影響地基條件均勻性、穩(wěn)定性，并在特定因素作用下可能導(dǎo)致災(zāi)害事件發(fā)生的地質(zhì)體不利成份、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征，還包括對(duì)基礎(chǔ)工程施工工藝構(gòu)成直接妨礙的一些地質(zhì)因素。根據(jù)上文的分析，筆者認(rèn)為，活動(dòng)的周邊斷層和上部沉積層因快速堆積形成的復(fù)雜、松散結(jié)構(gòu)是宿遷市新城區(qū)地基最明顯的地質(zhì)缺陷。其對(duì)地基穩(wěn)定性的主要影響表現(xiàn)在如下4 個(gè)方面。

　?、诺卣穑痕皬]斷裂帶是我國(guó)東部大陸著名的強(qiáng)震活動(dòng)帶。江蘇地震局經(jīng)過(guò)綜合評(píng)估后也認(rèn)為，宿遷新城區(qū)分布在一個(gè)7級(jí)潛在震源區(qū)內(nèi)，建筑物需要按9度防震設(shè)計(jì)。

　?、茢鄬右鸬鼗e(cuò)斷或差異沉降：炮車—新沂水準(zhǔn)測(cè)線的觀察資料顯示， 1953 ～1979 年間，沂水—湯頭斷裂以西表現(xiàn)為地面上升，以東則為下降，兩側(cè)最大落差近30 mm[8] 。此外，由武漢地震大隊(duì)1976～1977 年在宿遷對(duì)三角邊網(wǎng)的激光測(cè)距資料與1973 年測(cè)量數(shù)據(jù)相比，反映出了斷裂帶在宿遷段正在進(jìn)行的左行壓扭性活動(dòng)[8] 。斷層活動(dòng)時(shí)次生的應(yīng)力場(chǎng)仍有可能造成新城區(qū)地基土層的剪切破壞，其破壞能力隨至主斷層面的距離增大而減弱。

　?、菑?fù)雜多變的地層結(jié)構(gòu)：由于活動(dòng)斷裂的影響以及分布在新區(qū)內(nèi)的廢黃河在歷史上的沖刷與漫灘沉積作用，覆蓋在基巖上的新生代沉積層呈現(xiàn)出復(fù)雜多變的特征。土層的復(fù)雜多變，增加了地基條件的不可預(yù)見(jiàn)性，導(dǎo)致地基勘察與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的困難，且極易因基礎(chǔ)承載力的局部差異引起建筑物的不均勻沉降。

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　?、鹊鼗系囊夯和恋囊夯抵赋B(tài)下表現(xiàn)為固體特性的土壤，在抗剪強(qiáng)度降低或完全消失時(shí)變得容易變形而顯示出近乎液體特性的一種現(xiàn)象[9] 。宿遷新城區(qū)全新統(tǒng)沉積層為與廢黃河發(fā)育相關(guān)的堆積崗地、河漫灘沉積的粉砂、粉土和粉質(zhì)粘土。據(jù)江蘇省水文地質(zhì)工程勘察院對(duì)宿遷市黨政機(jī)關(guān)辦公樓、宿遷市電信大樓、宿遷市武警綜合樓等工程地基的勘察資料，這里全新統(tǒng)層厚一般均大于15 m ，潛水面埋深1～2.5m ，粉土中粘粒含量<10% ，孔隙比> 0.7。可以認(rèn)為，整體上宿遷地區(qū)上覆全新統(tǒng)沉積層屬于嚴(yán)重的可液化土層。統(tǒng)計(jì)顯示，在地震條件下由地基液化造成嚴(yán)重?fù)p害的建筑物數(shù)目約占地基基礎(chǔ)震害總數(shù)的54%[10] 。顯然，在一個(gè)7級(jí)潛在震源區(qū)內(nèi)，誘發(fā)因素確實(shí)存在，無(wú)疑使可液化土層成為宿遷新城區(qū)地基災(zāi)害最為突出的事故隱患。

