淺談預應力樁基設計與施工

鄧絢麗

摘要：本文以預應力樁基設計為主，結合工程施工的實際情況討論其設計基本原則，從所做項目延伸開來看預應力砼管樁在江浙滬以及廣東省基礎設計的不同要求比對，從施工和采購以及經濟性方面分析比對，為預應力砼管樁的設計施工提供參考。

關鍵詞：預應力砼管樁;預應力砼方樁;錘擊;靜壓

隨著經濟的快速發展，預應力管樁和預應力方樁在工程應用中越來越廣泛，常用的沉樁方式可采用靜壓法或錘擊法。靜壓法有加載反力讀數系統，施工時能記錄瞬時加載值，無振動噪聲問題，但設備笨重，堆載對施工場地承載力要求高且搬運難度大;錘擊法沉樁設備簡單、穿透力強，由于噪聲大、振感強烈，在城市或一些特殊區域的使用受到了越來越嚴格的限制。

一.預應力樁的優點：1）樁身質量有保證。預應力樁都是專業廠家在流水線上生產，質量相對現場澆筑的灌注樁能得到很好的保證;2）應用范圍廣，抗震設防烈度為6、7度和場地土類別為Ⅰ、Ⅱ類的8度地區均可以使用，樁端持力層可選擇強風化巖、全風化巖、堅硬粘性土、密實砂土等;3）預應力樁常用的砼等級為C60或C80，砼強度高，內配預應力筋，抗彎、抗拉性能好，耐久性好。4）施工速度快，工期短，整個項目資金回籠快。5）工地環境相對灌注樁來說更整潔，環保。

二.預應力樁的局限性：1）孤石和障礙物多的地基慎用;2）石灰巖（巖溶）地區慎用;3）強風化巖層很薄，只有幾十厘米的，又是‘上軟下硬，軟硬突變的土層慎用。這種情況由于沒有緩沖層，預應力樁施工時的破損率很高。4）預應力樁不可能打入中風化巖和微風化巖層。5）地基土具有中腐蝕和強腐蝕性時慎用。

三.預應力樁設計中應注意的問題：1）預應力樁的生產廠家最小的一節樁長為5或6米，按1米遞增，最長，13、14 或15米，不同樁型不同地區的數值略有差別，如果每節樁長需要取到上限或下限時，需留意當地圖集的不同數據。但所有地區如非定制，廠家每截樁長都是整數米，不可能出現0.2、0.5、0.8等等之類的數據。2）預應力樁的接頭以避免設置在淤泥質土或軟土層中，接頭個數不宜大于3個，所以在設計樁長時宜盡量選擇較長米數的樁進行拼接，避免接頭人為增加。3）預應力樁設計時應明確樁頂灌芯砼長度，一般承壓樁，灌芯長度不小于1米或1.5米，抗拔樁的灌芯長度不小于3米還需根據計算確定。4）預應力樁抵抗水平力的能力很弱。2009年上海閔行曾經發生的蓮花河畔景苑小區的工程事故中，現場照片顯示;13層的樓房在倒塌中并未完全粉碎，但原本應深入地下的數十根預應力管樁卻被整齊地折斷裸露在外，管樁的水平抵抗力之弱由此可見一斑。江蘇省在此后要求抗拔樁要求采用專門的抱箍式先張法預應力砼抗拔管樁，不能用普通的預應力管樁直接抗拔。其余地區雖沒有明確提出限制使用，設計師需慎用，審圖也基本都會要求提供樁基水平力的計算書。5）采用預應力樁做抗拔樁時，接頭要求與抗壓樁不同，應在樁基設計說明中明確，抗拔樁的抗拔鋼筋應根據各地圖集單獨驗算給出。6）常規管樁的穿透力優于方樁，但在單樁承載力不高時，方樁的側摩阻力更大，相對管樁更經濟。在江浙滬的多層或小高層（小于等于12層）的建筑中應用廣泛。管樁在大于12層100米以下的高層中，因為實際施工中爆樁率相對方樁較低，應用較多。7）當業主對沉降有更高要求，預應力樁比灌注樁、CFG樁在控制沉降方面優勢明顯。實際工程反饋的預應力樁的沉降值遠小于計算的理論值。8）預應力樁的樁徑比不宜大于80～100.江蘇省對于高度大于60米的建筑物，樁徑宜不小于600mm.9）預應力樁設計時，圖集中的樁身豎向承載力設計值一般為設計的單樁承載力特征值的1.35倍，特征值的兩倍為極限值。設計時，尤其是設計嵌巖樁時，單樁承載力往往是由樁身強度控制，而非土的側摩阻力或巖石的端承力控制。10）樁尖的選擇。常用的樁尖有十字型、錐形、開口型。前兩種屬于封口型，穿越砂層時比較好;開口型樁尖一般用在用在入土深度40米以上直徑大于等于550的工程中，成樁后下部約有1/3～1/2的樁長內腔被土體塞住，不會降低單樁承載力，擠土效應會大大減少。十字型樁尖加工簡單，造價便宜，破巖能力強，廣東約90%以上的管樁用的是十字型樁尖;江浙滬地區樁尖的效果不明顯，很多時候不采用樁尖。

