預應力混凝土管樁在筒倉基礎工程中的應用

劉澤坤

(中煤科工集團武漢設計研究院有限公司，湖北 武漢 430064)

鋼筋混凝土筒倉是用來貯存糧食、飼料等粒狀、粉狀物料的構筑物，目前廣泛地應用于糧食倉儲、加工行業，因其高度大、荷載重的特點，基礎型式一般采用樁基礎；預應力混凝土管樁作為樁基礎的一種重要類型，因其產品質量好、單位造價低、抗震性能好、施工快捷方便、適應范圍廣等諸多優點在筒倉基礎工程中得到了廣泛的應用，在各種樁基礎型式中己占主導地位。本研究結合相關國家規范、行業標準及工程實際資料，總結預應力混凝土管樁在筒倉基礎工程應用中的注意事項，并對筒倉基礎工程中如何安全適用、經濟合理地應用預應力混凝土管樁提出建議。

1 管樁基礎的設計

1.1 管樁適用范圍

管樁的樁徑一般在300～700 mm，屬于小直徑樁型，一般樁端阻力較小，使用時基本按摩擦型樁基考慮，上部荷載主要由樁側阻力來承受；管樁的樁側阻力主要來源于管樁與樁側土層之間由于擠密效應而產生的摩檫力，如果樁側土層主要為淤泥、淤泥質土等軟土時，管樁與樁側土層之間擠密效應不明顯，摩檫力很小，不建議采用。

管樁的樁長一般在7～15 m，樁基持力層較深樁長不足時，需要進行接樁處理；管樁接樁接頭一般采用端板焊接連接，現場施工時質量難以把控，此部位為管樁的薄弱環節，承受水平力和拉力時效果不佳，所以相對于其它樁型，管樁在作為抗剪樁和抗拔樁使用時應謹慎對待。

1.2 筒倉管樁單樁承載力特征值的確定

根據筒倉規范規定，筒倉的地基基礎設計等級為乙級，筒倉的單樁承載力特征值應通過單樁靜載試驗確定。試樁數量建議按單個筒倉考慮，每單個筒倉不宜少于總樁數的1%，且不應少于3根，當預估樁數少于50根時，不應少于2根。試樁時應加載至破壞，最后根據試樁檢測結果確定筒倉管樁單樁承載力特征值[1]。

1.3 筒倉管樁基礎布置

根據樁基規范規定，基樁的最小中心距在飽和黏性土層中應大于4.5 d(d是樁基直徑)，在非飽和土、飽和非黏性土層中應大于4.0 d[1]；一般筒倉荷載比較大，倉下樁數比較多，排列也比較密集，建議有條件時可適當加大樁基間距，更有利于單樁承載力的發揮。

根據筒倉基礎形式，筒倉樁基布置一般選用環狀布置，從中心向外圈數量逐步遞增；同時，為滿足地基基礎抗傾覆要求，應保證筒倉最外圈樁基中心線超過筒倉倉壁外邊一定距離，典型筒倉樁基布置方案詳見圖1。

1.4 變剛度調平設計在筒倉基礎工程中的應用

筒倉上部荷載分布一般內大外小，在上部荷載作用下基礎的沉降一般中間大、周邊小。如果按照在筒倉下方均勻布設長度、直徑相同樁基的設計方式，樁基剛度均勻，但是樁基頂部反力分布呈馬鞍形，內側樁基的反力較大，邊緣樁基的反力較小，樁基受力和沉降存在著分布不均勻的現象。

為減少筒倉基礎的差異沉降，調整筒倉基礎的內力分布，可采用變剛度調平的設計思想進行樁基設計，按照內強外弱的原則布置樁基：筒倉核心區的樁基間距減小或者筒倉核心區的樁基長度加大，以增加核心區樁基的剛度，減少筒倉核心區與周邊的差異沉降，使筒倉基礎受力更均勻。

2 施工

2.1 錘擊法

錘擊法是管樁沉樁常用的一種方法，優點是打樁機重量輕，對場地的地基承載力要求不高，打樁機通過性能相對較好，特別適合軟土地區的樁基施工；另外，由于沉樁采用的是沖擊荷載，管樁能夠穿透較厚的砂層或礫石層，對入土深度要求高的工程更適用；其主要設備有樁架、樁錘、動力設備等，樁錘的選擇是其重點，樁錘選用見表1。

表1 樁錘選用表[1]

錘擊沉樁除與錘擊能量有關外，還受樁身結構強度、樁群密集程度、打樁順序等多種因素制約，尤以樁端持力層土的工程性質影響最大，樁端土層越硬，樁尖壓應力越大，樁端土層越軟，樁身拉應力越大，故選擇樁錘時必須掌握準確、可靠的地質資料。

錘擊法沉樁控制有兩個原則：其一是樁端必須達到設計標高，進入樁端持力層一定深度，其二是通過貫入度控制持力層的強度應達到設計要求；實際工程中樁端為堅硬土層時，例如硬塑黏性土、碎石土、中密以上砂土、風化巖層等，可以貫入度控制為主，標高為輔；樁端為軟土層時，可以標高控制為主，貫入度供參考[3]。

2.2 靜壓法

靜壓法是利用靜力壓樁機在靜壓作用下的沉樁方法，壓樁時利用靜壓機的自重，通過液壓裝置將樁壓入土中；優點是噪聲小、無振動、無污染、施工速度快，可以連續施工縮短建設工期；另外，由于送樁器與工程樁樁頭接觸面吻合度高，送樁器在送樁過程中不會晃動和跳動[4]，送樁深度大，基槽開挖后樁基截樁量少。