3 　宿遷地區(qū)基礎(chǔ)類型分析

　　基礎(chǔ)類型的選擇通常主要是根據(jù)地基地質(zhì)條件、場(chǎng)地條件以及建筑物結(jié)構(gòu)需要來(lái)確定的。側(cè)重于地基地質(zhì)條件，本文就目前宿遷地區(qū)已采用的幾種主要的樁基礎(chǔ)和復(fù)合地基類型對(duì)新區(qū)的適應(yīng)性略作如下探討。

　　 ⑴鉆孔灌注樁：這是一種適用性廣泛的樁基礎(chǔ)，單樁承載力高、施工噪音小、樁長(zhǎng)及樁徑設(shè)計(jì)靈活性大。缺點(diǎn)是工程造價(jià)較高、泥漿處理麻煩、質(zhì)量控制有一定難度。

　　⑵沉管灌注樁：沉管灌注樁的樁徑、樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)也可以隨地質(zhì)條件的變化在一定范圍內(nèi)作適當(dāng)調(diào)整，而且此類樁基施工進(jìn)度快、工期短、造價(jià)低，同樣也是一種被廣泛采用的基礎(chǔ)類型但考慮到區(qū)內(nèi)液化層的折減，且沉管過(guò)程積聚在管壁外粉土、粉質(zhì)粘土內(nèi)的超孔隙水壓在拔管后，極易對(duì)未凝固的樁身壓迫造成縮經(jīng)甚至因局部土體移動(dòng)引起樁身剪切破壞，樁身質(zhì)量無(wú)法得到保證。故此類樁基的應(yīng)用在很大程度上受到了限制。

　　⑶水泥系深層攪拌復(fù)合地基：就是水泥土的固化原理。不過(guò)，由于地基土含水量太大、土體粘粒含量太低等因素不利于水泥土的固化，且此方法加固深度較淺(一般小于12 m)[11]。故其在宿遷新城區(qū)內(nèi)的應(yīng)用難以推廣。

　?、葦D密沉管砂樁和沉管碎石樁：沉管砂樁和沉管碎石樁屬于散體材料樁復(fù)合地基，主要用于砂土和可液化的粉土地基加固。但由于施工質(zhì)量難以控制，在宿遷地區(qū)使用受到一定的限制。

4  預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在宿遷地區(qū)的應(yīng)用

　　4.1 　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的主要特點(diǎn)

　　我國(guó)自20世紀(jì)80年代初才開(kāi)始引進(jìn)、研制和生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。工程實(shí)踐表明，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與傳統(tǒng)的沉管灌注樁、鉆孔灌孔樁和現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制方樁相比，具有樁身質(zhì)量穩(wěn)定可靠、施工工期短、承載力高、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、監(jiān)理方便等優(yōu)點(diǎn)。近幾年已越來(lái)越受到內(nèi)地工程界技術(shù)人員和建設(shè)業(yè)主的歡迎，在工業(yè)與民用建筑和高速公路等建設(shè)領(lǐng)域發(fā)展迅猛[13] 。

　　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是采用預(yù)應(yīng)力工藝和離心成型法制成的一種細(xì)長(zhǎng)空心體混凝土預(yù)制構(gòu)件，是一種采用擠土或半擠土的樁基形式，是將建筑物的荷載傳給地基土的具有一定抗彎、抗壓性能的受力桿件[13] 。管樁按樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)的不同分為PC樁(C60，C70)和PHC樁(C80)；按樁身抗裂彎矩的大小分為A型、AB型和B型;外徑300mm～600mm ，壁厚65mm～125mm ，常用節(jié)長(zhǎng)7m～15m。

