談?lì)A(yù)應(yīng)力混凝土管樁處理地基

葉學(xué)民 蔡同俊

1 概述

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是采用先張預(yù)應(yīng)力，摻加高效減水劑，高速離心蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝的空心圓筒細(xì)長(zhǎng)的預(yù)制樁，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(如圖1所示)。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有單樁承載力高，設(shè)計(jì)選用范圍廣，施工速度快，工效高，工期短，樁體耐打，檢驗(yàn)方便，地區(qū)適應(yīng)性強(qiáng)，成樁質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)。近十多年來(lái)，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在我國(guó)的生產(chǎn)與應(yīng)用以驚人的速度迅猛發(fā)展。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的分類和施工

管樁按樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)分為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(代號(hào)PHC樁)、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(代號(hào)PC樁)、預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁(代號(hào)PTC樁)三種類型。其中PHC樁、PC樁按樁身混凝土有效預(yù)應(yīng)力值或其抗彎性能大小由低到高依次分為A型、AB型、B型和C型四種。PC樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C60，PHC樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C80。PTC樁是PC管樁的一種，只是技術(shù)指標(biāo)低一點(diǎn)，但在新的建筑10G409預(yù)應(yīng)力混凝土管樁圖集中已無(wú)該型號(hào)內(nèi)容。

管樁一般采用專業(yè)廠家生產(chǎn)，技術(shù)要求應(yīng)滿足國(guó)標(biāo)。管樁按外徑分為300 mm～1 200 mm等規(guī)格，管壁厚60 mm～130 mm，視管徑、設(shè)計(jì)承載力大小而不同。管樁節(jié)長(zhǎng)一般不超過(guò)12 m，常用節(jié)長(zhǎng)8 m～12 m。

管樁沉樁機(jī)械分錘擊機(jī)械和靜壓機(jī)械兩種。施工時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)文件、工程勘察報(bào)告、施工場(chǎng)地周邊環(huán)境等選擇合適的沉樁機(jī)械。施工時(shí)先在工地上沉入第一節(jié)樁，再駁接第二節(jié)樁沉下去，然后駁接第三節(jié)樁，直至達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高為止。錘擊法沉樁機(jī)械通常采用柴油錘、液壓錘，不宜采用自由落錘打樁機(jī);靜壓法沉樁宜采用液壓式機(jī)械，按施工方法分為頂壓式和抱壓式兩種。工程中盡量減少接樁，接樁宜在樁尖穿過(guò)硬土層后進(jìn)行，應(yīng)避免樁尖接近硬持力層或樁尖處于硬持力層中接樁。上、下節(jié)樁拼接成整樁時(shí)，宜采用端板焊接連接或機(jī)械快速接頭連接，接頭連接強(qiáng)度應(yīng)不小于管樁樁身強(qiáng)度。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的應(yīng)用領(lǐng)域

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁可穿越各類軟土、填土、一般粘性土、粉土、松散及稍密的砂性土，進(jìn)入厚層老粘性土、碎石土、中密及中密以上砂類土、強(qiáng)風(fēng)化巖以及中風(fēng)化極軟巖一定深度，當(dāng)需穿過(guò)上述硬土層或進(jìn)入硬土層較深時(shí)，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定其適用性。當(dāng)場(chǎng)地存在深厚淤泥、淤泥質(zhì)土，且基礎(chǔ)埋深較大時(shí)，應(yīng)經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)的適用性。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁不適用于含孤石和障礙物較多且不易清除的土層，也不適用于樁端以上存在難以穿透的堅(jiān)硬土層的場(chǎng)地。不應(yīng)將石灰?guī)r、微風(fēng)化巖及中風(fēng)化硬質(zhì)巖石作為樁端持力層，當(dāng)硬質(zhì)巖殘積土及強(qiáng)風(fēng)化層很薄且其上為松軟土層時(shí)，也不宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土樁。當(dāng)堅(jiān)硬持力層上為深厚淤泥及淤泥質(zhì)土?xí)r，管樁的長(zhǎng)徑比不宜大于60。

4 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁設(shè)計(jì)方法

1)單樁豎向承載力特征值計(jì)算。

單樁豎向承載力特征值Ra應(yīng)按下式確定:

其中，Ra為按場(chǎng)地土計(jì)算的單樁豎向承載力特征值;Quk為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值;K為安全系數(shù)，取值為2。

