探析預應力高強混凝土管樁在基礎處理中的應用

【摘 要】 加強預應力高強混凝土管樁在基礎處理中的應用的研究是十分必要的。本文作者結合多年來的工作經驗，對預應力高強混凝土管樁在基礎處理中的應用進行了研究，具有重要的參考意義。

【關鍵詞】 預應力；混凝土管樁；高層建筑；地基處理

隨著國內基本建設的發展，地基基礎工程日益顯得重要，各種建筑都需要有一個堅固的基礎，同時又希望造價比較經濟。一幢房屋建筑，基礎造價要占到工程總造價的 1/8，甚至到 1/5。這對業主來說是不容忽視的投資。高強度預應力管樁基礎的施工工藝簡單、經濟成本低、施工速度快、安全可靠、適應性比較廣。除了石灰巖地區，地下有較大溶洞的地區。如廣州的白云區、芳村區部分地區，以及地下埋有較多的孤石、地基巖面較陡等不能適用之外，幾乎適用于其他所有地基。地下水多少對管樁基礎沒有太大的影響。

當前，預應力高強混凝土管樁已被推廣應用于房屋建筑、橋梁和碼頭等工程中。軟土地基多采用預制樁基礎，以液壓靜壓法壓入式施工樁工藝替代錘擊，這種施工方法解決了用柴油錘打入樁時帶來的噪聲大且伴有濃煙油污等不適于在市區施工的問題，既無噪聲也對環境無任何污染，符合標準化文明施工的要求，具有廣泛的應用前景。因此，管樁等預制樁基礎逐步在全國得到推廣應用。本文以某高層樓工程預應力高強混凝土管樁基礎工程為例，介紹預應力高強混凝土管樁的適用條件、施工方法、施工中質量控制等應注意的事項及以及樁的質量試驗與檢測。

1 預應力高強混凝土管樁的特點及適用范圍

1.1 特點

預應力高強混凝土管樁穿透土層的能力強，對持力層起伏變化大的地質條件適應性強；成樁質量可靠，監理、檢測方便；施工周期短；噪聲小，無振動，無污染，符合環保要求；而且它的單位承載力造價是各種樁型中最低的，綜合經濟效益指標也好于其他樁型；但這種樁延性差，超過其樁身承受的極限荷載時會出現脆性破壞。

1.2 適用范圍

PHC樁適用于以人工填土、軟土、粘性土、粉土、粉砂、細砂、中砂為覆蓋層的地區，持力層一般為粗砂、礫砂、圓礫、風化巖，設計入土深度宜為10～70 m。

2 預應力高強混凝土管樁施工方法及要點

該幢20層的高層住宅，設計采用預應力高強混凝土管樁基礎，設計打入378根樁，樁直徑為600 mm；樁長12 m，進入⑦號強風化巖層不少于500 mm；單樁承載力特征值為2 000 kN，要求靜壓終壓荷載大于5 500 kN。施工前由相關單位及有關專家共同確定施工方案。

1）樁機選擇：考慮工程周邊建筑物較多及成樁質量，并根據場地土質情況和配重情況，決定選用YZY-360靜力壓樁機。

2）進場管樁驗收及現場堆放：進場管樁嚴格按規范及設計要求檢查，合格方可使用。由于場地狹窄，為不影響樁基走位和方便取樁的位置堆放，采用建筑垃圾鋪墊道路及場地，并設排水溝。管樁堆放均不超過2層，底層外側安置楔木，以防管樁滾動。

3）施工程序：測定樁位-樁機就位—復核樁位-將管樁吊入壓機夾持腔-夾持好管樁對準樁位調直樁身-靜壓沉樁-接樁-再靜壓沉樁-送樁-終止壓樁-樁質量檢驗-切割樁頭-填充管樁內的細石混凝土。

