淺談PHC管樁在建筑工程中的應(yīng)用研究與實(shí)踐

王學(xué)斌

摘 要：本文主要是介紹了PHC管樁在建筑工程中主要的應(yīng)用范圍和條件，并介紹了幾種PHC樁的承載力計(jì)算方法，提出了PHC管樁單樁承載力在超靜空隙水壓力消散和樁周土固結(jié)作用下的預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：PHC管樁；承載力；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、PHC管樁的主要適用范圍

20世紀(jì)80年代，由于PHC管樁的性能卓越并且適應(yīng)我國(guó)南方的軟土地基，我國(guó)引進(jìn)了日本美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)PHC管樁預(yù)制的技術(shù)并加以改進(jìn)成功研制生產(chǎn)出了PHC管樁，在20世紀(jì)90年代，經(jīng)過(guò)建設(shè)部的推廣，PHC管樁成為一種成熟的工程產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用。它能夠得以廣泛應(yīng)用的原因主要是其適用性和經(jīng)濟(jì)性都非常優(yōu)異。對(duì)于實(shí)際場(chǎng)地地基情況在基巖埋藏較深淺表層軟弱，強(qiáng)風(fēng)化巖層或這風(fēng)華殘積土層較厚的地質(zhì)條件下，PHC管樁能夠有效地起到穩(wěn)定的作用，而對(duì)于樁尖在強(qiáng)風(fēng)化巖層1m～2m的，持力層的選擇一般是在該強(qiáng)風(fēng)化的巖層中，對(duì)于承載力的設(shè)計(jì)要求而言是滿足要求的，并且沉降量與灌注樁差別不大。對(duì)于抗震設(shè)防的烈度在9°以下的地區(qū)可以使用PHC管樁。對(duì)于在市區(qū)內(nèi)部或者建筑比較密集的地方為了減少噪音可以使用靜壓法進(jìn)行施工，而對(duì)于在對(duì)施工要求沒(méi)有限制時(shí)可以采用錘擊、鉆孔植樁的方法進(jìn)行施工。不過(guò)對(duì)于孤立的巖石比較多或者底下的建筑以及障礙物多的地方或者底層，以及有堅(jiān)硬的夾層并且該夾層不能作為持力層的情況，不應(yīng)當(dāng)選用PHC管樁。對(duì)于石灰?guī)r和其他熔巖地區(qū)，以及微風(fēng)化基礎(chǔ)巖石地基，也是不能夠選取PHC管樁作為基礎(chǔ)的。

二、PHC管樁的優(yōu)缺點(diǎn)分析

主要優(yōu)點(diǎn)有：

PHC管樁成型的工期短、功效高，在能夠保證一定質(zhì)量的情況下可以批量生產(chǎn)預(yù)制，并且能夠保證一定的施工質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)研究表明在一定的情況下選取PHC管樁作為樁基礎(chǔ)較其他基礎(chǔ)而言，耐久性更好并且單樁的承載力更高，對(duì)于建筑地區(qū)的持力層起伏變化大的地區(qū)應(yīng)用更好。尤其是在我國(guó)的軟土地基區(qū)域，PHC管樁的應(yīng)用解決了很大的問(wèn)題。并且PHC預(yù)制管樁在施工的后期便于監(jiān)理人員及檢測(cè)人員檢測(cè)。在經(jīng)濟(jì)性方面，在滿足復(fù)核單位承載力與其他樁相同的情況下價(jià)格比普通樁要低30%。

主要的缺點(diǎn)有：

PHC管樁在需要進(jìn)行錘擊樁施工法以及人多或者建筑密集的地區(qū)施工還是首選考慮靜壓施工樁。并且PHC管樁的送樁長(zhǎng)度有限，應(yīng)當(dāng)選取合適的樁長(zhǎng)并避免截樁斷樁。PHC管樁有一定的擠土效應(yīng)，會(huì)對(duì)周圍建筑物及地下管線布置的產(chǎn)生一定影響，要求邊樁的中心離建筑物的間距要大。對(duì)施工場(chǎng)地的耐力要求高，濕軟土地基施工會(huì)產(chǎn)生塌陷。

