鋼纖維混凝土在鋼混凝土長樁上的應用

任泉軍

0 引言

近年來，中國經(jīng)濟快速發(fā)展，土地價格不斷飆升，不管是住宅、寫字樓，還是賓館，其規(guī)模越來越大，層數(shù)越來越高，總荷重也越來越大。如在軟土地區(qū)，結構工程師需選用臥于軟土層下的亞砂土或粉砂層作為樁基持力層。以獲得較高的單樁承載力來滿足設計的需求。如果要采用穿過硬土層并進入其下面的亞砂土或粉砂層內(nèi)一定深度的打入式預制鋼筋混凝土樁時，往往需要用較大噸位的錘來把這類樁打入土中，并達到樁尖的設計標高處。這無疑對樁頂、樁身、樁尖的設計與施工，提出了更高的要求。在過去，設計人員一般采用提高混凝土的標號，加大配筋等方法來處理。即使如此，在實際打樁的過程中，樁頂混凝土被錘打碎，或樁身斷裂，仍時有發(fā)生。一旦發(fā)生這種情況時，施工人員就必須在工地上臨時用鋼材加固樁頂樁身后再繼續(xù)將樁打下，甚至另行補樁。這樣既延誤了工期，又造成了經(jīng)濟損失。設計人員常為之困惑不已，極其希望能有一種方法來提高鋼筋混凝土樁的抗沖擊性能。

結合高層建筑下鋼筋混凝土長樁的特點與要求，經(jīng)試驗采用新型的復合材料——鋼纖維混凝土，加強40 m鋼筋混凝土長樁的樁頂與樁尖，取得了良好的效果。

1 概況

在國際上，纖維混凝土是近幾十年來迅速發(fā)展起來的一種新型復合材料，尤其是鋼纖維混凝土，稱得上纖維增強混凝土中最有效的一種。它不僅具有普通混凝土的優(yōu)良特性，同時顯著的提高了混凝土的抗拉、抗彎、抗疲勞等強度與抗沖擊性能，并具有比較好的特性及控制裂縫的能力。因此，它的用途廣泛，應用它的工程實例已很多，效果良好，各國競相開放與研究。近年來，我國也有學者與科技人員在進行這方面的研究與應用，并已經(jīng)取得可喜的成果。

本工程利用鋼纖維混凝土的特性，來加強水泥廠筒倉下的40 m鋼筋混凝土長樁樁頂與樁尖。共選三根工程樁作為試驗樁。樁的尺寸為450×450×40 000，其細長比為89。混凝土標號為C35。單樁容許承載力為160 t/根。在樁頂與樁尖兩處局部用鋼纖維混凝土加強。其地質(zhì)分布情況具有一定的代表性與特點。工程地質(zhì)概況見表1。

為了獲得較高的單樁承載力，減少樁的根數(shù)，特選用第⑥a層亞砂土夾亞粘土作為樁基的持力層。樁尖進入該層深度約2.0 m。若與以⑤b層為持力層的方案相比較，僅樁基一項可以節(jié)約造價約90余萬元。

從表1可以看出，欲將樁尖打至⑥a層內(nèi)，必須穿過第③層(5.7 m厚)，以及第⑤b層(2.5 m 厚)這兩層硬土，具有一定難度。我在該工程中的普通鋼筋混凝土長樁上采取了一些措施，終于將全部長樁順利打下，并使樁尖都到達其設計標高處。但在上述的三根試驗樁上，則用鋼纖維混凝土加強樁頂與樁尖，在此加強的區(qū)段內(nèi)，特將原有的配筋適當減少，并除去樁頂原有的預埋鋼板，以考驗鋼纖維混凝土在重錘打擊下的效果如何。

表1 水泥廠工程地質(zhì)概況

2 效果

水泥廠工程共有729根長樁。由于土層分布有起伏，故樁長共有39 m，39.5 m與40 m三種。

結合施工程序與打樁流水，三根試驗樁被安排在打樁的最后階段試打。整個工程均采用KB45柴油機錘擊打。

要說明兩個情況:

1)試驗樁周圍的普通鋼筋混凝土樁的長度均為39.5 m。而試驗樁的長度則已早先被施工單位按40 m長的模板制作的。因此，它比周圍的樁長了50 cm，也就是試驗樁進入第⑥a層硬土的深度多了50 cm。顯然，這樣更增加了沉樁的難度。對鋼纖維混凝土性能的考驗也更加嚴峻。

2)三根試驗樁是被安排在整個場地已打下700余根長樁的情況下才施打的。這意味著場地已被約5 700余立方米的混凝土所擠實，也就是說試驗樁比早先打下的樁在沉樁方面要困難得多。

結果顯示，即使在上述兩種不利的情況下，試驗樁的平均總錘擊數(shù)比普通鋼筋混凝土長樁的錘擊數(shù)反而少8%左右，其最后貫入度還略小于普通鋼筋混凝土長樁的貫入度。這充分說明，經(jīng)過鋼纖維混凝土加強后的長樁的穿透力有較大提高。其對加快打樁進度、縮短工期，有著實際的經(jīng)濟效益。

再從現(xiàn)場開挖后的情況來看，試驗樁的樁頂表面夾帶，棱角保持挺直，四周無缺損現(xiàn)象。而其周圍的普通鋼筋混凝土長樁的樁頂，則有多根頂端被錘擊碎或缺角。

因此，試驗結果完全達到了預期的要求，取得成功。值得一提的是，僅以樁頂部分為例，采用鋼纖維混凝土加強后，還可節(jié)約鋼材 7.325 kg/根。

在實際工程設計中，應根據(jù)工程具體情況、樁長的選用、持力層的物理與力學性能、場地地層分布特性，以及造價等問題，全面地綜合考慮后來決定采用鋼纖維混凝土僅單獨加強樁頂部分或同時加強樁頂與樁尖兩部分，做到設計安全可靠、經(jīng)濟合理。

3 結語

通過本工程，充分體現(xiàn)了鋼纖維混凝土加強長樁樁頂與樁尖有著顯著的實效。即如用鋼纖維混凝土加強后，可避免眾多樁頂被打碎的損失。其次，應用到高層建筑下的鋼筋混凝土長樁與超長樁上，特別是在樁要穿透較厚較深的硬土層的情況下，更能發(fā)揮鋼纖維混凝土的效能。

［1］ GB 50010-2010，混凝土結構設計規(guī)范［S］.

［2］ JGJ 94-2008，建筑樁基技術規(guī)范［S］.

［3］ 陳慧清.銑削鋼纖維混凝土的施工與應用［J］.山西建筑，2010，36(11):168-169.