管樁在設(shè)計(jì)施工中常見(jiàn)問(wèn)題的探討

付 堅(jiān)

(江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院)

管樁在設(shè)計(jì)施工中常見(jiàn)問(wèn)題的探討

付 堅(jiān)

(江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院)

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁簡(jiǎn)稱(chēng)為管樁，近年來(lái)管樁在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，但管樁在工程中也常出現(xiàn)土塞效應(yīng)、施工質(zhì)量控制、擠土效應(yīng)及檢測(cè)休止時(shí)間效應(yīng)等問(wèn)題，本文針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行分析、探討，并提出措施和建議。

管樁 土塞效應(yīng) 質(zhì)量控制 擠土效應(yīng) 休止時(shí)間

1. 概述

管樁因其施工速度快、樁身質(zhì)量可靠、單樁承載力及性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于各方面的原因，管樁在設(shè)計(jì)、施工監(jiān)理、檢測(cè)等方面出現(xiàn)的問(wèn)題值得探討。

2. 設(shè)計(jì)方面：土塞效應(yīng)的探討

目前采用的管樁多為敞口式，既可減少樁的擠土量，又可縮短工期，從而降低工程造價(jià)。《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008對(duì)敞口式管樁單樁承載力的計(jì)算進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)規(guī)定，公式如下：

其中：Quk單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，Qsk極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，Qpk極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，u樁周長(zhǎng)， Li土層厚度， Aj空心樁樁端凈面積，λp樁端土塞效應(yīng)系數(shù)（λp≤0.8），Api空心樁敞口面積

上述計(jì)算公式對(duì)敞口式管樁的面積必須進(jìn)行折減。根據(jù)南昌地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，按照上面公式計(jì)算得出的單樁承載力偏于保守。以往工程中當(dāng)管樁長(zhǎng)度在16米左右，以礫砂或圓礫作為樁端持力層，并且樁端進(jìn)入持力層深度大于2倍樁徑時(shí)，按管樁全斷面計(jì)算的單樁承載力多小于或等于靜荷載檢測(cè)結(jié)果。

敞口式管樁內(nèi)的土達(dá)到一定深度后，其內(nèi)壁產(chǎn)生的摩阻力可等效開(kāi)口部分的面積所承受的端阻力，即所謂的土塞效應(yīng)，此時(shí)可按樁端全斷面計(jì)算其端阻力。

為此筆者認(rèn)為，關(guān)于敞口部分面積是否要折減，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓こ虒?shí)際經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合場(chǎng)地工程地質(zhì)條件、土質(zhì)情況，以及樁徑、樁長(zhǎng)、樁端進(jìn)行持力層深度等因素綜合分析。既不能一律要求折減，也不能一律按全斷面計(jì)算。最終設(shè)計(jì)值應(yīng)根據(jù)靜載荷試驗(yàn)成果綜合確定。

3. 施工方面：關(guān)于質(zhì)量控制問(wèn)題的探討

管樁在施工中，常遇到樁頂標(biāo)高控制不到位或樁端沉樁不到位的問(wèn)題。對(duì)于樁頂標(biāo)高控制不到位，是當(dāng)管樁進(jìn)入一定深度后無(wú)法繼續(xù)打入而終止，這時(shí)樁頂標(biāo)高高于設(shè)計(jì)標(biāo)高而形成“露樁”。由于持力層起伏變化較大沉樁已到設(shè)計(jì)標(biāo)高，但樁端還未進(jìn)入持力層或貫入度還很大，仍需繼續(xù)沉樁，這時(shí)樁頂標(biāo)高低于設(shè)計(jì)標(biāo)高形成“短樁”。

對(duì)于上述二種情況，應(yīng)首先從分析勘察資料入手，在持力層起伏較大處需進(jìn)行補(bǔ)充勘察。

現(xiàn)場(chǎng)試樁應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況確定終止沉樁標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下既要控制樁長(zhǎng)又要控制貫入度，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試樁情況，合理調(diào)整樁長(zhǎng)和貫入度。

如因打樁機(jī)械能量太大或太小，與場(chǎng)地工程地質(zhì)條件不匹配，應(yīng)更換打樁機(jī)。

對(duì)于“露樁”應(yīng)采用專(zhuān)門(mén)工具鋸樁機(jī)進(jìn)行截樁，對(duì)于“短樁”應(yīng)用高標(biāo)號(hào)的混凝土進(jìn)行接樁。

