設(shè)計(jì)試樁階段預(yù)應(yīng)力管樁的設(shè)計(jì)及施工

周占山

摘 要：本設(shè)計(jì)試樁階段預(yù)應(yīng)力管樁的設(shè)計(jì)及施工針對(duì)極為特殊的試樁目的，即在選定樁型未選定樁長(zhǎng)及單樁豎向承載力特征值的情況下，通過(guò)試樁得到此樁型在該施工地層的承載力極限值。設(shè)計(jì)試樁階段由于前期地勘資料的匱乏導(dǎo)致樁施工參數(shù)不完整，施工前需要進(jìn)行對(duì)比分析和計(jì)算。通過(guò)對(duì)這一階段特點(diǎn)的分析，形成一套完整的施工解決方案，使試樁能夠較為準(zhǔn)確地順利進(jìn)行，并為類似試樁提供工程施工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)試樁 預(yù)應(yīng)力管樁 單樁豎向極限承載力

中圖分類號(hào)：TU47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）08（b）-0073-04

由于設(shè)計(jì)試樁階段的目的性多樣，不確定因素較多，可能會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力管樁樁長(zhǎng)的不確定，又由于預(yù)應(yīng)力管樁需要較長(zhǎng)的預(yù)制周期，若應(yīng)對(duì)措施不完善將在很大程度上影響工期，并增加相應(yīng)成本費(fèi)用。通過(guò)分析設(shè)計(jì)試樁階段的特點(diǎn)，掌握在選定樁型未選定樁長(zhǎng)及單樁豎向承載力特征值的情況下的試樁目的，梳理關(guān)鍵工作內(nèi)容、分析關(guān)鍵未知因素，以確定合理的預(yù)制管樁參數(shù)，提交完整的試樁報(bào)告。

1 設(shè)計(jì)試樁階段特點(diǎn)

1.1 目的

根據(jù)前期掌握的資料詳盡程度不同，其目的有所不同，一般會(huì)有以下四種情況。

（1）選定樁型、樁長(zhǎng)及單樁豎向承載力特征值的情況下，試樁目的有兩個(gè)：一是進(jìn)一步確定所選樁型的施工可行性，避免樁機(jī)全面進(jìn)場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)該樁型不適合本場(chǎng)地施工或發(fā)現(xiàn)樁承載力遠(yuǎn)小于地質(zhì)報(bào)告提供的計(jì)算值，此時(shí)再改樁型就會(huì)拖工期且增加費(fèi)用。二是根據(jù)單樁豎向靜載荷試驗(yàn)確定單樁豎向承載力特征值。由于地質(zhì)報(bào)告提供的數(shù)值往往偏于保守，所以可以根據(jù)靜載報(bào)告提高樁承載力，減少樁數(shù)。

（2）選定樁型、樁長(zhǎng)，未選定單樁豎向承載力特征值的情況下，試樁目的為測(cè)試此樁型在給定樁長(zhǎng)的情況下在該施工地層的承載力極限值。

（3）選定樁型及單樁豎向承載力特征值，未選定樁長(zhǎng)的情況下，試樁目的為測(cè)試此樁型在該地層達(dá)到設(shè)計(jì)承載力應(yīng)具備的樁長(zhǎng)。

（4）選定樁型未選定樁長(zhǎng)及單樁豎向承載力特征值的情況下，試樁目的是通過(guò)試樁得到此樁型在該施工地層的承載力極限值。

第四種情況極為特殊，因?yàn)橥ㄟ^(guò)預(yù)應(yīng)力管樁的承載力計(jì)算公式可知，當(dāng)存在3個(gè)未知數(shù)的情況下，整個(gè)施工變?yōu)榧冊(cè)囼?yàn)性研究，不確定因素過(guò)多導(dǎo)致施工方案不唯一，施工物資數(shù)量需邊施工邊確定，施工周期將無(wú)限延長(zhǎng)，可操作性極差，應(yīng)盡可能避免。

1.2 特點(diǎn)

1.2.1 地勘報(bào)告

本階段能夠使用的地勘數(shù)據(jù)多為初步勘察數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)精度較低，且尚不能準(zhǔn)確描述場(chǎng)地地層變化情況，因此依據(jù)初步勘察數(shù)據(jù)計(jì)算的單樁承載力與實(shí)際承載力偏差很大，又由于其尚不能夠準(zhǔn)確揭露場(chǎng)地地層變化情況，因此工程樁設(shè)計(jì)尚不能夠進(jìn)行。

