預應力混凝土管樁基礎設計施工

高欣樂

中聯西北工程設計研究院   710082 西安

    近2 年來,預應力混凝土管樁作為一種較新型的基礎形式已被大家所接受,這是因為預應力混凝土管樁有工程造價較便宜、質量較可靠、長度易調整、施工速度快、監理方便、檢測時間短、現場清潔等優點。但是,若對管樁的應用條件認識不清,對使用方法掌握不當,也會發生工程質量問題。下面就設計預應力混凝土管樁基礎應注意的問題談一些看法。

    1、管樁的應用條件

    國標《先張法預應力混凝土管樁》(GB13476 - 92) 對混凝土管樁的質量要求已有規定,管樁按混凝土強度等級分為:預應力混凝土管樁和預應力高強混凝土管樁。前者代號為PC 樁,其混凝土強度等級一般為C60 或C70 ;后者代號為PHC 樁,混凝土強度等級為C80 ,一般要經過高壓蒸養才能生產出來,從成型到使用的最短時間只需3～4d。管樁按抗裂彎矩和極限彎矩的大小又可分為:A 型、AB 型、B 型,有效預壓應力值約315～610MPa ,管樁有410～510MPa 的有效預壓應力,打樁時就不會出現混凝土的橫向裂縫,所以,對于一般工程,采用A 類或AB 類型樁就可以。

    2、管樁設計中靜載荷試驗的重要性

    根據地質報告提供的樁周土摩擦力標準值及樁端土承載力標準值由規范JGJ94-2008計算的場區單樁承載力標準值，這是一個經驗數值，不宜直接采用。近幾年來通過各類樁基礎中試樁及工程樁的檢測，發現絕大多數樁的實際承載力均大于計算值，有些相差幅度較大，因此按試樁獲得的實際承載力將會比按勘察報告估算的承載力來布置基礎將產生巨大的經濟效益。例如，閆良中飛地產瑞賽天域星城住宅樓，主體為地下一層、地面十六層的高層住宅，根據地質勘察報告擬采用 D500的預應力管樁，樁長19m，按JGJ94-94公式5.2.8估算單樁承載力設計值約為1300kN，而我要求進行的3根破壞性試樁顯示實際單樁承載力可達1700kN，整整比估算值提高了30%左右，實際工程樁設計就采用試驗值進行，為甲方大大節省了投資。由上可見，樁基礎設計過程中靜載荷試驗是一個十分重要的環節。因為此項工作質量直接影響到樁基形式、樁規格和樁入土深度的確定，同時也對施工難易有密切影響。

    3、管樁的施工方法

    管樁的施工方法即沉樁方式有很多,目前采用的多為靜壓沉樁工藝,即采用液壓式靜力壓樁機將管樁壓到設計持力層。無噪音,特別適用于市區施工。

    管樁樁尖形式主要有三種:十字型、圓錐型和開口型。前兩種屬于封口型穿越砂層時,開口型和圓錐型比十字型好,開口型樁尖一般用在入土深度為40m 以上且樁徑550mm的管樁工程中,成樁后樁身下部約有1/ 3～1/ 2 樁長的內腔被土體塞住,從土體閉塞效果來看,單樁承載力不會降低,但擠土作用減少。封口樁尖成狀后,內腔可一目了然,對樁身質量及長度可用目測法檢查,這是其他樁型所沒有的。管樁樁端持力層可選擇礫石層、堅硬的粘土層或密實的砂層。

樁端伸持力層的深度,對于粘性土、粉土不宜小于2.5d ,砂土不宜小于2d ,碎石類土不宜小于1.5d。

    4、預應力管樁的應用

    同其他任何樁型一樣都有其局限性。樁基的選用需要考慮多方面的條件,包括建筑物的自身條件、場地和環境條件、巖土工程地質條件、施工條件以及工期、經濟條件等,其中工程地質條件是諸多條件中的一個重要條件。每一種樁型對工程地質條件的適用性是各不相同的。預應力管樁對工程地質條件也有一個適用性問題。有些工程地質條件就不宜應用預應力管樁。主要有下列幾種:

    a. 孤石和障礙物多的地層不宜應用;在有孤石和地下障礙物的廠區內施打,管樁不能全部沉至持力層,有時在同一承臺內,有的樁可打至持力層,有的樁就打不下去,樁長相差很多。樁尖接觸到孤石或地下障礙物時,樁身會偏離原位或大幅度傾斜。

    b. 有堅硬夾層時不宜應用或慎用;所謂隔層,有些是極密實的砂層,有些是密實的卵石層,有些是鈣或硅質膠結的礫石、碎石層。如果這些隔層厚度大且無軟弱下臥層,可以考慮作為管樁持力層。但若隔層厚度只有1 ～ 2m 甚至10cm ,其下又為軟弱層或一般土層,管樁必須穿越這個隔層,但這個隔層又很堅硬,很難穿越。

    c. 石灰巖地區不宜應用;勘察是設計的前提,錯誤的勘察必然會導致錯誤的設計。目前工程勘察存在的問題是勘察點太少,在地質復雜的地區勘察點要適當加密,有些建設單位為省勘察費用而減少勘察點,結果導致打樁施工時更大的浪費甚至失敗。管樁工程要求地質勘察報告中提供有用的N 值,所謂有用的N 值,主要是遇到砂層、軟弱下臥層及殘積層時多做一些貫標試驗,有些勘察單位往往在持力層上面的軟土中做了很多貫標試驗,而在硬夾層中卻做的很少,甚至一個都不做,給設計和施工帶來很多困難。

    5、施工中特殊情況處理

    a.樁基達到其極限承載力而無法壓至設計標高。這里可能存在兩種情況，其一是地質報告有誤，樁實際承載力大于計算值，必須先做試樁以確定其合理的樁長及承載力。其二則可能由于土層本身原因，譬如說飽和砂土產生的孔隙水壓力使樁基根本無法壓入，這就需要我們從施工措施上去解決。

    b.樁基施工時壓樁力遠低于設計承載力。這可能由于壓樁機械的壓樁速度偏快，而土層的粘聚力又偏小，故壓樁時樁將土直接剪壞，引起壓樁力偏低，隨著時間土能恢復固結。應在15天后進行的試樁，看試驗承載力是否能滿足設計要求。

    c.管樁裂縫處理。預應力管樁以其強度高，制作周期短，比預制樁節省材料等優點在工程設計中受到普遍應用，但其也存在受剪能力差的不足之處。在工程實踐中，由于垂直度偏差或擠土等原因經常會使管壁產生裂縫而影響質量。對此類樁采用了先糾偏再進行灌芯處理，使裂縫部位的傳力通過灌芯部分混凝土傳遞。因此在管樁的實際施工中一定要注意垂直度的控制，因為管樁的抗剪能力較差，很容易破壞而引起不必要的經濟損失。

    6、結語

    管樁的設計施工是一繁重而復雜的過程，我們設計人員一定要考慮到每一個環節，統籌兼顧，從各方面使之合理化。好的設計不僅僅是要保證建筑物安全，更要使設計經濟合理。

    參考文獻:

    [1]ＧＢ50007-2011,建筑地基基礎設計規范[Ｓ].

    [2] JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范[Ｓ].