高強預應力混凝土管樁在工程中的應用

【摘要】近年來，高強預應力混凝土管樁因其施工速度較快，適用范圍廣，樁身混凝土強度高，單樁承載力大， 質量穩定可靠，工程造價相對較低，在建筑工程領域得到廣泛應用。

【關鍵詞】混凝土管樁優點；管樁設計注意事項；質量問題分析；預防措施

1、高強預應力混凝土管樁優點

1）管樁采用現代化工廠預制，高速離心成型、高溫高壓蒸養，產品質量穩定。

2）管樁水陸運輸方便，施工現場容易擺放，無需現場備料制作，無砼料攪拌，泥漿等污染源，對工地及周邊環境環保無污染。

3）管樁樁身混凝土強度高，加上有一定的預應力，密實耐打，穿透性好，對淤泥、粘土、粉土、砂土、卵石礫石、碎石、強風化、全風化巖等各種土層均可進行設計使用，適用范圍廣。

4）管樁的規格型號多，直徑從φ400-φ1200，樁長從6米-15米不等，搭配靈活，接長方便，可根據建筑物荷載要求合理優化選樁、布樁，現場施工可根據地質變化合理配樁。

5）施工工藝較為簡便、直觀，機械化程度高，可采用靜壓或錘擊設備，靜壓無噪音無污染，錘機穿透力強，可根據土層選擇，沉樁質量可在施工中直接反映，便于監理和業主單位對施工進行監控，施工質量容易保證。

6）工期較短，對場地的面積要求不大，場地達到三通一平即可施工，施工可送樁最大送深達8米，可通過送樁施工樁基再開挖基坑，可避免雨季開挖基坑導致延誤工期等問題出現。管樁施工完畢后根據土層情況，只需等待7天-20天便可進行檢測，有利于下一道工序的施工。

管樁雖然有上述諸多優點，但也有明顯的缺點，它抗彎剛度較差，施工時接樁質量較難控制，在某些土層中沉樁困難，特別是在軟弱地基中使用時，打樁過程中的擠土效應、施工過程中的端板焊接不良、重型施工機械的行走碾壓、基坑邊坡失穩和挖土不當等原因，容易使管樁出現傾斜，偏位以及斷樁等質量問題。由于問題經常是在開挖基坑后出現，往往給工程處理帶來極大的困難，輕則延誤工期、增加造價，重則會引起重大質量事故，甚至已施工的樁報廢。因此，在區域內

軟土地基較為普遍的地區，出臺了一些規定，限制管樁的使用范圍。如湖北省以及安徽省馬鞍山市均規定對高度超過一定數值且承臺周邊及底部存在淤泥、淤泥質土的高層建筑不應采用管樁基礎。因此，結合多年來實際工程中所接觸到的管樁設計和施工出現的問題，對管樁設計和施工中質量問題產生的原因進行分析并提出須采取的預防措施，供參考。

2、管樁設計中注意事項

1）管樁與建筑物的適用性：即擬建設的工程是否符合采用管樁的條件。上文提到，除國家規范和各地地方標準的規定外，一些地區的建筑行業主管部門根據當地的地基土層的特殊情況，出臺規定，限制管樁的使用范圍。因此，設計前應查閱相關規定，對照建筑物的具體情況，如層數，高度，是否有地下室以及場地土層性質等，明確管樁是否可以采用。

2）管樁與建筑場地的適宜性：須結合地質勘察報告與場地的實際情況，判斷是否有合適的樁端持力層以及場地地層的均勻性、沉樁的可能性、管樁的穩定性、以及場地環境條件對管樁施工的限制性。還要預估樁基的承載力，與擬建的建筑物荷載進行比對，明確管樁的適宜性，應達到安全適用、技術先進、經濟合理、保護環境的目標。