1.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

由于初勘尚不能夠準(zhǔn)確揭露場(chǎng)地地層變化情況，工程樁設(shè)計(jì)尚不能夠進(jìn)行。因此本階段能夠得到的設(shè)計(jì)參數(shù)僅為樁型、樁徑、入持力層深度（估值，要達(dá)到理想承載力該數(shù)值會(huì)與給定值出入較大，因此更希望用最終沉降量來(lái)代替）等，而其他重要施工參數(shù)如：承載力設(shè)計(jì)值、樁長(zhǎng)等尚無(wú)法獲得。

1.2.3 樁位布置

本階段樁無(wú)具體位置要求，但因其試驗(yàn)性特點(diǎn)，所以不能夠代替工程樁，因此不能施工于建筑地基范圍內(nèi)。一般情況下試驗(yàn)樁周圍均應(yīng)布置4根與其參數(shù)相同的4根輔助樁，作為試壓階段載荷平臺(tái)支撐受力點(diǎn)，因此其間距與堆載量有關(guān)，需要與檢測(cè)單位共同協(xié)商確定。

1.2.4 試驗(yàn)方法

與工程樁檢測(cè)不同，通常情況下，試樁測(cè)試極限承載力數(shù)值而不是檢測(cè)是否設(shè)計(jì)承載力標(biāo)準(zhǔn)值，因此采用的試驗(yàn)方法為破壞性試驗(yàn)——樁體破壞或沉淀超過(guò)規(guī)范允許值。

1.2.5 質(zhì)量控制

為給設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確試驗(yàn)數(shù)據(jù)，施工質(zhì)量必須嚴(yán)格控制，以剔除因施工質(zhì)量原因造成的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的影響。因此每根主樁施工時(shí)必須有管理人員旁站，做好施工記錄，對(duì)每根樁的關(guān)鍵環(huán)節(jié)必須進(jìn)行檢查驗(yàn)收，填寫驗(yàn)收結(jié)論，對(duì)于不合格復(fù)查驗(yàn)收的項(xiàng)目記錄必須完整。此外，成樁記錄必須如實(shí)、詳盡，施工遇到的特殊情況及處理方法必須翔實(shí)記錄。

2 工作流程

通過(guò)上述特點(diǎn)分析，設(shè)計(jì)試樁階段的工作任務(wù)及不確定因素明顯多于工程樁施工階段，因此必須制定一個(gè)完整的工作流程，用以保證施工的順利進(jìn)行。

資料收集→地勘資料分析→估算管樁承載力→樁位布置→預(yù)制樁訂貨→預(yù)制樁施工→預(yù)制樁檢測(cè)→整理試樁報(bào)告→移交。

3 實(shí)施要點(diǎn)

3.1 資料收集

本階段應(yīng)盡可能多地收集與樁施工相關(guān)的支持性資料，包括《工程初步設(shè)計(jì)》《地質(zhì)勘查報(bào)告》（初勘、詳勘）、《設(shè)計(jì)參數(shù)要求》、本地區(qū)管樁應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)（論文或調(diào)研報(bào)告），初步分析支持性文件及參考性文件，制定設(shè)計(jì)階段試樁的總體思路。特別是《設(shè)計(jì)參數(shù)要求》，一定要避免第四種目的情況的發(fā)生。能否提供承載力指標(biāo)對(duì)下步工作影響很大。通常情況下，在建（構(gòu)）筑物用途確定后，其總體荷載已明確，基礎(chǔ)形式明朗，完全能夠提供承載力指標(biāo)。但有一種情況例外：本地區(qū)尚無(wú)樁基設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，具體哪種樁更適用本場(chǎng)地條件尚不可知。此時(shí)建議在詳勘完成后再進(jìn)行試樁工作。

3.2 資料分析

（1）對(duì)《工程初步設(shè)計(jì)》進(jìn)行了解，確定建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)埋深范圍，以可能最大埋深量（h0）作為下步確定管樁持力層的依據(jù)。

（2）確認(rèn)能夠作為建（構(gòu)筑）筑物樁基持力層力的地層。通過(guò)排除法逐步確定，持力層埋深范圍為h0至h0向下28m范圍，且必須滿足兩個(gè)條件：一是層必須具有均勻性、普遍性。其樁下厚度應(yīng)大于3倍樁徑，且其下不得存在軟弱層、洞穴。二是按最深樁底標(biāo)高（本層底標(biāo)高減3倍樁徑）計(jì)算的單樁承載力極限值應(yīng)大于1200kN，否則選擇本層以下層作為持力層。endprint

