淺析預(yù)應(yīng)力砼管樁在建筑基礎(chǔ)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

周付彬

（山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東濟(jì)寧272100）

·隧道與建設(shè)工程·

淺析預(yù)應(yīng)力砼管樁在建筑基礎(chǔ)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

周付彬*

（山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東濟(jì)寧272100）

通過預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在工程造價(jià)、設(shè)計(jì)施工、施工工期等方面與其它樁型相比較，并通過市場(chǎng)調(diào)查和案例分析，得出預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在中高層建筑基礎(chǔ)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

預(yù)應(yīng)力砼管樁；造價(jià)；工期；設(shè)計(jì)；施工

1　預(yù)應(yīng)力砼管樁的概況

預(yù)應(yīng)力管樁是近十多年來發(fā)展起來的一種新型的樁基形式，是采用高強(qiáng)砼和高強(qiáng)度的預(yù)應(yīng)力鋼棒，在工廠用預(yù)應(yīng)力預(yù)制而成。通常分為3種，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)砼管樁（PHC）、預(yù)應(yīng)力砼管樁（PC）、預(yù)應(yīng)力砼薄壁管樁（PTC），應(yīng)用最廣泛的為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)砼管樁（PHC），按外徑分有以下規(guī)格：300mm、400mm、500mm、550mm、600mm、800mm、1000mm，按樁身砼有效預(yù)壓應(yīng)力值或其抗彎性能分為A型、AB型、B型、C型。

預(yù)應(yīng)力砼管樁具備以下特點(diǎn)：

（1）適應(yīng)性廣。可用于工業(yè)與民用建筑工程基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、橋梁和碼頭的基礎(chǔ)及擋土墻等，尤其對(duì)各種地質(zhì)地層有較強(qiáng)的穿透能力；

（2）單樁承載力高。由于擠壓作用，管樁承載力要比同樣直徑的沉管灌注樁或鉆孔灌注樁高；

（3）抗彎抗裂性好。采用高強(qiáng)度鋼筋和預(yù)應(yīng)力工藝，與普通混凝土預(yù)制樁相比具有較強(qiáng)的抗裂性較強(qiáng)的抗彎性剛度，在運(yùn)輸過程中及施打過程中均能保持樁身完好；

（4）經(jīng)濟(jì)效益好。因單樁承載能力比同直徑的沉管灌注樁和鉆孔灌注樁高，并可接駁，管樁長度與沉管灌注樁和人工挖孔樁相比受施工機(jī)械和地質(zhì)條件的限制較少；

（5）符合環(huán)保要求，運(yùn)輸?shù)跹b方便，施工現(xiàn)場(chǎng)整齊文明；

（6）成樁質(zhì)量可靠，且檢測(cè)方便，監(jiān)理強(qiáng)度低；

（7）縮短工期是預(yù)應(yīng)力管樁的最大優(yōu)勢(shì)，施工進(jìn)度快，而且不需要等待28d齡期，成樁后即可做樁基檢測(cè)。

不過預(yù)應(yīng)力管樁也有其局限性，如以下工程地質(zhì)條件不宜使用預(yù)應(yīng)力管樁：①孤石和障礙物多的地層；②有堅(jiān)硬隔層的地區(qū)；③石灰?guī)r地區(qū)；④從軟塑層突變到特別堅(jiān)硬的地區(qū)，主要是上軟下硬、軟硬突變的地區(qū)。

預(yù)應(yīng)力管樁作為預(yù)制樁的一種，隨著人們?cè)谑嗄甑墓こ虒?shí)踐應(yīng)用中，解決了預(yù)制樁的許多工藝技術(shù)問題，如接樁和截樁等問題，隨著國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集03SG409和《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（GB13476-92）的頒布，標(biāo)志著預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的使用技術(shù)已經(jīng)成熟。

