淺談復雜巖土地基中靜壓預應力管樁設計與應用

摘要：建施工過程中應用最為廣泛的技術就是預應力管樁建筑樁基技術，由于其具有強度大、質量高和穿透能力強等方面的優點，目前已經在工民建施工中得到了廣泛的應用。其實，所謂的預應力管樁就是由一種特殊的工藝手段而形成的一種預制樁，因其具有良好的性能而在工民建施工中得到了較為廣泛的應用。本文以廉江市第三建筑工程有限公司承建上海通用梧州圣欣別克4s店工程為例簡要介紹復雜巖土地基中靜壓預應力管樁設計與應用中存在的問題，并提出相關措施進行解決。

關鍵詞：復雜巖土地基;預應力管樁;單樁承載力

一、引言

預應力管樁是通過采用先張法預應力工藝，再經離心成型和蒸汽養護而形成的一種具有很強的混凝土預制基樁，預應力管樁具有幾點十分顯著的優點，如規格眾多、質量保證、單樁承載力高、經濟等。預應力管樁已經成為工程設計中使用最多的基樁，尤其是靜壓預應力管樁，可以有效減少沉樁的動應力，還可以極大地降低打樁產生的噪音，靜壓預應力管樁的應用可以很好的起到城市施工的環保效果，預應力管樁的應用對工程施工具有十分顯著地現實意義。

二、復雜巖土地基中靜壓預應力管樁的若干設計問題

2.1、靜壓預應力管樁的設計的相關規定

根據樁身有效預壓應力的大小進行排列，預應力管樁主要可以分為三種類型：即A、AB和B型，如果豎向承載力Ra逐漸增大，抗裂彎矩和極限彎矩Mcr和Mu同時也逐漸增大的條件下，樁的耐打性能也會逐漸增強。預應力管樁通常分為兩種：摩擦端承樁，端承摩擦樁，施工中最常用的施工方法為錘擊法或靜壓法等，靜壓法的沉樁主要包括頂壓式和抱壓式，一般情況下最好使用頂壓式。一般情況下，預應力管樁的長徑比最好不要超過80，如果靜壓預應力管樁周為大多是松軟的土層時，就應該對其長徑比進行更為嚴格的控制，最好的長徑比區間最好在30～60之間。

2.2、確定基樁豎向承載力的的方法：

（1）經驗參數法

通過對土的物理指標與承載力參數之間的經驗關系的研究，來確定預應力管樁單樁豎向抗壓的極限承載力值，根據有關規定的相關公式的計算公式如下：

Q_uk=u∑q_sikl_si+q_pkA_p（式2.2-1）

公式中：q_sik：樁側第i層土的極限側阻力標準值;

q_pk：樁端土極限端阻力標準值;

u：樁身周長;

A_p：樁端面積;

l_si：樁身穿過第i層土的厚度。

基樁豎向承載力特征值：

R_a=Q_uk/2""" （式2.2-2）

（2）由于負摩擦阻力而產生的不利影響

在計算基樁的豎向承載力時要注意不能忽略由樁側的負摩擦阻力造成的影響。第一步應該根據樁側土層的分布特點，按照樁周圍土層的沉降的具體情況計算中性點深度l_n，在基樁豎向承載力特征值R_a的計算中只需要計算中性點以下部分的側阻力和端阻力即可。對于端承型的基樁還應將因負摩擦阻力而引起的下拉荷載Qⁿ_g考慮在內，在不考慮群樁效應的情況下，第i層土的負摩擦阻力的標準值可以通過以下的公式計算出來：

