建筑工程中預應力高強度混凝土管樁的應用

■郭忠賓 ■安徽華東工程建設項目管理有限公司，安徽 合肥 230000

隨著城市化的大發(fā)展，對土地的需求越來越大，進而也造成了施工用地的緊張環(huán)境，所以更高層的建筑形式，也逐漸的成為城市建設中的發(fā)展趨勢，但是當樓層增高的時候，其上部結構的荷載也會隨著不斷增大，但是淺基礎的設計沒有辦法滿足荷載的設計和要求，所以應用高強度混凝土管樁技術就成為了一種必然的趨勢。

1 預應力混凝土管樁技術

1.1 預應力混凝土管樁的構造

隨著高層建筑的興起，預應力的混凝土管樁技術也逐漸被建筑設計人員們所熱衷，其組成部分主要有高強度的混凝土，還有鋼筋骨架，一些鋼結構，比如端板，樁套箍等三部。預應力混凝土管樁是選用了先張法的，通過離心成型的預應力混凝土樁，其形狀是環(huán)形的截面樁。和其他普通的土樁比起來，這種混凝土的預應力管樁，不僅擁有綠色環(huán)保，施工效果好，以及工程中造價低廉的優(yōu)點，而且這些當初設計的理論效果，也已經在很多的建設工程項目中，得到了充分的驗證。

1.2 預應力混凝土管樁所擁有的優(yōu)點

在不同的外直徑預應力的混凝土管樁中，它們的力學性能也有非常大的差異，即使是相同的外直徑管樁，根據(jù)管樁壁厚度的不同，它的樁體本身所能承載力的大小也會隨之變化的。預應力混凝土管樁技術和其他傳統(tǒng)的樁型相比較，預應力混凝土管樁的優(yōu)點還是非常明顯的。首先混凝土這種管樁的樁長不是固定不變的，其是可以不同程度的伸長而進行隨意的搭配，比如對這種持力層起伏變化非常大的地質條件，這種技術可根據(jù)實際起伏的具體情況，從而選擇合適的單節(jié)樁長，以此來適應這種地層變化的客觀要求，進而達到設計中想要的最佳經濟效果。第二點，混凝土管樁技術是選用工業(yè)化的生產模式，利用機械加工的技術成樁，所以在質量方面還是比較可靠，而且其樁身的強度要求也是相當?shù)母?，而且這種技術，即使是單樁的承載力，也要遠大于相同規(guī)格的其他樁種，并且在施工中，還有很強的穿透土層能力。和其他的方法相比較，這種技術成樁效果好，而且質量非?？煽?，再加上沉降量小，所以基本上是可以滿足工程在各種復雜多變的環(huán)境要求下施工。

2 對預應力混凝土管樁的承載力特性的分析

2.1 承載力影響因素

(1)擠土效應對承載力的影響。預應力混凝土管樁技術是屬于擠土樁的類型，在施工成樁的過程中，一定會產生很強的擠土作用力，這種情況也就導致樁周圍的土受到不同程度的擾動，然后再重新發(fā)生固結的作用，這些問題，在實際的操作中，不僅會讓預應力混凝土樁周圍的土體強度發(fā)生改變，而且混凝土樁側面的摩擦阻力也會改變。這種情況通常都被稱為擠土效應。通過仔細的分析便可以知道，在混凝土樁沒有因為擠土效應而發(fā)生上浮的問題時，這種管樁的擠土效應，在很大程度上都會增大樁體本身在豎向方向的承載力。而如果在樁身發(fā)生了上浮問題時，預應力的混凝土樁的端阻力就會有效的減弱，這樣單樁豎直方向的承載力就降低了。

(2)土塞效應對承載力的影響。通過上面的分析可以知道，土塞就是管樁通過和管樁內壁產生的側摩阻力，它們之間的相互作用，從而就會增加管樁的樁端，和樁下土體的接觸面積，這也在一定的程度上，提高了管樁在豎直方向的承載力。

(3)時間效應對承載力的影響。對預應力的混凝土管樁中的單樁承載力而言，其是會隨著時間變化而改變的，具體而言就是時間如果增長，那么單樁承的載力同樣會增長，這就是通常所說的時間效應。這種問題產生的主要原因有，土的固結實效問題以及土的觸變特性兩各方面的影響。很多技術人員進過多年的研究發(fā)現(xiàn)，對其的檢測時間，如果超過了規(guī)定以后，樁的承載力不是沒有變化，而還會是不斷地提高，所以單純的用靜載試驗數(shù)據(jù)來確定樁的單樁承載力，這種做法本身還是不符合實際的。如果相關的設計人員，對樁的時效影響也能充分的考慮進去，從而提出有效的單樁承載力的設計公式以及方案，一定會創(chuàng)造出很大的經濟效益以及社會效益。

