淺談一種新型樁——刺身預應力混凝土管樁

趙昕彤 尹新生 蔡婧娓

(吉林建筑工程學院寒地綠色建筑工程技術研究中心，長春 130118)

隨著現(xiàn)代高層和超高層建筑的興起，對地基強度和變形的要求越來越高.目前高層建筑存在的問題都是低能、低耗.作為高層建筑的“樹根”基礎而言，就有了更高的要求.樁基礎具有承載力高，沉降量小，適用于多種復雜的土體情況.高層建筑對單樁的承載力有了更高的挑戰(zhàn).因此，人們通過各種方法來提高樁的承載力.如增加樁長，擴大樁徑，樁的長度已從10余米發(fā)展到60米至70米，甚至更長.樁徑從幾十厘米到1.5米，甚至2米，或者采用新樁型，以克服傳統(tǒng)樁型的一些弊病，例如采用孔底注漿，采用擠擴支盤樁等方法.雖然這些做法對提高樁承載力有一定效果，但同時增加了混凝土的用量，也增加了工程的造價.而對擠擴支盤樁來說，由于要對一定深度的土體進行擠擴，所以對擠擴設備的要求較高，給施工帶來了不便，不利于現(xiàn)場施工的操作.筆者介紹了一種利用全新的施工工藝設計而成的樁——刺身預應力混凝土管樁.

1 刺身預應力混凝土管樁的施工工藝及突出特點

1.1 施工工藝流程簡介

(1)在施工前應在管樁樁身處預留出設計好的孔洞和適應孔洞尺寸的混凝土矩形塊，將矩形塊預埋至孔洞處，以備下一步擠壓.為了減小擠壓時混凝土塊與管樁之間的摩擦力，需在混凝土矩形塊的四周用塑料布包裹住;

(2)將樁沉入土體后，施工工人需配置好擠壓設備千斤頂，緩緩下落到預埋有混凝土矩形塊的位置處，利用擠壓設備將矩形塊依次壓入至土體中，從而達到樁與刺共同承擔上部荷載的作用.施工完成后的樁形如圖1、圖2所示.為了更好的達到提高單樁承載力的作用，可在同一截面增加矩形刺的數(shù)量，也可設計出兩排刺，三排刺等多排刺的樁形，如圖3、圖4所示.

圖1 刺身預應力混凝土管樁剖面圖

圖2 單排刺側立面圖

圖3 雙排刺側立面圖

圖4 三排刺側立面

1.2 突出特點

刺身預應力混凝土管樁有很多優(yōu)點.

(1)提高單樁承載力. 刺身預應力混凝土管樁將傳統(tǒng)的管樁轉(zhuǎn)變成多個支點的摩擦端承型樁，增加了樁與土之間的咬合力，樁土共同作用的能力大大增強.從樁身構造及形成機理可以了解到，該型樁靠增加矩形刺處端阻力來提高單樁承載力，包括豎向抗壓承載力，抗拔承載力，使樁不但具有較高的抗壓能力.同時，還增加了樁的抗拔能力，也可以減少樁基的沉降量.刺身預應力混凝土管樁也可以提高樁的抗震性能以及樁身穩(wěn)定性.該型樁應用范圍廣泛，同時也便于各地推廣;

(2)操作簡便，設備簡單，施工方便. 刺身預應力混凝土管樁的施工設備同現(xiàn)有的擠擴設備比較，施工起來操作簡便，這是刺身預應力混凝土管樁最顯著地特點之一.其施工工藝是利用施工工人直接進入管樁內(nèi)部將混凝土塊擠入土體中，與其他滑道型擠擴設備相比較，擠壓時的位置更精確，不會造成擠錯位置而發(fā)生的爆樁現(xiàn)象;

(3)適應性強. 可在多種土層中成樁，不受土層軟硬控制，不受地下水位高低影響;

(4)經(jīng)濟效益十分顯著.

筆者建立了無刺管樁和有刺管樁模型進行有限元分析.樁長均設為12 m，外徑為1.0 m，內(nèi)徑為0.74 m.土體計算區(qū)域沿水平方向取10 m，深度方向取17 m.有刺樁矩形塊的尺寸是320 mm×250 mm×250 mm(長×寬×高).在相同的地質(zhì)條件下，無刺管樁的承載力為1 480 kN，而有刺管樁的承載力是2 800 kN.經(jīng)過計算分析，得到結論:刺身預應力混凝土管樁的單樁承載力較同尺寸普通管樁的承載力提高了近一倍.由于單樁承載力大，在荷載相同的情況下，設計時可比普通樁減小樁長或者縮小樁徑，乃至減小承臺的尺寸等，從而減少了工程量與資源，材料用量省，使投資得到了節(jié)約.由于施工工藝簡單易行，操作簡便，精確，單樁成樁的施工速度快，從而也大大縮短施工工期，進而大幅度減少工程造價.

2 結論與展望

綜上所述，可以看出刺身預應力混凝土管樁的社會意義和經(jīng)濟價值是可觀的.但是，人們對其關注甚少，還需要對它進行深入細致的理論研究，通過有限元軟件對各種設想下的樁形進行模擬，再與普通管樁進行對比分析，條件允許的情況下還應根據(jù)實驗分析加以描述，使這種新型的管樁能夠真正地應用到實際工程當中，發(fā)揮其社會價值，更好地造福于人類.

［1］建筑樁基技術規(guī)范(JGJ 94－2008)［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］錢永梅，尹新生.擠擴多支盤混凝土灌注樁的突出特點及發(fā)展現(xiàn)狀［J］.吉林建筑工程學院學報，2002，19(2):29－32.

［3］尹新生，蔡婧娓，錢永梅.植入盤樁承載性能有限元分析［J］.吉林建筑工程學院學報，2010，27(5):18－21.