　　眾所周知，預(yù)應(yīng)力管樁一般采用靜壓法和錘擊法施工;樁尖形式有十字型、錐型和開(kāi)口型;樁節(jié)之間的連接采用端頭焊接連接。通過(guò)大量工程實(shí)踐，對(duì)單樁承載力特征值的正確取值積累了一定經(jīng)驗(yàn)，一般情況下，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的單樁承載力特征值按其樁徑大小進(jìn)行選取，即樁徑300，400，500的樁分別取700kN ，1100kN ，2000kN。在粘性土地基上進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工，隨著沉樁后停歇時(shí)間的延長(zhǎng)，樁承載力會(huì)逐漸增大，初期較快而后期較慢，經(jīng)一段時(shí)間后才趨于穩(wěn)定。

　　根據(jù)以往管樁檢測(cè)資料，某些粘性土地基高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁的極限承載力會(huì)比終壓力提高20%～40% ，當(dāng)然對(duì)其承載力工后增大效應(yīng)也應(yīng)根據(jù)樁長(zhǎng)和地質(zhì)勘察資料等做出準(zhǔn)確估算。在淤泥地區(qū)、填土較厚地區(qū)以及以粗砂、礫砂為持力層的較短的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，由于樁側(cè)負(fù)摩擦力的作用，隨著沉樁歇時(shí)間的延長(zhǎng)，樁承載力會(huì)逐漸減小，經(jīng)一段時(shí)間后才趨于穩(wěn)定。在樁基檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)超短樁( L≤8m) 也常出現(xiàn)上述情況，單樁極限承載力會(huì)比終壓力降低25%以上。預(yù)應(yīng)力管樁持力層軟化和基樁上浮也會(huì)引起樁極限承載力下降，導(dǎo)致樁基檢測(cè)不合格。雖然采用混凝土填芯法和復(fù)打、復(fù)壓等措施可有效提高樁承載力，但建議在設(shè)計(jì)時(shí)樁承載力特征值取值稍低于正常值。

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　　管樁較適合的應(yīng)用條件:1)要求單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值在2400kN～5600kN 之間的建筑，選用管樁較經(jīng)濟(jì)合理;2)基巖埋深在15m～30m左右，有較厚的強(qiáng)風(fēng)化巖層作持力層，持力層標(biāo)貫在45擊左右較合理;3)淤泥軟土較厚的地基、近海建筑，采用其他樁型易出現(xiàn)質(zhì)量事故，采用管樁為首選[15]。因靜壓樁施工工藝具有噪音小、振動(dòng)小、造價(jià)低、施工速度快的特點(diǎn)，近年來(lái)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在國(guó)內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。

　　4.2 　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁承載力以及水平(地震) 荷載作用下承載性能

　　豎向承載性能[17]：①降低了施工難度和勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了斷樁、夾泥和局部缺陷等質(zhì)量事故;通過(guò)管壁預(yù)留孔觀測(cè)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理，彌補(bǔ)缺陷，減少損失。②提高了樁的承載能力，特別是樁尖承載力增加40%以上，周邊摩阻力和垂直荷載均提高30%左右，總沉降量減少1/3 ，增加了結(jié)構(gòu)的安全可靠度。③大大減少了混凝土工程量，降低了工程造價(jià)。相同直徑的空心樁與實(shí)心樁相比，每延米減少50%以上，而且，隨著樁尖反力和樁周摩阻力的增加，樁長(zhǎng)也可縮短，進(jìn)一步減少了工程量。

　　水平(地震) 荷載作用下承載性能[18]：根據(jù)水平試驗(yàn)研究表明:管樁在一定水平荷載范圍內(nèi)，樁土處于彈性狀態(tài)，每級(jí)加載增量與位移增量基本呈線性關(guān)系，卸載后變形大部分可以恢復(fù)，殘余變形量較小。因此只有在小應(yīng)變條件下，土體的抗力才能有效發(fā)揮出來(lái);當(dāng)分級(jí)循環(huán)加載至臨界荷載時(shí)，是反映PHC樁抗水平力的一個(gè)特性點(diǎn)。試樁位移量均在10mm 范圍內(nèi)。與其他樁型相比較，在同等量級(jí)的荷載作用下，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有同等的抗震性能，可放心使用。在管樁的設(shè)計(jì)中，要充分考慮管樁的承載力，合理取值，避免浪費(fèi)或取值過(guò)低埋下安全隱患。