當(dāng)根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，宜按下式估算:

其中，qsik為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;Ap為樁底端橫截面面積(樁尖水平投影面積);u為樁身外周邊長(zhǎng)度;li為樁穿越第i層土的厚度。

2)預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基承載力特征值:

其中，fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa;m為面積置換率;Ra為單樁豎向承載力特征值，kN;Ap為樁的截面積，m2;β為樁間土承載力折減系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取0.75～0.95，天然地基承載力較高時(shí)取大值;fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa，宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可取天然地基承載力特征值。

5 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁應(yīng)用實(shí)例

5.1 滬寧高速公路改擴(kuò)建工程

滬寧高速公路改擴(kuò)建工程中，在軟土層埋深較大的路段以及該路段的橋頭、通道部位采用了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行加固。管樁設(shè)計(jì)中，一般路段以預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁(PTC)為主，混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C60，直徑400 mm，壁厚70 mm;對(duì)于地層中存在雙層軟土且中部夾有硬土層(粘性土或砂層)的路段，采用PHC型高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C80，直徑400 mm，壁厚80 mm。預(yù)應(yīng)力管樁樁位在平面呈正方形布置，樁中心間距2.5 m～3.0 m，管樁入土端部視需要決定是否采用樁靴。

根據(jù)滬寧高速公路起點(diǎn)試驗(yàn)路段研究表明，路基填土高大于4 m時(shí)，管樁中心間距采用2.5 m，路基填土高度不大于4 m時(shí)，管樁中心采用3.0 m。

當(dāng)管樁打入地層后，在樁頭增設(shè)樁帽，樁帽鋼筋與伸入到薄壁管樁內(nèi)的鋼筋相連接，樁帽相當(dāng)于一個(gè)小承臺(tái)，對(duì)上部路堤起到承托的作用，管樁的設(shè)計(jì)間距L≤4 m時(shí)，采取140 cm×140 cm×30 cm的樁帽;L＞4 m時(shí)，樁帽尺寸為120 cm×120 cm×30 cm。當(dāng)樁帽混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再在其上鋪設(shè)碎石墊層+土工格柵。樁帽施工完成后，攤鋪40 cm碎石墊層，墊層內(nèi)鋪設(shè)兩層鋼塑土工格柵，格柵的鋪設(shè)位置分別距碎石墊層頂10 cm及30 cm。

5.2 鄭州至洛陽(yáng)高速公路改擴(kuò)建工程

鄭洛高速改擴(kuò)建工程中，管樁主要應(yīng)用于路基填土較高路段和軟弱土地基路段。采用直徑40 cm、壁厚8 cm的預(yù)應(yīng)力PC型管樁，樁間距在2.3 m～3.0 m左右，按正方形布置。管樁頂部設(shè)120 cm×120 cm×30 cm的鋼筋混凝土樁帽，樁帽頂部設(shè)置30 cm厚碎石墊層，墊層中部設(shè)置單層鋼塑格柵，從而增大樁體與墊層的接觸面積，達(dá)到均勻樁頂應(yīng)力、有效減小樁頂刺入量的作用。在單側(cè)加寬填土較高路段(H＞6 m)，為了減小荷載對(duì)老路的附加應(yīng)力，在邊坡上也打設(shè)PC型管樁，橫向間距3 m，縱向間距2.7 m。

5.3 鄭州至漯河段高速公路改擴(kuò)建工程

鄭漯高速改擴(kuò)建工程中主要對(duì)沿線橋頭路堤、涵洞通道基底以及高填路段地基，采用PTC型預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行處理。預(yù)應(yīng)力管樁均按平行四邊形布設(shè)，樁徑為0.4 m，樁距為2.4 m，樁長(zhǎng)為6 m～14 m，待樁帽施工完畢后，其上加鋪一層雙向鋼塑土工格柵，后鋪設(shè)30 cm的碎石墊層。

6 結(jié)語(yǔ)

近十多年來(lái)，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁已在我國(guó)的建筑工程中得到了廣泛應(yīng)用，也在多條高速公路和鐵路工程中得到了大量應(yīng)用。經(jīng)過(guò)施工總結(jié)，采用預(yù)應(yīng)力管樁施工具有施工工藝可靠、施工質(zhì)量容易控制、施工便捷快速、綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理等優(yōu)點(diǎn)，它必將在高速公路的高填路段和特殊地基處理工程中被廣泛應(yīng)用。

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