（3）當(dāng)本場(chǎng)地普遍存在厚度不小于5m的深埋砂層時(shí)，可先將此層定義為樁端持力層進(jìn)行承載力驗(yàn)算，樁進(jìn)入持力層深度按1.5m計(jì)算。如單樁承載力極限值不能滿足1 200kN時(shí)，管樁在本場(chǎng)地地層不適用（無(wú)法穿透本厚度砂層），請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)更換樁型。當(dāng)砂層厚度不小于5m，埋深不小于3m，且為中密以上特性時(shí)，管樁在本場(chǎng)地不適用。當(dāng)砂層埋深小于4m時(shí)直接作為穿透層，繼續(xù)向下尋找可作為持力層的地層。

（4）確定持力層后，確定管樁穿透層各層最大厚度，以及各層對(duì)應(yīng)的力學(xué)指標(biāo)形成如表1所示土層參數(shù)表。

表中Δh2=h2-δ，δ=h0-h1，當(dāng)δ<0時(shí)取0。當(dāng)h1-h0<0時(shí)取0。hl為管樁進(jìn)入持力層深度。樁與各土層位置尺寸見(jiàn)圖1。

3.3 估算管樁承載力

無(wú)論設(shè)計(jì)參數(shù)是否已經(jīng)給定承載力特征值，均需要對(duì)單樁承載力進(jìn)行測(cè)算，以驗(yàn)證其符合程度，測(cè)算地層依據(jù)使用樁位臨近勘察點(diǎn)地層剖面。承載力驗(yàn)算有以下幾種情況。

（1）給定樁長(zhǎng)（給定進(jìn)入持力層深度歸為此類）驗(yàn)算承載力。按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）5.3.3-1極限承載力計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，承載力不足時(shí)增加樁長(zhǎng)反復(fù)試算，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求承載力為止。

（2）已知承載力反算樁長(zhǎng)。需多次假定樁長(zhǎng)按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）5.3.3-1極限承載力計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算并對(duì)比數(shù)據(jù)，直至得到滿足承載力的樁長(zhǎng)，且承載力富裕系數(shù)控制在1.1以內(nèi)，以求經(jīng)濟(jì)合理。

（3）樁長(zhǎng)、承載力均未知時(shí)估算樁長(zhǎng)及承載力。

施工樁長(zhǎng)（h施）按下式計(jì)算：

h施=Δh2+Σhi+Δh+hl

hi為從基礎(chǔ)埋深以下至管樁持力層以上各整層厚度；Δh為施工保護(hù)樁長(zhǎng)。

結(jié)合施工極限樁長(zhǎng)進(jìn)行修正，取兩者較小作為計(jì)算樁長(zhǎng)，代入《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）5.3.3-1極限承載力計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。也可按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：；；；；。

單樁承載力特征值按計(jì)算承載力的1/2取整選取。該數(shù)值是施工靜壓荷載以及檢測(cè)荷載的重要依據(jù)，應(yīng)力求準(zhǔn)確。最終計(jì)算結(jié)果作為試樁重要參數(shù)要經(jīng)設(shè)計(jì)及監(jiān)理單位確認(rèn)，且要將數(shù)據(jù)通知檢測(cè)單位，以確定輔樁位置。

3.4 樁位布置

樁位布置優(yōu)先于估算管樁承載力，其原因在于試樁階段對(duì)地層情況的了解程度的局限性，因初步勘察的揭露程度較低，地層變化沒(méi)有被全數(shù)表達(dá)，因此對(duì)樁所在地層情況的了解程度決定了估算其承載力的準(zhǔn)確度。所以樁位選擇因盡可能靠近勘察孔，以將地層變化的影響度降至最低。此外，樁位不得布置在建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)范圍內(nèi)。作為試驗(yàn)支撐受力點(diǎn)的輔助樁不建議共用，因此布置時(shí)應(yīng)考慮2組輔助樁的位置，在場(chǎng)地受限情況下可考慮2組樁錯(cuò)開(kāi)1/2輔助間距，距離控制在2倍樁徑左右。以勘察點(diǎn)為中心擴(kuò)散布樁是比較理想的方案。