　　1995年1月17是日本南部阪神強(qiáng)烈地震后，日本管樁及電桿協(xié)會(huì)對(duì)地震建筑物的基礎(chǔ)進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)建筑物的基礎(chǔ)除了使用管樁外都受到了不同程度的破壞，尤其是現(xiàn)場(chǎng)灌注樁破壞率很高。同時(shí)也表明了PHC管樁在抗震方面有很大的優(yōu)勢(shì)，這也是1995-1996年日本管樁產(chǎn)量回升的主要原因。在日本現(xiàn)在各種基礎(chǔ)上都大量應(yīng)用管樁，無(wú)論是市內(nèi)建設(shè)或市郊建設(shè)在用樁上都有一套比較好的施工方法來(lái)支持，從建筑要求、環(huán)境保護(hù)、施工質(zhì)量、施工安全、企業(yè)效益等方面進(jìn)行綜合考慮制訂可行的施工方案，這也為管樁可以很好應(yīng)用得到了保障。

　　4.3預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在宿遷地區(qū)的應(yīng)用

　　隨著宿遷城區(qū)作為江蘇省重點(diǎn)開(kāi)發(fā)城市，基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模投入建設(shè)，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身質(zhì)量穩(wěn)定可靠、施工設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要大型施工機(jī)械，承載力高、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、見(jiàn)效快;又可用于工廠化生產(chǎn)，避免了大量澆筑水下混凝土的繁重勞動(dòng)，并可采用流水作業(yè)加快施工進(jìn)度，監(jiān)理方便、實(shí)現(xiàn)文明、安全施工。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在宿遷的應(yīng)用同時(shí)得到普遍推廣。

　　目前，在宿遷新城區(qū)，各種基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目中已在普遍使用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，具體應(yīng)用舉例如下表，并通過(guò)靜載檢測(cè)，單樁承載力都超過(guò)設(shè)計(jì)要求。

　　4.4管樁施工技術(shù)措施

　　管樁現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢驗(yàn):在預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)場(chǎng)時(shí)，除對(duì)生產(chǎn)廠家的資質(zhì)、該批管樁的檢驗(yàn)報(bào)告、合格證、管樁預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)力表、管樁的混凝土、鋼筋、主要附件等檢測(cè)報(bào)告進(jìn)行檢查外，還應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)檢查樁身質(zhì)量，如管樁內(nèi)、外徑尺寸偏差;管樁樁身的裂縫、裂縫寬度(不得出現(xiàn)環(huán)向及縱向裂縫) ;樁帽是否空鼓、空鼓的范圍及程度。