三、PHC單樁承載力確定的主要方法

對(duì)于地質(zhì)條件、水文條件比較復(fù)雜的地區(qū)，以及一級(jí)建筑物或者還沒(méi)有應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，應(yīng)當(dāng)先采取試樁實(shí)驗(yàn)，并且進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的靜載，實(shí)驗(yàn)以確定單樁承載力的標(biāo)準(zhǔn)值。在了解現(xiàn)場(chǎng)的工程情況后獲得實(shí)用的最后貫入度控制值。現(xiàn)行的規(guī)范中，對(duì)于PHC管樁并沒(méi)有明確的計(jì)算公式或者參數(shù)要求來(lái)確定單樁的豎向承載力，所以對(duì)于在實(shí)際工程中的PHC管樁計(jì)算可以參考借用鋼管樁的經(jīng)驗(yàn)公式。并且綜合該經(jīng)驗(yàn)公式的基礎(chǔ)上采用適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)計(jì)算極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。還有一種方法即采用高應(yīng)變動(dòng)力試樁的方法，它能夠通過(guò)有效的統(tǒng)計(jì)和分析來(lái)計(jì)算出預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在錘擊打入過(guò)程中樁錘的最大沖擊力以及樁頭位移與承載力之間的有效關(guān)系，并且通過(guò)估算，可以得出該樁的豎向承載力是否滿足工程需要。而在正常施工過(guò)程中，往往需要考慮時(shí)間效應(yīng)來(lái)確定單樁承載力，PHC管樁在打入軟土地基中時(shí)，周圍土體的強(qiáng)度會(huì)受到損傷，因此樁的承載能力也會(huì)減小，而隨著時(shí)間的推移并且軟土的固結(jié)，樁周的承載力逐漸增強(qiáng)，計(jì)算公式及其參數(shù)的確定參照規(guī)范要求。

四、對(duì)于施工壓樁技術(shù)的簡(jiǎn)述

施工前首先要保持場(chǎng)地平整清潔，坡度不大于1%，場(chǎng)內(nèi)排水順暢，地質(zhì)情況滿足規(guī)范要求，地面的基本承載力要滿足壓樁，為了控制樁身垂直度，夾角機(jī)具選擇長(zhǎng)度選用較長(zhǎng)值。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行實(shí)地測(cè)設(shè)放線工作時(shí)可采用直角坐標(biāo)法，樁位的軸線結(jié)合平面圖進(jìn)逐樁綜合布置，在樁基周圍布置至少3個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)樁入土深度情況，待樁基軸線的測(cè)定完成后，相關(guān)人員進(jìn)行復(fù)核檢測(cè)，達(dá)到規(guī)范要求后方可進(jìn)行壓樁。

在壓樁時(shí)，首先要確定工序的銜接問(wèn)題，避免打樁機(jī)多次往返，盡量做到先深后淺，先密后疏，最大限度地保證工程經(jīng)濟(jì)性合理。在壓樁過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)放線實(shí)際情況選出控制點(diǎn)，然后根據(jù)控制點(diǎn)以此引出軸線的位置并且選擇好固定的位置進(jìn)行固定，每根樁都應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況用鋼筋固定好樁位，樁位之間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)軸線定位選擇機(jī)具行進(jìn)順序，測(cè)量人員在壓樁的施工進(jìn)程中應(yīng)當(dāng)持續(xù)檢測(cè)復(fù)核，避免施工誤差的出現(xiàn)導(dǎo)致樁體歪斜以及入土深度不到位。在壓樁機(jī)到達(dá)合適位置后對(duì)其進(jìn)行整平安裝，保證壓樁機(jī)夾持鉗口的中心和樁體中心在同一水平線上不會(huì)傾斜和移動(dòng)。為了能讓樁體在起吊的時(shí)候能夠不偏斜，并且豎直進(jìn)入夾樁鉗口，選用雙千斤方法起吊。在樁體進(jìn)入夾樁鉗口后進(jìn)行微調(diào)并對(duì)中調(diào)整，緩慢將樁體的尖部壓入土中約1m，然后進(jìn)行復(fù)核樁體垂直情況，確保誤差小于0.5%。然后進(jìn)行靜壓沉樁，每一節(jié)的入土深度大約在1.5m左右，具體的操作工序?yàn)閴簶稒C(jī)夾具放松，上升后加緊，再壓的往復(fù)工作。各層樁位之間如果需要接樁的化，通常會(huì)選用焊接的方式，保持下屆樁頭處的導(dǎo)向箍筋到位，接樁的過(guò)程中需要復(fù)核其上下樁體是否數(shù)值，偏差保持在兩毫米以內(nèi)，接樁焊接固定過(guò)程中在樁體對(duì)稱進(jìn)行，在上下節(jié)樁體固定后應(yīng)當(dāng)拆掉導(dǎo)向箍筋，然后進(jìn)行分層焊接，保證焊接層數(shù)在兩層藝術(shù)，焊縫連續(xù)無(wú)空腔，保證其焊接強(qiáng)度，等到焊接完畢自然冷卻后一段時(shí)間再進(jìn)行錘擊，冷卻實(shí)際盡量在10分鐘以上，保證接樁的質(zhì)量達(dá)到規(guī)范要求。

