高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在工程中的應(yīng)用

【摘要】近年來(lái)，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁因其施工速度較快，適用范圍廣，樁身混凝土強(qiáng)度高，單樁承載力大， 質(zhì)量穩(wěn)定可靠，工程造價(jià)相對(duì)較低，在建筑工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】混凝土管樁優(yōu)點(diǎn)；管樁設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)；質(zhì)量問(wèn)題分析；預(yù)防措施

1、高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁優(yōu)點(diǎn)

1）管樁采用現(xiàn)代化工廠預(yù)制，高速離心成型、高溫高壓蒸養(yǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

2）管樁水陸運(yùn)輸方便，施工現(xiàn)場(chǎng)容易擺放，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)備料制作，無(wú)砼料攪拌，泥漿等污染源，對(duì)工地及周邊環(huán)境環(huán)保無(wú)污染。

3）管樁樁身混凝土強(qiáng)度高，加上有一定的預(yù)應(yīng)力，密實(shí)耐打，穿透性好，對(duì)淤泥、粘土、粉土、砂土、卵石礫石、碎石、強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化巖等各種土層均可進(jìn)行設(shè)計(jì)使用，適用范圍廣。

4）管樁的規(guī)格型號(hào)多，直徑從φ400-φ1200，樁長(zhǎng)從6米-15米不等，搭配靈活，接長(zhǎng)方便，可根據(jù)建筑物荷載要求合理優(yōu)化選樁、布樁，現(xiàn)場(chǎng)施工可根據(jù)地質(zhì)變化合理配樁。

5）施工工藝較為簡(jiǎn)便、直觀，機(jī)械化程度高，可采用靜壓或錘擊設(shè)備，靜壓無(wú)噪音無(wú)污染，錘機(jī)穿透力強(qiáng)，可根據(jù)土層選擇，沉樁質(zhì)量可在施工中直接反映，便于監(jiān)理和業(yè)主單位對(duì)施工進(jìn)行監(jiān)控，施工質(zhì)量容易保證。

6）工期較短，對(duì)場(chǎng)地的面積要求不大，場(chǎng)地達(dá)到三通一平即可施工，施工可送樁最大送深達(dá)8米，可通過(guò)送樁施工樁基再開(kāi)挖基坑，可避免雨季開(kāi)挖基坑導(dǎo)致延誤工期等問(wèn)題出現(xiàn)。管樁施工完畢后根據(jù)土層情況，只需等待7天-20天便可進(jìn)行檢測(cè)，有利于下一道工序的施工。

管樁雖然有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有明顯的缺點(diǎn)，它抗彎剛度較差，施工時(shí)接樁質(zhì)量較難控制，在某些土層中沉樁困難，特別是在軟弱地基中使用時(shí)，打樁過(guò)程中的擠土效應(yīng)、施工過(guò)程中的端板焊接不良、重型施工機(jī)械的行走碾壓、基坑邊坡失穩(wěn)和挖土不當(dāng)?shù)仍?，容易使管樁出現(xiàn)傾斜，偏位以及斷樁等質(zhì)量問(wèn)題。由于問(wèn)題經(jīng)常是在開(kāi)挖基坑后出現(xiàn)，往往給工程處理帶來(lái)極大的困難，輕則延誤工期、增加造價(jià)，重則會(huì)引起重大質(zhì)量事故，甚至已施工的樁報(bào)廢。因此，在區(qū)域內(nèi)

軟土地基較為普遍的地區(qū)，出臺(tái)了一些規(guī)定，限制管樁的使用范圍。如湖北省以及安徽省馬鞍山市均規(guī)定對(duì)高度超過(guò)一定數(shù)值且承臺(tái)周邊及底部存在淤泥、淤泥質(zhì)土的高層建筑不應(yīng)采用管樁基礎(chǔ)。因此，結(jié)合多年來(lái)實(shí)際工程中所接觸到的管樁設(shè)計(jì)和施工出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)管樁設(shè)計(jì)和施工中質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析并提出須采取的預(yù)防措施，供參考。

2、管樁設(shè)計(jì)中注意事項(xiàng)

1）管樁與建筑物的適用性：即擬建設(shè)的工程是否符合采用管樁的條件。上文提到，除國(guó)家規(guī)范和各地地方標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定外，一些地區(qū)的建筑行業(yè)主管部門(mén)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡鼗翆拥奶厥馇闆r，出臺(tái)規(guī)定，限制管樁的使用范圍。因此，設(shè)計(jì)前應(yīng)查閱相關(guān)規(guī)定，對(duì)照建筑物的具體情況，如層數(shù)，高度，是否有地下室以及場(chǎng)地土層性質(zhì)等，明確管樁是否可以采用。