2.2 設計方法

在一些地區(qū)，一般都是在工程設計過程里，依靠勘察報告里面所提供的地層情況，比如物理力學的實驗指標，然后再結合單樁承載力的經驗公式，進而估算出單樁的承載力，還有它的特征值，然后再用靜載的實驗方法來驗證和估算它的特征值能否安全可靠，如果可以滿足有關的沉降要求，那么樁體在施工的時候，就應該用等于極限值的終壓值，當作承載力的評判標準。

3 預應力高強度混凝土管樁的實際應用

3.1 工程概況

施工場地的巖層主要特征，第①層是耕地土，土層的厚度在0.3 到1.3 米。第②層是粉質粘土層，土層的厚度還1 到6.3 米，第③層是粉質粘土，土層的厚度是0 到7.5 米。第④層是粉質粘土層，土層的厚度是0 到5.5 米，而第⑤層是粉質粘土層，其土層的厚度是2.5 到7.9 米。

3.2 場地基礎類型分析

根據(jù)實際場地土層的具體情況，同時再結合工程單位的施工條件，建議采用樁基礎的設計，而且推薦選用預應力混凝土管樁。確定選用管樁方案后，就要用第③層作為樁端的持力層，在樁端進入到這個土層的1.0 到2.0 米的時候，選用復合的地基基礎，然后再根據(jù)實際的荷載，選擇第⑤或者第⑥層的粉質粘土層，作為樁端的持力層。因為在實際的場地中，上部的土層強度比較高，所以在管樁基礎進行施工的過程中，非常容易出現(xiàn)因為樁體擠密的作用，而導致樁身開始上浮的問題，所以在實際應用中，每間隔一定的距離，就設置一個防擠溝，以及應力的釋放小孔，以此來減小擠土作用效應的強度，必要的時候還可以進行通過取土來達到引孔沉樁的目的，這個工序要合理控制打樁的順序，對打樁的速度也要加以控制。

3.3 方案具體的實施情況

根據(jù)試驗相關的規(guī)范要求，在工地上隨機的抽取了非常具有代表性的四根樁，分別進行實驗，因為實際的情況，所以不能對樁體本身做破壞性的極限實驗，所以實驗只是為了驗證，其是否滿足當初的設計荷載要求。具體的試驗數(shù)據(jù)如圖。

表2 載荷試驗數(shù)據(jù)表

通過以上的分析后，由總結可得:在選擇用預應力混凝土管樁基礎的時候，一定要用第⑥層的粉質粘土層，作為管樁端面的持力層，而且四根靜載樁的累計沉降，在計算結果中都小于40 毫米，所以是滿足設計的要求，所以選擇這個土層作樁端面的持力層是比較合理的。而一同進行實驗的CFG 樁，在施工中出現(xiàn)了空洞，還有縮頸的不良現(xiàn)象，所以樁本身的質量是不能保證的，而且施工過程中，這些產生的多余的泥漿，還會對場地周圍的環(huán)境造成很大的影響。因為實驗結果表明，用管樁的基礎方案，其承載力不僅高，而且施工速度還非常的快，在現(xiàn)場施工中還沒有污染，再加上靜載檢測周期較短。所一致推薦預應力的混凝土管樁的基礎方案，是非常合理可行的。目前這個項目的樁基礎施工技術，已經完成了大約半年的時間，沒有發(fā)現(xiàn)有樁體出現(xiàn)上浮的問題，所以在這種類型的地層中做基礎施工時，可以參照這個案例進行執(zhí)行，預應力混凝土管樁技術在實際工程施工領域中的應用，不僅可以避免灌注樁泥漿對環(huán)境的影響，同時還節(jié)約了工期時間，進而產生了很大的經濟效益。

4 總結

就目前而言，預應力的混凝土管樁的應用技術，在實際的操作中還是比較單一的，其中的很多技術，以及施工工藝，還有施工方法都還存在著很多的問題。所以工程技術人員，還要繼續(xù)抓緊時間，對其進行深入細致的研究，把預應力混凝土的管樁技術在實際的應用中，做進一步的推廣和應用。

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