4）由于該工程管樁的樁間距較小（僅1 m或0.9 m），且樁徑較大，應盡量減少施工中產生的擠土影響，造成壓樁困難，還可能引起工程樁移位，造成重大工程事故。為減少靜力壓樁的擠土效應，應采取如下措施：a）打樁順序為跳鉆，并分2次循環完成；b）第一循環前，先在第一循環樁位取土為樁長的1/3（約4 m），再進行壓樁，然后用同樣方法進行第二循環打樁；c）控制壓樁速度：根據測斜管提供的監測數據，及時調整壓樁速度，沉樁速度一般控制在1 m/min左右為宜。速度過快，土體變形大，速度過慢，影響施工進度。同時，適當控制壓樁速度，使各層土體能正確反映其抗剪能力。當地基表層中存在大塊石頭等障礙物時，要避免壓偏；d）壓樁過程中應加強鄰近建筑物、地下管線的觀測、監護。

5）沉樁線路的選定：預應力樁基施工時隨著壓入樁段數的增多，各層地質構造土體密度隨之增高。土體與樁身表面間的摩擦阻力也相應增大，壓樁所需的壓入力也在增大。為使壓樁中各樁的壓力與阻力基本接近，入樁線路應選擇單向行進，不能從兩側往中間進行（即所謂打關門樁），這樣地基土在入樁擠密過程中，土體可自由向外擴張，可避免地基土“上溢”使地表隆起，又不致因土的擠壓而造成部分樁身傾斜，保證了群樁的工作基本均勻并符合設計值。

6）本工程采用焊接法接樁，分層均勻地將套箍對焊的焊縫填滿；為加快施工速度，減少接樁時間，配備3名焊工同時同方向施焊，焊畢停約1 min即進行沉樁。接樁應連續進行，采用硫磺膠泥接樁間歇不宜過長（正常氣溫下為10～18 min），接樁面應保持干凈，澆注時間不應超過2 min；上下校中心線應對齊，偏差不大于10 mm；節點矢高不得大于1%樁長。

7）垂直度控制，調校樁的垂直度是沉樁質量的關鍵，須高度重視。插樁在一般情況下入土30～50cm為宜，然后進行調校。樁機駕駛人員在施工長的組織、指揮下，掌握好雙方角度尺兩個方向上都歸零點，使樁機縱橫方向保持水平，樁帽、樁身和送樁的中心線應重合；調校垂直在規范允許值以內才能沉樁。在沉樁過程中施工員隨時觀察樁的進尺變化，如遇地質層有障礙物、樁桿偏移時，應分一、二個行程逐漸調直；壓同一根樁應縮短停息時間。

8）壓樁機的液壓入樁有一定的垂直行程高度，本次采用的YZY360樁機的垂直行程為1.5 m，即每入樁1.5 m即松開抱樁器。開動油泵使之上移，再抱樁固定壓入，循環作業。在開始的第一、二個行程，要特別注意控制樁身的垂直度。

9）在施工中，及時準確記錄入樁行程深度和相應壓力值，作為判別入樁情況正常與否及樁的承載能力的依據。靜力壓樁單樁豎向承載力，可通過樁的終止壓力值大致判斷，但因土質的不同而異。樁的終止壓力不等于單樁的極限承載力，要通過靜載對比試驗來確定一個系數，然后再利用系數和終止壓力，求出單樁豎向承載力的標準值qκ，即qκ= kqs。如判斷的終止壓力值不能滿足設計要求，應立即采取送壓加深處理或補樁，以保證樁基的施工質量。壓樁應控制好終止條件。

高強度預應力管樁的承載力計算方法一般以有下幾種：第一，根據地質勘探資料及土的物理指標與承載力參數之間的經驗關系。第二，根據單橋、雙橋探頭靜力觸探資料確定。第三，根據標準貫入確定。第四，根據現場靜荷載試驗確定。一級建筑的樁基應用現場靜荷載試驗，并結合靜力觸探，標準貫入等原位測試方法綜合確定。二級建筑的樁基應根據靜力觸探，標準貫入，經驗參數等計算，并參照地質條件相同的試樁資料，綜合確定。當缺乏可參照的試樁資料或地質條件復雜時，應由現場靜荷載試驗確定。對于三級建筑的樁基，如無原位測試資料，可利用承載力經驗參數估算。

