預應力混凝土管樁的應用與發展前景探析

杜樂

摘 要 通過對預應力混凝土管樁性能的基本分析，闡述優點及應用中的不足，為研究其進一步發展奠定基礎。

關鍵詞 預應力混凝土管樁；影響因素；應用分析

20世紀60年代，管樁的生產均由生產廠家自行研發制造，鋼筋骨架采用手工綁扎，技術落后精度較差；九十年代后期，引進了日本的全套生產設備和生產技術，開始生產預應力混凝土管樁；近十年來，隨著我國科技進步，產業革新，先后出版了《先張法預應力混凝土管樁》（GB13476-2009）[1]和《預應力混凝土管樁》國家建筑標準設計圖集（10G409）[2]等一系列國家建筑規范及標準，同時自主研發制造了多種預應力混凝土管樁，不僅滿足我國使用需求，還出口東南亞多個國家。廣大工程技術人員應該從中找出缺陷和不足，進一步提高預應力混凝土管樁的工程質量和經濟效益。

1 概述

1.1 概念及分類

預應力混凝土管樁是采用離心和預應力工藝成型的環形截面混凝土樁，簡稱管樁。成樁工藝分為先張法和后張法兩種，其中，高強混凝土管樁為樁身混凝土強度等級為C80及以上的管樁，即PHC管樁；混凝土管樁為樁身混凝土強度等級為C60的管樁，即PC管樁；混合配筋管樁為主筋配筋形式是預應力鋼筋和普通鋼筋組合布置的高強混凝土管樁，即PRC管樁。

1.2 應用范圍

預應力混凝土管樁廣泛應用于工業與民用建筑、鐵路、公路、橋梁、港口、碼頭、市政及大型設備基礎工程，適用于地層為軟土、粉土、粉砂、細沙、中砂、黏性土及人工填土覆蓋的地區，持力層一般為圓礫、粗砂、風化巖等土層。

但是也有一些地質條件不適合管樁，例如：從軟弱地層突變到硬質基巖、含有障礙物較多的或堅硬夾層的地層以及基巖上無石灰巖這類并不適合做管樁持力層的地區。

2 預應力混凝土管樁特點

2.1 優點

預應力混凝土管樁為工廠化生產成樁，質量高可控性強，并且種類豐富規格多樣，可以滿足各種需求；同時運輸吊裝方便施工快速高效，較其他施工方案噪音更小更安靜；由于其缺陷肉眼可見，便于質量檢查檢驗；單樁承載力較高，對于同等承載力其造價低于灌注樁。

2.2 缺點

預應力混凝土管樁由于工廠化生產，并受吊裝、運輸等條件限制，單節預制樁長較短，長樁需要拼接，接頭處較薄弱制約其承載能力，并且由于環形樁身截面面積較小抗剪抗彎性能也較差；另外，預制樁沉降量較明顯，大于同類型灌注樁，樁長越小差異越大；其本身屬擠土樁，沉樁時樁周土體被擠密，造成周圍土體隆起，導致周圍已擠入樁體發生上浮、位置偏移、傾斜、翹曲、折斷等破壞，也容易對相鄰建筑物、道路、管線產生影響；8度Ⅲ、Ⅳ類場地慎用。

3 工程問題及處理措施

3.1 抗震性能及破壞形式

由于地基土的性質復雜多樣，土層分布千差萬別，包括液化土、新填土、軟弱粘性土及不均勻土對管樁產生的影響各不相同，使得在地震作用下震害的表現形式也各不相同，粗略可歸為以下三類：

（1）樁基震害

當地震導致場地土液化并產生側向擴展時，樁基不僅承擔上部結構質量的豎向承載力，還要更大程度的承擔液化土層的側向推力和慣性力，強大的水平推力導致樁頂與承臺連接處以及液化土與非液化土層交界面的應力高度集中，發生樁頂與承臺處或樁身發生明顯錯位斷裂，在坡地處的樁基極易發生整體失穩，震害特別嚴重。

（2）樁頂破壞

在水平地震力作用下，樁頂承受軸力、固端彎矩和水平剪力共同作用，應力集中產生塑性鉸，對于重心高、荷載大、埋深淺的基礎，首先發生樁頂破壞，導致樁頂混凝土壓碎、鋼筋屈曲、拉脫、剪損等剪壓破壞。

（3）樁頂、樁身破壞

當場地土液化但無側向擴展時，由于側向約束減弱，主要依靠樁身抵抗地震力，樁身承擔更大的彎矩和剪力共同作用導致樁頭壓碎、樁身縱筋壓曲。

經驗表明PRC管樁較PC及PHC管樁相比，抗彎性能和抗裂性能更高。在抵抗地震作用時更可靠。

3.2 施工問題及處理方法

（1）沉樁問題

在施工過程中，如果沉樁速率過快，將導致超孔壓高產生嚴重的擠土效應，發生樁土上涌、樁體傾斜移位等嚴重的事故。此時應嚴格按照規范施工，控制沉樁速度，保證施工質量

（2）支護不當

基坑開挖后，支護不當或者將挖出的土方直接堆在管樁周圍，以及不均勻開挖均會導致已施工完畢的管樁發生移位、斷裂。此時應該及時將挖出的土方外運，避免堆載，深基坑做好支護。

3.3 環境因素

由于在環境中容易受到各種侵蝕，例如離子腐蝕、碳化作用、凍融破壞、侵蝕性介質破壞等，從而引起混凝土開裂、剝落、鋼筋銹蝕，鋼筋和混凝土黏結力遭到破壞，結構強度降低，最終導致結構耐久性降低。此時應在管樁外表面涂刷或者噴射混凝土保護劑或者在制作時添加高性能耐腐蝕的混凝土外加劑，增強其抵御外部環境因素侵蝕的能力。

4 發展前景

工廠化規模化生產使生產成本大大降低，同時成品管樁也能嚴格控制出廠質量，一般現澆混凝土養護齡期為28天，使用預制管樁僅需1～2d即可實施下一步工序，極大地縮減了工期；另外一方面，環境保護對治污減霾的要求日益嚴格，綠色建筑更加符合現代社會的需求，傳統常用的地基處理方案如：灰土擠密樁、水泥土攪拌樁、旋噴樁、水泥粉煤灰碎石樁等復合地基處理方法，施工時易揚塵、產生噪音，對環境影響較大，但選擇預應力混凝土管樁，采用靜壓沉樁施工工藝可以有效地解決這些問題。

隨著我國基礎建設的蓬勃發展，預應力混凝土管樁工程的應用也更加多元化，設計思想、方法也有較大革新，工程設計人員應該結合實際工程及時總結經驗教訓，在不久的將來創造出施工更加迅速，質量更加過硬，安全有效并且環保的新型預應力混凝土樁型。

5 結束語

預應力混凝土管樁在我國發展的時間較短，雖然才處于起步階段，但以其良好的經濟效益、施工速度快工期短、工程造價低、綠色環保噪音污染小等優點廣泛應用于各類基礎建設中，但目前結構設計僅僅滿足其承載力要求，對其水平抗側力、耐久性、截面特性、接頭性能及環境保護的研究還遠遠不夠，本文從多方位的角度出發，分析面臨的問題提出解決方案，為進一步的研究奠定了堅實的理論基礎。

參考文獻

[1] GB13476-2009.先張法預應力混凝土管樁[S].北京：中國標準出版社，2009.

[2] 10G409.預應力混凝土管樁[S].北京：中國建筑標準設計研究院，2010.