qⁿ_si=ξ_niσ'_i（式2.2-3）

ξ_ni：樁的四周第i層的負摩擦阻力系數，

σ'_i：樁的四周第i層平均豎向有效應力。

（式2.2-4）

（3）最小壓樁力

①通常情況下，最小壓樁力N不宜低于2R_a。

②管樁周圍存在的負摩擦阻力的最小壓樁力N=2R_a+2Qⁿ_g;而對端承型的基樁的最小壓樁力N=2R_a+4Qⁿ_g

（4）單樁豎向靜載荷試驗

①通常情況下，單樁豎向極限承載力的特征值為Q_u除以安全系數2，即R_a=Q_u/2。

②樁的周圍存在負摩擦阻力時，在計算單樁豎向承載力的特征值時應注意要扣除負摩擦阻力，也就是R_a=Q_u/2-Qⁿ_g。

2.3、設置合理的布樁原則

因為靜壓預應力管樁會產生較為明顯的擠土效應，因此要對布樁密度進行嚴格的控制。要在符合相關規范標準的基礎上，相鄰兩樁之間的中心距不得小于3.5D。在實際施工過程中應該制定一個合理的打樁順序，也可以采取原位引孔、設置防震溝和泄壓孔等措施來減弱擠土效應。

三、復雜巖土地基中管樁的施工常見問題及對策

3.1、浮樁

在管樁的施工過程中，很容易受到地基應力以及由于壓樁過程中樁體對土體的擠壓作用，進而給地基造成了較大的超孔隙水壓力u。管樁分布的越密集，產生的超孔隙水壓力u就越大。如果管樁周圍含有較厚的淤泥、粘土等土層時，超孔隙水壓力u的消散速度就會極大地減慢，使得樁的周圍的土體形成豎向隆起以及水平位移，這種情況就很容易使周圍的管樁產生移位和樁身斷裂的現象，給工程施工埋下了安全隱患。現階段，對靜壓預應力管樁會產生浮樁的特性一般可以采用以下五種措施解決：

（1）加強對靜壓預應力管樁的監測，對壓樁順序和進度進行有效調整。

（2）設置泄壓孔以實現加快孔隙水壓力u的消失速度的目的。泄壓孔的選擇通常為塑料排水板、豎向砂井等。

（3）增加壓樁力度，盡可能的提高靜壓預應力管樁的豎向抗拔力，可以有效防止管樁上浮。

（4）復打復壓。對那些已經產生浮樁的預應力管樁進行復打或復壓，進行復壓時，壓樁力一般為極限承載力的1.1～1.2倍。

（5）對已經產生浮樁的預應力管樁采用樁底注漿、補樁的方法也可以起到加固的作用。

3.2、露樁、短樁

在復雜的巖土地基進行施工，靜壓預應力管樁很容易出現持力層起伏較大、樁身的土層分布不均等現象。如果施工單位的施工方案設計不完善、配樁不夠準確時，工程在實際施工過程中就很容易造成露樁或短樁，這樣會造成不必要的浪費的同時，還可能會對工程的質量造成十分不利的影響。

3.3、擠土和振動對管樁造成的影響

管樁在沉樁過程中，由于受到周圍土的擠壓會出現周圍的道路路面隆起、地下管線受到擠壓導致破裂的現象，雖然管樁是空心樁，但是由于擠土效應而產生的影響也是不容忽視的。另外，如果采用錘擊法進行施工，由于錘擊而產生的振動也會對附近的建筑物造成不同程度的影響，因此必須采取適當的保護措施，主要的方法如下：

（1）控制布樁的密度（Ws），通常情況下Ws要小于5%，樁與樁中心的距離不應小于4。如果Ws>5%，可以對那些距離較密的管樁采用預先鉆孔取土的辦法進行解決。

（2）控制沉樁的速度，控制樁的日生成量，如果使用的是長為30米的Ф500管樁，那么日沉樁量最好不要超過15根。沉樁的順序一般為先中間、后兩邊，如果有需要也可以采取間隔跳打的方法。

（3）挖防震溝，溝的深度一般以超過地下管線的埋置深度為宜，寬度最好在0.8～1.0m之間。如果挖鑿的防震溝沒有達到預期效果時，可以采取在樁位與建筑物之間打1—2排應力釋放孔的辦法進行解決。

四、結束語

綜上所述，由于預應力管樁所具備的施工簡便、質量高和穿透能力強等方面的優勢，也在很大程度上對相關施工技術人員的施工素質提出了更高的要求，施工人員應該對施工過程中的所有環節都應該進行嚴格的檢查，并將可能的影響因素都進行充分的思考，使用一切辦法使預應力管樁所具有的優勢充分發揮出來。

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