根據本人以往的經驗，以及調查類似的十幾個相關工程情況。高強度預應力管樁的單樁豎向承載力，根據靜載試驗得出來的值往往比其它測試方法得出的值要高。一般高出 10%～20%左右。這與其它測試方法的經驗系數的取值有關。而現場靜載試驗比較直接、直觀，更能準確地反映將來樁基正常使用期間的受力情況。為了更能準確地確定管樁的單樁豎向承載力，更好地控制成本，目前已有很多建設單位采用現場靜載荷試驗的方法來確定豎向單樁豎向承載力設計值。

3 預應力高強混凝土管樁的質量檢測

液壓法壓樁同錘擊法沉樁的質量檢驗，區別在于前者可利用靜力壓樁設備作反力平衡裝置進行樁的靜載荷試驗，可省去設置錨樁和反力梁等。為了保證工程的質量，必須分階段進行單樁豎向抗壓靜載試驗和低應變反射波法檢測。

3.1 單樁豎向抗壓靜載荷試驗法

以本工程的樁基質量試驗為例：管樁的靜載荷試驗要模擬實際荷載情況，在考慮了動測結果、施工情況、平面分布等因素后，選取了3根樁進行試驗。3根樁均最大加荷至兩倍設計和在時停止加載試驗，荷載分9級加載，3根試樁最終累計沉降量分別為9.24 mm、8.37 mm、7.58 mm。根據上述系列關系曲線，綜合評定確定其容許承載力，它已較好地反映單樁的實際承載力，滿足設計要求。預應力高強混凝土管樁從成樁到開始試驗的間歇時間，在樁身強度達到設計要求的前提下，對于粉土和粘性土，不應少于15 d，且待樁身與土體的結合基本趨于穩定，方可進行試驗。上述試驗表明，3根樁在各荷載的作用下，樁頂沉降量較小，而且Q-s曲線平穩，說明承載力達到設計要求。但卸載后，發現沉降的回彈量較小，試樁的樁周摩擦阻力和端承力發揮正常。

3.2 低應變反射波法（動力無損檢測法）

低應變反射波法，是將一維波動理論應用于一維桿件彈性樁，在樁頂錘擊力的作用下，產生一壓縮波并以速度c向下傳播，當遇到波阻抗變化的截面時，此入射波產生反射和透射，通過傳感器接收到的反射和透射信號，結合其他工程資料，即可判定被檢測樁的樁身完整性。本工程共抽76根樁（占總樁數的20%）進行低應變反射波法檢測，檢測樁的質量，包括樁身的完整性（樁身斷裂、樁身各節的連接情況）及混凝土的質量（混凝土的膠結情況）等。檢測的76根樁，實測縱波波形曲線規律性較好，未見明顯的樁間反射波異常，且都可觀測到樁底反射波信號，表明這76根樁樁身完整，連接良好，未出現明顯的樁身質量問題（檢測結果表略）；均評為A類樁即良好樁。

4 結語

4.1 預應力高強混凝土管樁存在許多優點

1）預應力管樁是地面預制的，質量較其他樁型容易控制；

2）該基礎管樁施工只用10 d，一般管樁施工速度為每根45 min，與許多其他樁型相比，明顯地縮短了工期；

3）該工程進行了85次監測，土體位移最大達6.5 cm，土體隆起最高達7 cm，但都控制在設計允許范圍內；

4）適合市區施工，不產生泥漿，對周邊環境無污染；

5）基本沒有噪音，這是灌注樁等其它樁型不能做到的；

6）預應力結構為建設部推薦使用，符合建筑業現代化發展趨勢。

4.2 預應力高強混凝土管樁施工有一定的局限性

1）障礙物多、有堅硬隔層的地層、石灰巖地層等不宜采用，只適用于軟弱土層；

2）不可避免地產生擠土現象，選用時應仔細分析土體可能產生的最大位移，對周邊環境的影響；

3）管樁的抗彎能力存在局限性。綜上所述，用預應力高強混凝土管樁來進行基礎處理，特別是高層建筑基礎處理有較大的發展前景，其造價適中，質量較其他樁型好控制：因為它是預制的。但是在具體使用中還要從工程及地質的實際情況出發，綜合分析全面比較，并要認真地實施方可取得滿意的成果。

參考文獻

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