3）管樁的選型：管樁的選型應在綜合分析各項條件后確定。主要有擬建建筑物上部結構體系、荷載大小與分布以及對基礎沉降及水平位移的要求；抗震設防烈度的要求；地上及地下管線、地下工程的分布，可能受打樁影響的臨近建筑物的間距和基礎形式；施工機械進退場及施工作業運行條件；防振、防噪聲要求等環境條件；管樁規格和型號、單節樁長、接頭形式及供應條件；同一結構單元應避免采用不同類型的樁。對承受較大水平荷載的管樁、抗震設防區位于液化土層范圍內的管樁，設計人員還應根據相關規范的規定，對圖集中管樁的箍筋直徑、螺距及箍筋加密區長度做調整，并向生產廠家定制滿足抗震構造措施和實際工程需要的管樁。

4）管樁樁長和承載力的確定：管樁應選擇良好土層作為樁端持力層，樁端進入持力層的深度不應小于2D；每根管樁的接頭數量不宜多于3個，由此條件初步確定樁長。一般管樁用作摩擦型樁時，其長徑比不宜大于100；用作端承型樁時，其長徑比不宜大于80。多次工程經驗表明，管樁的單樁豎向承載力特征值試樁結果與按照地質報告提供的土層參數估算的數值往往差距較大，因此，單樁承載力特征值宜通過同條件下試樁來確定。

5）管樁的平面布置：采用多樁和群樁時，應使樁承載力合力點與其上部結構豎向永久荷載重心相重合。當為大面積群樁時，對硬粘土層和飽和軟土層要合理布樁，并適當加大樁中心距，減少擠土效應。

6）由于沉樁機械設備施工時需要一定的空間，當在已經開挖后的基坑中沉樁時，在基坑支護設計時要考慮臨近基坑邊緣的邊樁施工的可能性，留足樁機移動以及操作的必要空間。

3、管樁施工中經常出現的質量問題原因分析

1）預應力混凝土管樁屬部分擠土型樁，當帶有閉口樁尖時為全擠土樁。在施打大面積密集群樁時，由于大量樁體入土，樁周一定范圍內的土體受到擠壓和擾動，隨著施工數量的增加，擠土效應越加明顯，引起沉樁區域和周圍土層的水平移動和隆起，如順序不當導致應力擴散不均勻，往往造成先打入的樁受擠產生傾斜或斷樁，管樁施工速度較快時會加劇擠土效應。擠土效應還會引起先打入的樁產生上浮現象，使其承載力達不到要求。此種情況在硬粘土層和飽和軟土層最容易出現。

2）沉樁機械都有一定的體積和重量，特別是靜壓樁機，為抵抗沉樁時的反力，往往根據壓樁力的需要在樁機上帶有相應的配重。當地表土層較軟時，未采取相應技術措施，樁機行走部分的支腿直接站壓在樁頂或樁頂軟土層上，形成對地表土層的強大擠壓作用，當地基土上部有較厚的軟土層或地表面較薄的硬土層下有較厚的軟土層時，可將管樁推擠傾斜，甚至斷樁。

3）管樁的連接一般采用端板焊接連接，如接樁時焊接質量未達到規范要求或現場施工要求，焊縫強度不足，受擠土效應后接頭處不能抵抗水平變位或上浮而產生斷樁。

4）施工過程中在一些土層中沉樁困難。管樁雖然在土層中穿透性好，但在含有較大礫石的土層及密實的砂層中沉樁有時仍然會遇到較大的困難，達不到設計標高，出現實際樁長與設計樁長相差較大的情況。

5）樁基施工完成后基坑開挖時一次性開挖深度太快太深，使樁的一側承受土壓力較大，樁身發生彎曲變形。或未采取必要的基坑支護措施，使得基坑邊坡失穩，土體滑動，造成管樁傾斜。