當(dāng)在淺層樁端沉樁不到位時(shí)，往往是遇到老基礎(chǔ)或填土中的建筑垃圾等硬雜物，碰到這種情況在打樁前可用挖機(jī)將上述硬雜物清除。當(dāng)樁入土較深時(shí)，可能會(huì)遇到所謂的“硬層”，如硬塑的老粘土，密實(shí)的砂層，這時(shí)根據(jù)貫入度會(huì)造成已進(jìn)入持力層的假象，這種情況需特別注意。應(yīng)該調(diào)整施工樁機(jī)能量大小與設(shè)計(jì)要求、工程地質(zhì)條件、樁長(zhǎng)、樁徑相適應(yīng)。在南昌地區(qū)施工中，常遇到的情況是壓樁機(jī)配重不夠，而導(dǎo)致沉樁不到位，這種情況只要增加壓樁機(jī)配重就能解決問(wèn)題。

4. 環(huán)境方面：關(guān)于擠土效應(yīng)的探討

管樁屬擠土樁，往往由于沉樁時(shí)使四周的土體受到擾動(dòng)，改變土體的應(yīng)力狀態(tài)，產(chǎn)生擠土效應(yīng)，沉樁時(shí)地基土的初始應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生破壞，樁端及樁身土體開(kāi)始變形，當(dāng)樁周土體所受應(yīng)力超過(guò)其抗剪強(qiáng)度時(shí)，土體會(huì)發(fā)生變形破壞，向樁外側(cè)擠出并隆起。

當(dāng)場(chǎng)地周邊有建筑物、道路、管線時(shí)，管樁施工產(chǎn)生的擠土效應(yīng)，會(huì)所上述建（構(gòu)）筑物變形，進(jìn)一步發(fā)生裂縫、傾斜、斷裂。

因此在工程施工中必須采取有效措施確保周邊建筑物的安全。擠土效應(yīng)形成的原因，大多是施工方法、施工順序不當(dāng)引起的，如每天沉樁數(shù)量太多、速度太快，布樁過(guò)多、過(guò)密也會(huì)加劇擠土效應(yīng)。

施工前應(yīng)開(kāi)挖減震溝，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)合理控制布樁密度，以減小擠土效應(yīng)對(duì)周邊建筑物的不利影響。

施工時(shí)必須嚴(yán)格控制打樁順序及速率，采用由中心向四周等方法進(jìn)行施工，當(dāng)靠近建筑物時(shí)宜按照從建筑物由近向遠(yuǎn)的原則進(jìn)行樁基施工。

施工時(shí)還應(yīng)對(duì)周邊建筑物及地下管線等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保上述建（構(gòu)）筑物的安全。

5.檢測(cè)方面：關(guān)于休止時(shí)間的探討

對(duì)于管樁樁身質(zhì)量及單樁承載力的檢測(cè)方法一般采用大小應(yīng)變法、靜荷載試驗(yàn)。由于休止時(shí)間過(guò)短部分場(chǎng)地工程樁基施工完成后，靜荷載試驗(yàn)與理論計(jì)算結(jié)果有所出入。在較厚軟粘性土場(chǎng)地中尤其明顯。

承載力不足有很多原因引起，由于勘察資料不詳，提供的力學(xué)參數(shù)過(guò)大，或樁身已破壞、沉樁深度不足等。但在較厚軟粘性土場(chǎng)地中筆者遇到的問(wèn)題往往是休止時(shí)間過(guò)短造成承載力不足。這是因?yàn)檐浾承酝猎诔翗哆^(guò)程中受擾動(dòng)破壞后恢復(fù)十分緩慢，樁的側(cè)壁摩阻力發(fā)揮需要一個(gè)過(guò)程。沉樁過(guò)程中破壞了地基土的天然結(jié)構(gòu)，使土體受壓，有效應(yīng)力減小，樁的摩阻力處于較低狀態(tài)。但沉樁后隨著時(shí)間的推移，樁周土體會(huì)固結(jié)恢復(fù)，使得承載力提高。

為了不合理的追求進(jìn)度，樁基施工完成后，休止時(shí)間過(guò)短就進(jìn)行檢測(cè)，常會(huì)造成承載力不足。若嚴(yán)格按照規(guī)范要求的休止時(shí)間，使樁周土體固結(jié)恢復(fù)有足夠的時(shí)間，樁的承載力多能達(dá)到或超過(guò)理論計(jì)算結(jié)果。這樣就不會(huì)因檢測(cè)承載力不足而盲目補(bǔ)樁，造成不必要的浪費(fèi)。

6.結(jié)語(yǔ)

管樁的廣泛使用有其很多優(yōu)點(diǎn)，但在工程實(shí)踐中，如能解決好樁的土塞效應(yīng)、質(zhì)量控制、擠土效應(yīng)、休止時(shí)間等問(wèn)題，就能大大提高樁的承載力，取得好的工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]JGJ94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]GB50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

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1007-6344（2015）11-0138-01