五、施工中要點(diǎn)及難點(diǎn)的分析概述

在施工過(guò)程中，有可能會(huì)遇到相鄰樁體的橫向位移，這是由于樁入土后，遇到較大的堅(jiān)硬障礙，把樁尖擠向一側(cè)。這種情況下，為了有效地減少樁頂?shù)奈灰?，在施工前?yīng)當(dāng)最樁位下做清障處理，對(duì)與樁身玩去超過(guò)規(guī)定值千分之樁長(zhǎng)的情況下或者樁尖不能樁中心軸線上應(yīng)當(dāng)及時(shí)糾正，避免后期產(chǎn)生其他問(wèn)題。還有可能會(huì)產(chǎn)生地面的隆起或者樁體浮起的施工問(wèn)題，而這兩種種情況產(chǎn)生的主要原因主要有兩個(gè)：在樁體沉入過(guò)程中，由于土在瞬間擠壓力作用下是不可壓縮的，會(huì)導(dǎo)致的樁周土體產(chǎn)生的一定的擠壓應(yīng)力，這種擠壓應(yīng)力引起周圍土體中孔隙水壓力的提高，并產(chǎn)生樁周土體相應(yīng)的剪切形變，也叫作擠土效應(yīng)。另一個(gè)重要的原因就是壓樁的順序不合理，導(dǎo)致周圍土體應(yīng)力分布情況不均，正確的沉樁順序應(yīng)當(dāng)由內(nèi)向外，由深到淺進(jìn)行。這種問(wèn)題在實(shí)際的施工過(guò)程中很常見(jiàn)，基于這種情況，應(yīng)當(dāng)采取的相應(yīng)對(duì)策主要也是改進(jìn)壓樁的施工方法并進(jìn)行合理的施工過(guò)程監(jiān)測(cè)。在此僅簡(jiǎn)述一種施工方法，即進(jìn)行預(yù)鉆孔取土再進(jìn)行打樁，就是隔一個(gè)樁鉆一個(gè)孔，將鉆孔與PHC管樁施工交替進(jìn)行，按照由外到內(nèi)的方法，逐一壓完一排取土樁，再壓不取土樁，在場(chǎng)地中央的樁進(jìn)行壓樁后再進(jìn)行對(duì)周邊樁的壓樁。同時(shí)應(yīng)當(dāng)合理進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)避免出現(xiàn)地基深層的土體變形而導(dǎo)致淺層軟土地基的側(cè)向位移或者隆起，減少對(duì)周邊建筑物的損壞。

另一種主要的難點(diǎn)在于，由于實(shí)際的地質(zhì)情況問(wèn)題，會(huì)產(chǎn)生密度相差較大的夾層出現(xiàn)，這種夾層的穩(wěn)定性不足以滿足作為地基的承載力要求，不能夠作為樁基的持力層，所以在這種地質(zhì)情況下要穿越過(guò)這一地質(zhì)情況較差的底層，讓樁端進(jìn)入下面較為穩(wěn)定的持力層中。但是實(shí)際的工程中，可能會(huì)出現(xiàn)較為復(fù)雜的情況，當(dāng)夾層的密實(shí)程度較高且厚度較大，采用靜壓法施工時(shí)樁體往往會(huì)在穿越過(guò)程中受阻。如果樁尖不能夠穿透該夾層到達(dá)穩(wěn)定持力層，會(huì)產(chǎn)生極大的安全隱患。因此應(yīng)當(dāng)采用鉆孔設(shè)備預(yù)先引孔，也就是說(shuō)用鉆孔設(shè)備先對(duì)樁位的預(yù)穿透位置鉆一個(gè)能夠穿透過(guò)夾層的孔，然后再進(jìn)行靜壓樁體。這一過(guò)程中需要準(zhǔn)備及掌握的問(wèn)題主要有兩個(gè)，一個(gè)是對(duì)于鉆孔所鉆取的孔徑大小的選取，一般而言，如果樁體直徑在4m～5m之間，則應(yīng)當(dāng)用鉆孔設(shè)備鉆取小于該直徑1m～1.5m之間的鉆孔。如果鉆孔太小，就不能產(chǎn)生足夠的側(cè)向剪切強(qiáng)度起到讓樁身破壞夾層的能力，導(dǎo)致樁體不能夠進(jìn)入下持力層，無(wú)法實(shí)現(xiàn)引孔的作用。而如果鉆孔的孔徑過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致樁身周圍產(chǎn)生摩擦力造成損傷，影響樁整體的承載能力。二是對(duì)沉入持力層深度的把握，應(yīng)當(dāng)盡量控制在樁尖進(jìn)入持力層1m左右，太深會(huì)影響持力層的強(qiáng)度，減弱承載力，太淺則不能夠達(dá)到承載力的要求。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的分析，為了進(jìn)一步提高PHC在實(shí)際工程中的應(yīng)用并改進(jìn)施工質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)在工程實(shí)際情況中注意幾個(gè)問(wèn)題，為了避免造成人力資源和工程資源的浪費(fèi)，應(yīng)當(dāng)做好施工前的檢測(cè)形成報(bào)告，減少樁不到位的情況。

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