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度砼管樁可以廣泛用于工業(yè)與民用建筑、鐵路、公路和、橋梁、碼頭、港口等工程建設(shè)。從國內(nèi)各省的應(yīng)用情況來看，以工來與民用建筑用量最大，約占總量的80%。預(yù)應(yīng)力管樁既適用于多層建筑，也適用于高層建筑，尤其是10～30多層樓房。預(yù)應(yīng)力管樁最適合應(yīng)用于基巖埋藏深、強(qiáng)風(fēng)化巖層或風(fēng)化殘積土層厚的地質(zhì)條件。目前預(yù)應(yīng)力管樁已經(jīng)成為國內(nèi)12層以及12層以上高層建筑的常用樁基礎(chǔ)之一。

2　預(yù)應(yīng)力砼管樁的設(shè)計(jì)和施工

2.1預(yù)應(yīng)力砼管樁的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)方要根據(jù)工程地質(zhì)詳細(xì)勘查報(bào)告，判斷地質(zhì)情況是否適合采用預(yù)應(yīng)力管樁，并分析關(guān)于管樁的各種計(jì)算參數(shù)，以及預(yù)應(yīng)力管樁可以達(dá)到的承載力特征值。

預(yù)應(yīng)力管樁的承載力由樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力設(shè)計(jì)值和單樁承載力特征值決定。其中樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力設(shè)計(jì)值可以查國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集03SG409確定，其中常用的如表1所示。

單樁承載力特征的計(jì)算在國家規(guī)范中無明確規(guī)定，按照力學(xué)性能分析，可以參照鋼管樁的計(jì)算公式初步估算，公式如下：

表1　樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力設(shè)計(jì)值表

考慮到預(yù)應(yīng)力管樁的擠土效應(yīng)，λs、λp都可以取1。

但是一般按照施工圖詳勘報(bào)告的參數(shù)計(jì)算，計(jì)算出來的結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于預(yù)應(yīng)力管樁實(shí)際能達(dá)到的承載力。實(shí)際設(shè)計(jì)施工過程中，承載力特征值的選定一般根據(jù)地質(zhì)報(bào)告、規(guī)范參數(shù)、本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)綜合選定，在施工之前進(jìn)行試樁，在根據(jù)試樁的靜壓試驗(yàn)確定承載力特征值。在正式施工中，往往以最后三陣的標(biāo)準(zhǔn)貫入度控制，最終以靜壓試驗(yàn)為準(zhǔn)。當(dāng)工程地質(zhì)情況較好的情況下，單樁承載力特征可以達(dá)到樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力。

管樁樁尖的選擇：管樁樁尖的形式主要有3種：十字型、圓錐型和開口型。前兩種屬于封口型，穿越砂層時(shí)，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，成樁后樁身上部約有1/3～1/2樁長的內(nèi)腔被土體塞住，從土體閉塞效果來看，單樁承載力不會(huì)降低，但擠土作用減少。封口樁尖成狀后，內(nèi)腔可一目了然，對(duì)樁身質(zhì)量及長度可用目測(cè)法檢查，這是其他樁型所沒有的。

2.2預(yù)應(yīng)力砼管樁的施工

2.2.1測(cè)量定位

通常在樁身中心打入一根短鋼筋，若在較軟的場(chǎng)地施工，由于樁機(jī)的行走而擠壓預(yù)打入的短鋼筋，故當(dāng)樁機(jī)大體就位之后要重新測(cè)定樁位。

2.2.2壓樁機(jī)就位

經(jīng)選定的壓樁機(jī)進(jìn)行安裝調(diào)試就位后，行至樁位處，使樁機(jī)夾挾鉗口中心（可掛中心線陀）與地面上的樣樁基本對(duì)準(zhǔn)，調(diào)平壓樁機(jī)后，再次校核無誤，將長步履（長船）落地受力。

2.2.3吊裝喂樁

靜壓預(yù)制樁樁節(jié)長度一般在12m以內(nèi)，可直接用壓樁機(jī)上的工作調(diào)機(jī)自行吊裝喂樁，也可以配備專門調(diào)機(jī)進(jìn)行吊裝喂樁。第一節(jié)樁（底樁）應(yīng)用帶樁尖的樁，當(dāng)樁被運(yùn)到壓樁機(jī)附近后，一般采用單點(diǎn)吊法起吊，采用雙千斤（吊索）加小扁擔(dān)（小橫梁）的起吊法可使樁身豎直迸入夾樁的鉗口中。當(dāng)接樁采用硫磺膠泥接樁法時(shí)，起吊前應(yīng)檢查漿錨孔的深度并將孔內(nèi)的夾物和積水清理干凈。