3.5 預(yù)制樁訂貨

預(yù)制樁訂貨數(shù)量可根據(jù)承載力估算值計(jì)算，但必須增加合理的儲(chǔ)備。預(yù)應(yīng)力管樁為預(yù)制樁，需要一定的加工周期，如未充分認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)試樁階段的特點(diǎn)，將導(dǎo)致訂貨不足，造成工期延誤。某些情況下設(shè)計(jì)層面希望在設(shè)計(jì)試樁階段得到單樁極限承載力，因此根據(jù)地層的不同變化揭露程度，設(shè)計(jì)希望通過(guò)樁體最終沉降量控制樁體進(jìn)入土層的深度。這一希望將帶來(lái)樁長(zhǎng)的不可預(yù)見(jiàn)性，因此訂貨時(shí)除需考慮正常損耗率外，還應(yīng)考慮地層的不確定性帶來(lái)的樁長(zhǎng)的增加。按10%左右考慮儲(chǔ)備量最為穩(wěn)妥。

3.6 預(yù)制樁施工

（1）做好預(yù)制樁的成品保護(hù)。對(duì)預(yù)制樁的裝卸及堆放高度應(yīng)有明確的要求。此外，對(duì)預(yù)制管樁的吊點(diǎn)進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)，防止吊裝過(guò)程的變形及損壞。

（2）預(yù)壓荷載選擇估算單樁承載力特征值的2～3倍，以達(dá)到得到極限承載力的目的。

（3）著重控制樁身垂直度，接樁焊接質(zhì)量，整個(gè)過(guò)程做好成樁記錄。通過(guò)2臺(tái)經(jīng)緯儀隨時(shí)監(jiān)控樁身垂直度，2臺(tái)經(jīng)緯儀間夾角90°。通過(guò)焊工考核、班前焊接檢查，過(guò)程監(jiān)督，施焊完畢后驗(yàn)收等措施保證焊縫飽滿、強(qiáng)度滿足要求。

（4）以最終沉降量控制沉樁終止點(diǎn)。即當(dāng)管樁按估算樁長(zhǎng)沉樁完成后，以施工荷載靜壓（錘擊法施工時(shí)以最終三擊貫入度為指標(biāo)）1 h后，最終沉降量小于40 mm時(shí)施工停止，此時(shí)記錄好樁長(zhǎng)。

（5）按圖集做法進(jìn)行封樁。抗壓樁封樁長(zhǎng)度為1 m，抗拔樁封樁長(zhǎng)度為3 m。封樁底模使用4 mm厚鐵板（直徑小于管樁直徑3 mm）制作吊模，吊筋采用2根8 mm鋼筋制作，鋼筋末端做135°彎勾，掛于管樁側(cè)壁。

3.7 預(yù)制樁檢測(cè)

成樁28天后進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。檢測(cè)載荷選擇2倍估算單樁承載力特征值并按此荷載確定堆載平臺(tái)尺寸，同時(shí)告知施工單位，以便其布置輔樁位置。以破壞性試驗(yàn)方法為檢測(cè)方法，以單樁極限承載力為檢測(cè)結(jié)果出具最終檢測(cè)報(bào)告。

3.8 試樁報(bào)告

整理全過(guò)程資料，包括地勘資料整理、設(shè)計(jì)指標(biāo)、施工過(guò)程描述、檢測(cè)數(shù)據(jù)、結(jié)論等內(nèi)容。試樁報(bào)告由地勘、設(shè)計(jì)、檢測(cè)單位提供支持，施工單位編寫，并經(jīng)最終審核批準(zhǔn)后移交設(shè)計(jì)單位及建設(shè)單位。

4 結(jié)論

（1）在地質(zhì)資料不足的情況下通過(guò)地層厚度分析初步估算樁長(zhǎng)，可用于指導(dǎo)管樁預(yù)制訂貨量，且有足夠的儲(chǔ)備。

（2）通過(guò)結(jié)合工程樁施工的地層狀態(tài)，分析適合作為持力層的土層，確定合理調(diào)整系數(shù)解決地層厚度的變化性帶來(lái)的估算影響，可使承載力處于一個(gè)妥當(dāng)?shù)臄?shù)值。

（3）通過(guò)對(duì)勘察孔的代表范圍的估計(jì)控制樁位布置，并結(jié)合勘察結(jié)果進(jìn)行二次驗(yàn)算，可得到較為準(zhǔn)確的單樁承載力數(shù)值。

（4）通過(guò)對(duì)施工過(guò)程的嚴(yán)格質(zhì)量控制，盡可能避免施工質(zhì)量對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的影響，以求為設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的參考數(shù)值。這一過(guò)程是施工中的重中之重。

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