靜壓樁的終壓條件應根據管樁類型及施工現場工程地質條件等因素綜合確定；對于端承型樁基，在樁端進入持力層后，應以終壓力控制，對于摩擦型樁基，應以樁長控制為主，終壓力控制為輔；終壓力應大于單樁極限承載力標準值，穩定壓樁時間應控制在5～10 s，復壓次數應根據樁長控制在2～5次。

2.3 壓樁順序

筒倉由于上部荷載較大，大部分樁基礎均為滿堂布樁，樁間距較密，所以施工時不宜采用由四周向中心的壓樁順序，因為這樣會限制樁側土向外的側向變形，容易造成大面積樁側土體隆起，加大施工斷樁的可能性[5]；建議采用由中心向外、對稱逐圈完成的壓樁順序，這樣施工時是由中心向四周均勻地擠土,樁側土壓力逐步減少,能夠有效地控制先沉樁的涌起量。

3 工程樁驗收檢測

管樁全部施工完畢后應進行工程樁的驗收檢測，驗收檢測主要包括承載力檢測、樁身質量檢測、斜樁傾斜度檢測、樁位偏差檢測4項。承載力檢測是采用靜載試驗的方法檢驗工程樁單樁豎向抗壓承載力，檢測數量為每個筒倉總樁數的1%且不少于3根；樁身質量檢測常采用低應變法，抽檢數量每個筒倉不應少于總樁數的20%，且不應少于 10 根；筒倉管樁傾斜度和樁位偏差檢測應在開挖基坑后進行，傾斜度檢測數量不應小于總樁數的5%，偏差不應大于傾斜角正切值的15%，樁位偏差應全部檢測，并應符合表2要求[1]。

表2 樁位偏差表

4 檢測不合格樁基的處理措施

(1)當低應變檢測中發現Ⅱ、Ⅲ類樁時，應采取以下處理措施：

①當樁身缺陷部位在淺部時，應根據場地工程地質條件進行開挖檢查處理，截除缺陷部位以上的樁身，再次進行低應變及樁身傾斜度檢測，如果檢測結果滿足規范要求，對截樁后樁基進行接樁處理；接樁處理時，應將樁基外包混凝土延伸至接樁斷面處以下至少一倍樁身直徑且不應少于0.5 m，混凝土強度等級不應低于C30且應滿足樁基承載力要求，外包混凝土的外徑應大于樁身直徑加300 mm，箍筋可采用φ8@100 mm，縱向鋼筋配筋率不宜小于0.6%；另外，應在管樁內孔采用強度等級不低于C30 的混凝土進行灌芯處理，灌芯長度自接樁斷面處算起不應小于1.2 m[2]。

②其他情況的Ⅱ、Ⅲ類不合格樁，應在管樁內孔采用強度等級不低于C30的補償收縮混凝土進行灌芯處理；當樁基為封閉式樁尖時，灌芯長度應為樁基全長，當樁基為開口式樁尖時，灌芯長度可為樁頂至缺陷部位斷面處以下2 m[2]。

③以樁身強度控制或受力較大的Ⅲ類不合格樁經處理后應重新進行單樁承載力檢測，檢測數量不應少于2根[2]。

(2)當檢測發現傾斜度偏差不合格的管樁時，應對全部管樁進行傾斜度檢測，并應對傾斜度大于1%的管樁進行低應變檢測；傾斜率大于3%的管樁應作為廢樁處理，重新補樁；傾斜率在1%～2%及2%～3%的管樁應分別進行各自不少于2根的單樁靜載荷試驗，將由試驗得出的單樁承載力乘以折減系數，作為該批次管樁的使用依據；另外，如發現樁身有質量缺陷，還應在管樁內孔采用強度等級不低于C30的補償收縮混凝土進行灌芯處理，當樁基為封閉式樁尖時，灌芯長度應為樁基全長，當樁基為開口式樁尖時，灌芯長度可為樁頂至缺陷部位斷面處以下2 m[2]。

(3)當檢測發現樁位偏差超限的管樁時，應根據樁基實際位置重新核算該基礎下每根工程樁的承載力，如承載力不滿足規范要求，應作補樁處理；另外，如果樁基偏位向內，導致偏位樁與周圍樁基樁間距小于規范限值，應根據樁基影響范圍(以最小樁間距為直徑的圓)重疊面積的比值確定該范圍內樁基承載力的折減系數，對該范圍內的樁基承載力進行折減，重新核算承載力。

5 結論

從設計、施工和檢測等方面分析了預應力管樁在筒倉基礎工程應用中的注意事項，得出以下幾點：

(1)筒倉地基基礎設計等級為乙級，單樁承載力特征值應通過試樁確定。

(2)筒倉樁基布置宜選用環狀布置，從中心向外圈遞增。

(3)筒倉基礎采用變剛度調平的設計思想進行樁基設計，按照內強外弱的原則布置樁基，可減少筒倉核心區與周邊的差異沉降，使筒倉基礎受力更均勻。

(4)管樁的施工應根據場地工程地質條件選擇合適的施工方法并注意施工機械的選型。

(5)應重視樁基的檢測，并根據檢測結果對不合格樁基進行有效處理。