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其中，對(duì)管樁混凝土的外觀質(zhì)量應(yīng)仔細(xì)檢查，如有懷疑，應(yīng)抽樣送有資質(zhì)的檢測(cè)單位進(jìn)行超聲波檢查。管樁施工目前主要采用靜力壓樁以及錘擊沉樁。樁錘的合理選擇:錘擊沉樁時(shí)，應(yīng)根據(jù)樁徑、壁厚、打入深度、工程條件及樁密集程度合理選用樁錘。樁錘選擇總的原則是保證樁的承載力滿足設(shè)計(jì)要求;順利地將樁沉到設(shè)計(jì)要求的持力層和深度;滿足設(shè)計(jì)要求的最后貫入度;打樁破損率低;每根樁總錘擊數(shù)控制在2000擊以內(nèi)。樁身垂直度控制:樁身保持垂直，可減少打樁時(shí)因偏心受壓而使樁身破壞的機(jī)會(huì)，成樁后樁的垂直度也能得到保證。為此，需對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行認(rèn)真的平整壓實(shí)，避免在施打過(guò)程中因振動(dòng)而使樁架產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致樁機(jī)導(dǎo)桿不垂直;在打樁過(guò)程中樁身始終要保持垂直，送樁桿應(yīng)和樁身在同一中心線上，以控制成樁垂直度偏差不超過(guò)1%。管樁接頭焊接處理:接頭質(zhì)量是管樁樁基質(zhì)量的關(guān)鍵，樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求接頭的抗彎強(qiáng)度必須大于樁身的抗彎強(qiáng)度，以保證在樁基施打過(guò)程中接頭能經(jīng)受成百上千次的錘擊而不破壞。[13、19]靜壓法植樁，在中國(guó)尚是近十年來(lái)才發(fā)展起來(lái)，與錘擊法相比較，它具有成樁質(zhì)量好、壓樁速度快等等諸多優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景好，從國(guó)內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的施工發(fā)展過(guò)程來(lái)看，在城市植樁施工中，毫無(wú)疑問(wèn)，靜壓樁機(jī)將取代柴油錘樁機(jī)，但仍要注意，樁身垂直度控制，以控制成樁垂直度偏差不超過(guò)1%，保證管樁接頭焊接質(zhì)量。不能過(guò)份強(qiáng)調(diào)提高靜壓樁的承載力，要防止陷機(jī)，夾裂（夾碎）管樁，擠土上抬，縱向壓碎，深度折斷（漂樁）等等一些問(wèn)題。

　　因此樁接頭焊接要嚴(yán)格控制質(zhì)量，盡量避免裂縫。合理安排施工流水:在樁位布置密集的軟土地基上施工管樁，必須合理安排施工流水，控制每日沉樁數(shù)量；在樁基土方或基坑開(kāi)挖時(shí)，挖土宜分層均勻進(jìn)行，樁周土體高差應(yīng)控制在合適的范圍內(nèi)；同時(shí)土方開(kāi)挖要有防止樁位移動(dòng)的措施，否則稍有不慎，就會(huì)加大已打入樁的變位，造成擠土影響。

5　結(jié)語(yǔ)及討論

　　預(yù)應(yīng)力管樁以其樁身質(zhì)量可靠、承載力高、經(jīng)濟(jì)且施工快速等優(yōu)點(diǎn)，在宿遷地區(qū)逐步得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。但另一方面，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁基礎(chǔ)應(yīng)用的時(shí)間還不長(zhǎng)，對(duì)其應(yīng)用中某些技術(shù)問(wèn)題還需一個(gè)認(rèn)識(shí)、研究、總結(jié)提高的過(guò)程。目前，工程實(shí)踐的發(fā)展已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)理論研究水平，現(xiàn)已積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)管樁與樁帽連接節(jié)點(diǎn)抗彎性能及其承載力的研究還很少，嚴(yán)重制約著預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的應(yīng)用。此外，管樁的水平抗力也值得關(guān)注，特別是對(duì)管樁在地震作用下的抗震防災(zāi)效果以及宿遷市新城區(qū)分布在一條至今仍在活動(dòng)的巨型斷裂帶上。新城區(qū)周邊的活動(dòng)斷層和地基全新統(tǒng)沉積層的松散結(jié)構(gòu)組成了該區(qū)地基最明顯的地質(zhì)缺陷，而對(duì)新區(qū)地基基礎(chǔ)危害最大的則是上部粉砂、粉土層的液化隱患。應(yīng)引起足夠重視。從技術(shù)合理性、可行性和經(jīng)濟(jì)性等原則衡量，筆者認(rèn)為，在宿遷新城區(qū)內(nèi)，預(yù)應(yīng)力管樁是普遍適用的基礎(chǔ)類型，通過(guò)幾十項(xiàng)工程項(xiàng)目施工，獲得和積累了一些數(shù)據(jù)和資料，但還需進(jìn)一步推廣使用，以完善該技術(shù)。

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