2.2.4樁身對(duì)中調(diào)直

當(dāng)樁被吊入夾樁鉗口后，由指揮員指揮司機(jī)將樁緩慢降到樁尖離地面10cm左右為止，然后加緊樁身，微調(diào)壓樁機(jī)使樁尖對(duì)準(zhǔn)樁位，并將樁壓入土中0.5～1.0m，暫停下壓，再從樁的2個(gè)正交側(cè)面校正樁身垂直度，當(dāng)樁身垂直度偏差小于0.5%時(shí)才可正式壓樁。

2.2.5沉樁

根據(jù)設(shè)計(jì)文件、地勘報(bào)告、施工場(chǎng)地周邊環(huán)境選擇合適的沉樁機(jī)械。沉樁機(jī)械分錘擊沉樁和靜壓沉樁2種。錘擊法沉樁機(jī)械通常采用柴油錘、液壓錘，不宜采用自由落錘打樁機(jī)；靜壓法沉樁機(jī)械采用液壓式機(jī)械。樁間距小于3.5d（d為樁徑）時(shí)，宜采用跳打。

施打時(shí)應(yīng)保證樁錘、樁帽、樁身中心線在同一條直線上，保證打樁時(shí)不偏心受力。沉樁過程中應(yīng)經(jīng)常觀測(cè)樁身的垂直度，若垂直度超過1%，應(yīng)找出原因并設(shè)法糾正。

2.2.6接樁

工程中應(yīng)盡量減少接樁，任一單樁的接頭數(shù)量不宜超過4個(gè)，應(yīng)避免樁尖接近硬持力層或樁尖處于硬持力層時(shí)接樁。

接樁分為端板焊接連接和機(jī)械快速連接2種。

接樁時(shí)焊縫要連續(xù)飽滿，焊渣要清除；焊接自然冷卻時(shí)間應(yīng)不少于1min，地下水位較高的適應(yīng)當(dāng)延長冷卻時(shí)間，避免焊縫遇水如淬火易脆裂；對(duì)接后間隙要用不超過5mm鋼片充填，保證打樁時(shí)樁頂不偏心受力；避免接頭脫節(jié)。

2.2.7送樁

如果樁頂已接近設(shè)計(jì)標(biāo)高，而樁壓力尚未達(dá)到規(guī)定值，可以送樁。如果樁頂高出地面一段距離，而壓樁力已達(dá)到規(guī)定值時(shí)則要截樁，以便壓樁機(jī)移位。

靜壓樁的送樁作業(yè)可以利用現(xiàn)場(chǎng)的預(yù)制樁段作送樁器。施壓預(yù)制樁最后一節(jié)樁的樁頂面達(dá)到施工地面以上1.5m左右時(shí)，應(yīng)再吊一節(jié)樁放在被壓樁的頂面，不要將接頭連接起來。

2.2.8截樁

截樁宜采用鋸樁器，嚴(yán)禁采用大錘橫向敲擊截樁或強(qiáng)行扳拉截樁。應(yīng)確保截樁后管樁的質(zhì)量。

2.2.9檢查驗(yàn)收

（1）當(dāng)采用送樁時(shí)測(cè)試的貫入度應(yīng)參考同一條件的樁不送樁時(shí)的最后貫入度予以修正。

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)及試打樁標(biāo)準(zhǔn)確定的標(biāo)高和最后三陣貫入度來確定可否成樁，滿足要求后，做好記錄，會(huì)同有關(guān)部門做好中間驗(yàn)收工作。

（3）實(shí)際控制成樁標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)高和最后三陣貫入度與設(shè)計(jì)及試樁標(biāo)準(zhǔn)出入較大時(shí)，應(yīng)會(huì)同有關(guān)部門采取相應(yīng)措施，研究解決后移至下一樁位。