四.預應力樁施工中常見問題的處理：1）新舊建筑物距離較近，采用預應力樁施工時影響到老建筑物的使用。此時應采用靜壓法施工，減少對周圍建筑物的噪音影響;其次，在新老建筑物之間設置減震溝，溝寬500mm，溝深1000mmm左右，溝內掏空或采用砂子回填，減小振動波傳遞造成的地表振動。第三，改變打樁順序，從距離老建筑最近的樁開始打，讓擠土效應明顯的樁盡可能遠離老建筑，這樣先施工的樁還能對老建筑起到一定的屏障作用。2）施工中樁長未達到設計標高時，應及時通知設計，采取補打樁或其它的加強措施，如果樁身沒有損壞，僅僅是樁頂標高達不到設計標高，可以從現場的打樁記錄進行分析。如為靜壓樁，但最后的壓樁力達到了設計特征值的1.6～2倍（摩擦樁）;或2.0～2.8倍（端承樁）;且樁長差距不大于5%時，經設計認可可不進行補樁，樁長相差較大，數量較多的情況，可采用抽取此類樁做靜載試驗為設計提供依據。如果為錘擊樁，應以最后十擊的貫入度，綜合錘重綜合分析鑒別。需要注意的是，對于以強風化巖做為持力層的預應力樁，最后10擊的貫入度并非越小越好，有的時候太小可能會損壞樁自身的強度。對于靜壓樁，壓力表的讀數也并不能代表樁做靜載時能承受的數據，畢竟對于樁來說瞬時荷載和恒載是有區別的，壓力表讀數也不是設計依據，主要還是作為給設計提供分析的依據。3）當樁尖穿越土層困難時，可采用引孔的辦法幫助樁尖進入持力層。引孔施工法不僅可以淺層土對樁的側向阻力，降低樁尖處土層的孔隙水壓力從而減少樁底阻力，并減少由于土層上軟下硬突變產生的拉應力對預應力混凝土管樁樁身的斷裂降低施工難度，使施工機械能夠達到設計要求的送樁深度。該方法對樁基穿越淺層砂土或粘土夾粉砂質土尤其有效。因為在地下水作用下，砂土的壓縮效果比較粘土小，在壓樁力的作用下，樁尖及樁端前部側壁的阻力會因孔隙水壓力增大的緣故異常增大，使沉樁過程中的阻力大大超過設計的極限承載力，若在此標高上停止打樁，則會發生樁基在相應土層部分的樁的承載力會大大降低，如沉樁達不到設計標高，會影響樁基承載力、影響工程的本身質量。筆者設計的江蘇沭陽項目就采用了引孔技術，順利打樁成功，效果很好。4）施工中預應力樁低于設計標高且不大于樁身直徑的2倍時，可按圖集給出的接樁圖進行接樁;當預應力樁樁頂標高略高于設計標高時，不應采用人工鑿樁或電焊切割鋼筋的方法，應采用混凝土切割器、液壓緊箍式切斷機、液壓千斤頂式截樁器、鋼鋸或鋸樁器，并確保質量。

結語

預應力管樁和方樁應根據不同的地方要求，合理選擇施工方式，各地的審圖和圖集要求存在差異，設計施工時應注意地方特色。

參考文獻：

[1] 廣東省《錘擊式預應力混凝土管樁基礎技術規程》;中國建筑工業出版社;2009-03-01實施。

[2] 廣東省《靜壓預制混凝土樁基礎技術規程》;中國城市出版社;2013-10-01實施。

[3] 浙江省《先張法預應力混凝土管樁》圖集;中國計劃出版社;2011-01-01實施。

[4] 江蘇省《預應力混凝土管樁基礎技術規程》;江蘇科學技術出版社;2011-01-01實施。

（作者單位：北京維拓時代建筑設計股份有限公司上海分公司）