4、管樁施工質量問題預防措施

對以上所述各項施工中的質量問題，可采取如下技術措施。

1）為減少沉樁擠土引起的土體位移、隆起，保證施工完成后樁基的質量，可采用開口型樁尖，使部分土體進入管樁內部以減少樁的擠土量，縮小其影響范圍。其次，施工過程中應掌握詳細的地質勘察資料，根據地層情況、基礎形式、布樁情況等選擇合理的施工機械，并優化打樁的施工方向和順序路線。一般地基變位的方向基本上與沉樁施工順序方向是一致的。在沉樁起始處方向的地基土體變位和應力較小，影響范圍也小，而在沉樁終止處方向的地基土體的變位和應力因為受已沉樁的約束作用而明顯增大，影響范圍也大。因此打樁宜自樁群中間向兩個方向或四周對稱施工。如施工場地周邊有需要保護的建筑物、構筑物、道路或者地下管線等，施工方向宜背離被保護對象。沉樁時尚應控制施工速度，限制打樁速率，速度過快，不利于土層中應力的擴散，土體的水平移動和隆起也越大。在含水量較大的軟土層中可設置袋裝砂井，以消除部分超孔隙水壓力，減少擠土現象。當擠土效應嚴重，必要時可在場地內設置應力釋放孔和采取預鉆孔輔助沉樁。

施工過程中應加強檢測，動態施工，設置樁的上浮和水平變位觀測點，定時檢測樁的上浮量及樁頂水平偏位值，做好沉樁記錄，如發現樁的上浮或偏移值較大，應及時采取復打、糾偏等措施，確保樁位及標高準確。

2）在打樁施工前，應將場地平整壓實，能夠滿足沉樁機械的行走，并且不能對已施工過的樁產生影響。如果地表土層較軟，或地表土層雖然較硬，但厚度相對較薄時，應在機械、車輛行走的位置填一定厚度的碎石或路基板，減小機械對場地表面土體的擠壓作用，同時也有利于打樁機械自身的穩定，容易控制沉樁過程中樁身的垂直度。

3）接樁時端板焊接質量須嚴格按圖集的要求并達到標準。應分層焊接，內層焊渣必須清理干凈后方可施焊下一層，焊縫應飽滿、連續，且根部必須焊透。焊接接頭在自然冷卻后才可繼續沉樁，冷卻時間不少于8分鐘，嚴禁用水冷卻或焊好后立即沉樁，施工中應對焊接質量高度重視。工程中盡量減少接樁，接樁宜在樁尖穿過硬土層后進行，應避免樁尖接近或處于硬持力層中接樁。

4）實際工程中多次出現在砂層中沉樁困難的情況，特別是在樁基施工后期，土層已被擠密時。因此，當樁基需要穿越砂層或需要進入砂層一定深度，宜優先采用錘擊法沉樁，因為錘擊法較靜壓法沉樁的穿透性要強。如困難較大，還可采取引孔輔助沉樁，即用鉆機在設計樁位先抽土引孔，隨即沉入管樁。由于引孔會減弱樁的摩阻力，最終可能影響到樁的承載力，因此采用此法須通過試驗確定引孔的大小和深度。

5）合理選擇基坑支護方式與開挖的施工機械和施工方法。基坑開挖時間不宜太早，打樁完成后應留有一定的休止時間。嚴禁邊打樁邊開挖基坑。施工應堅持先支護后挖土的原則，深基坑要分層分區域均勻開挖，軟土每層挖土的厚度不應超過1.0米，層與層之間留出一定寬度的工作面，并根據土質情況合理放坡，嚴防土體滑動。挖出的土方必須即時外運，不能堆積在基坑的四周。基坑在接近坑底時應采取接力開挖，前邊（接近坑底層土）用小挖機，后邊用大挖機，這樣可減小挖土機械對樁頂土層的擠壓作用。且挖至樁頂標高以上0.5米時，須改用人工清除樁頂余土。

結語：

綜上所述，為了充分發揮管樁的優點，應從設計與施工二個方面綜合考慮。設計須從場地與建筑物的特點出發，合理選擇樁型和持力層并優化布樁。施工中因地制宜采取預防措施是第一位的，在施工前要有針對性地編制方案，施工中加強監督管理和檢測，發現問題應立即進行有針對性的處理，如此方能達到預期的效果。

參考文獻：

[1]齊紅博.高強預應力管樁在基抗支護工程中的應用[J]科技情報開發與經濟.2010年第25期.

[2]張仕雄.探討高強預應力混凝土管樁施工質量控制要點[J].城市建設理論與研究.2012年第04期.

[3]吳宏毓.預應力管樁常見質量問題及預防處理辦法[J].山西建筑.2010年第21期.