（4）打樁過程中，遇下列情況之一應(yīng)暫停打樁，及時(shí)會(huì)同有關(guān)部門解決：

①貫入度突變；

②樁頭混凝土剝落、破碎、樁身出現(xiàn)裂縫；③樁身突然傾斜、跑位；

④地面明顯隆起，臨樁上浮域位移過大；

⑤PC樁總錘擊數(shù)超過2000，PHC樁總錘擊數(shù)超過2500；

⑥樁身回彈曲線不規(guī)則。

3　市場(chǎng)調(diào)查案例

通過廣泛的市場(chǎng)調(diào)查，對(duì)建筑市場(chǎng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行了調(diào)查分析，現(xiàn)結(jié)合案例分析，將預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與人工挖孔樁、沉管灌注夯擴(kuò)樁，主要從工程造價(jià)、施工工期等方面進(jìn)行比較分析。

3.1案例一：某住宅小區(qū)（33層）

某住宅小區(qū)，共12棟高層住宅，每棟地上33層，地下1層，標(biāo)準(zhǔn)層層高3m，建筑高度99m，結(jié)構(gòu)形式采用剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式均采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。以其中5#棟的基礎(chǔ)為例：

基礎(chǔ)形式采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，型號(hào)PHC-AB-500-125，外徑500mm，壁厚125mm。樁長為10m左右，單樁承載力特征值取2700kN。由于持力層比較平緩，鋸樁數(shù)量很少。施工完成后，靜載試驗(yàn)驗(yàn)測(cè)結(jié)果，單樁承載力特征值可到達(dá)3000kN。

總樁數(shù)為205個(gè)，按照樁長為10m，初步估算樁的造價(jià)（不包括承臺(tái)）為205×10×1190=389500元。工期按照2臺(tái)錘擊打樁機(jī)，每天施工40根樁，工期只要5d，施工完成后即可進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測(cè)試驗(yàn)。

如果采用人工挖孔樁，樁徑為1.0m，擴(kuò)底尺寸為1.6m，單樁承載力特征值經(jīng)計(jì)算為6000kN?？偣残枰斯ね诳諛稊?shù)位：205×2700÷6000=92根樁，考慮到至少15%的樁不需要擴(kuò)底，樁總數(shù)為1.415×92=105。初步估算樁的造價(jià)為494550元，還不包括施工過程中的降水費(fèi)用。工期按照每天施工5根樁，工期需要21d，施工完成后28d后才能進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測(cè)試驗(yàn)。

由于樁（墻）底內(nèi)力比較大，可不考慮采用夯擴(kuò)樁。

3.2案例二：某小區(qū)A區(qū)2棟（18層）

某小區(qū)A區(qū)2棟住宅樓，地上18層，地下1層，標(biāo)準(zhǔn)層層高3m，建筑高度56m，結(jié)構(gòu)形式采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式均采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。

基礎(chǔ)形式采用預(yù)感力高強(qiáng)混凝土管樁，型號(hào)有2種，其一為PHC-AB-500-125，外徑500mm，壁厚125mm，單樁承載力特征值取2500kN；其二為PHCAB-400-95，外徑400mm，壁厚95mm，單樁承載力特征值取1500kN。樁長為8～15m左右，持力層為強(qiáng)風(fēng)化礫巖，樁端土的承載力特征值3500kPa。

總樁數(shù)為PHC-AB-500-12585個(gè)，PHC-AB-400-95342個(gè)。按照樁長為12m，初步估算樁的造價(jià)（不包括承臺(tái)）為85×12×190+342×12×140=768360元。工期按照2臺(tái)錘擊打樁機(jī)，每天施工40根樁，工期只要11d，施工完成后即可進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測(cè)試驗(yàn)。

如果采用人工挖孔樁，樁徑為1.0m，擴(kuò)底尺寸為1.5m，單樁承載力特征值經(jīng)計(jì)算為6000kN?？偣残枰斯ね诳諛稊?shù)為：（85×2500+342×1500）÷6000=121根樁，考慮到至少30%的樁不需要擴(kuò)底，樁總數(shù)為1.3×121= 157。初步估算樁的造價(jià)為887365元，還不包括施工過程中的降水費(fèi)用。工期按照每天施工5根樁，工期需要27d，施工完成后28d后才能進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測(cè)試驗(yàn)。

由于樁（墻）底內(nèi)力比較大，可不考慮采用夯擴(kuò)樁。

3.3案例三、某房地產(chǎn)小F3棟（10層）

某房地產(chǎn)小區(qū)F3棟，地下10層，標(biāo)準(zhǔn)層層高3m，建筑高度32m，結(jié)構(gòu)形式采用剪切墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式采用預(yù)感力高強(qiáng)混凝土管樁。

基礎(chǔ)形式采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，型號(hào)PHC-AB-400-95，外徑400mm，壁厚95mm。樁長為7～12m左右，單樁承載力特征值取1400kN。持力層為強(qiáng)風(fēng)化礫巖，樁端土的承載力特征3000kPa。

總樁數(shù)為111個(gè)，按照樁長為10m，初步估算樁的造價(jià)（不包括承臺(tái)）為111×10×160=177600元。

工期按照一臺(tái)錘擊打樁機(jī)，每天施工20根樁，工期只要5.5d，施工完成后即可進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測(cè)試驗(yàn)。

如果采用人工挖空樁，樁徑為0.9m，擴(kuò)底尺寸為1.4m，單樁承載力特征值經(jīng)計(jì)算為4600kN。總共需要人工挖空樁數(shù)為：111×1400÷4600=34根樁，考慮到至少30%的樁不需要擴(kuò)底，樁總數(shù)為1.3×34=45。初步估算樁的造價(jià)為171680元，還不包括施工過程中的降水費(fèi)用。工期按照每天施工5根樁，工期需要9d，施工完成后28d后才能進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測(cè)試驗(yàn)。

如果采用夯擴(kuò)樁，樁徑為0.38m，單樁承載力特征值為600kN。總共需要夯擴(kuò)樁數(shù)為：111×1400÷600= 259根樁。初步估算樁的造價(jià)為259×10×85=220150元，工期按照每天施工18根樁，工期需要15d，施工完成后20d后才能進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測(cè)試驗(yàn)。

3.4預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與人工挖孔樁、夯擴(kuò)樁技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較（見表2）

4　小結(jié)

表2　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與人工挖孔樁、夯擴(kuò)樁技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

通過對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁的考察和市場(chǎng)案例分析可以得知：

對(duì)于7～10層的多層建筑，采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁可以大幅度地縮短施工工期，管樁成樁后即可作靜載和樁身動(dòng)測(cè)試驗(yàn)，而夯擴(kuò)樁成樁后20多天后方可做檢測(cè)。

對(duì)于11～18的高層建筑，采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁和人工挖孔樁在經(jīng)濟(jì)比較上，可以降低土建的工程造價(jià)10%～15%，對(duì)于19層以上的高層建筑，采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁和人工挖孔樁在經(jīng)濟(jì)比較上，可以降低土建的工程造價(jià)15%～30%。

綜合上述，預(yù)應(yīng)力管樁在技術(shù)上是一種相當(dāng)成熟的樁基型式，可以給業(yè)主方帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

On theApplicationAdvantages of Prestressed Concrete Pipe Pile in Buildings Foundation

ZHOU Fu-bing
（Shandong Lunan Geological Engineering Investigation Institute，Jining Shandong 272100，China）

By comparing prestressed concrete pipe pile with other types from aspects of project cost，design and construction period，and through the market investigation and case analysis，it comes to the conclusion that the prestressed concrete pipe pile has application advantages in the high-level architecture foundation.

prestressed concrete pipe pile；cost；construction period；design；constructing

TU37

A

1004-5716（2016）01-0185-04

2015-02-13

周付彬（1979-），男（漢族），河南鶴壁人，工程師，現(xiàn)從事勘察施工與管理工作。