2）管樁與建筑場(chǎng)地的適宜性：須結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告與場(chǎng)地的實(shí)際情況，判斷是否有合適的樁端持力層以及場(chǎng)地地層的均勻性、沉樁的可能性、管樁的穩(wěn)定性、以及場(chǎng)地環(huán)境條件對(duì)管樁施工的限制性。還要預(yù)估樁基的承載力，與擬建的建筑物荷載進(jìn)行比對(duì)，明確管樁的適宜性，應(yīng)達(dá)到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)。

3）管樁的選型：管樁的選型應(yīng)在綜合分析各項(xiàng)條件后確定。主要有擬建建筑物上部結(jié)構(gòu)體系、荷載大小與分布以及對(duì)基礎(chǔ)沉降及水平位移的要求；抗震設(shè)防烈度的要求；地上及地下管線、地下工程的分布，可能受打樁影響的臨近建筑物的間距和基礎(chǔ)形式；施工機(jī)械進(jìn)退場(chǎng)及施工作業(yè)運(yùn)行條件；防振、防噪聲要求等環(huán)境條件；管樁規(guī)格和型號(hào)、單節(jié)樁長(zhǎng)、接頭形式及供應(yīng)條件；同一結(jié)構(gòu)單元應(yīng)避免采用不同類型的樁。對(duì)承受較大水平荷載的管樁、抗震設(shè)防區(qū)位于液化土層范圍內(nèi)的管樁，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，對(duì)圖集中管樁的箍筋直徑、螺距及箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度做調(diào)整，并向生產(chǎn)廠家定制滿足抗震構(gòu)造措施和實(shí)際工程需要的管樁。

4）管樁樁長(zhǎng)和承載力的確定：管樁應(yīng)選擇良好土層作為樁端持力層，樁端進(jìn)入持力層的深度不應(yīng)小于2D；每根管樁的接頭數(shù)量不宜多于3個(gè)，由此條件初步確定樁長(zhǎng)。一般管樁用作摩擦型樁時(shí)，其長(zhǎng)徑比不宜大于100；用作端承型樁時(shí)，其長(zhǎng)徑比不宜大于80。多次工程經(jīng)驗(yàn)表明，管樁的單樁豎向承載力特征值試樁結(jié)果與按照地質(zhì)報(bào)告提供的土層參數(shù)估算的數(shù)值往往差距較大，因此，單樁承載力特征值宜通過(guò)同條件下試樁來(lái)確定。

5）管樁的平面布置：采用多樁和群樁時(shí)，應(yīng)使樁承載力合力點(diǎn)與其上部結(jié)構(gòu)豎向永久荷載重心相重合。當(dāng)為大面積群樁時(shí)，對(duì)硬粘土層和飽和軟土層要合理布樁，并適當(dāng)加大樁中心距，減少擠土效應(yīng)。

6）由于沉樁機(jī)械設(shè)備施工時(shí)需要一定的空間，當(dāng)在已經(jīng)開(kāi)挖后的基坑中沉樁時(shí)，在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮臨近基坑邊緣的邊樁施工的可能性，留足樁機(jī)移動(dòng)以及操作的必要空間。

3、管樁施工中經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題原因分析

1）預(yù)應(yīng)力混凝土管樁屬部分?jǐn)D土型樁，當(dāng)帶有閉口樁尖時(shí)為全擠土樁。在施打大面積密集群樁時(shí)，由于大量樁體入土，樁周一定范圍內(nèi)的土體受到擠壓和擾動(dòng)，隨著施工數(shù)量的增加，擠土效應(yīng)越加明顯，引起沉樁區(qū)域和周?chē)翆拥乃揭苿?dòng)和隆起，如順序不當(dāng)導(dǎo)致應(yīng)力擴(kuò)散不均勻，往往造成先打入的樁受擠產(chǎn)生傾斜或斷樁，管樁施工速度較快時(shí)會(huì)加劇擠土效應(yīng)。擠土效應(yīng)還會(huì)引起先打入的樁產(chǎn)生上浮現(xiàn)象，使其承載力達(dá)不到要求。此種情況在硬粘土層和飽和軟土層最容易出現(xiàn)。

2）沉樁機(jī)械都有一定的體積和重量，特別是靜壓樁機(jī)，為抵抗沉樁時(shí)的反力，往往根據(jù)壓樁力的需要在樁機(jī)上帶有相應(yīng)的配重。當(dāng)?shù)乇硗翆虞^軟時(shí)，未采取相應(yīng)技術(shù)措施，樁機(jī)行走部分的支腿直接站壓在樁頂或樁頂軟土層上，形成對(duì)地表土層的強(qiáng)大擠壓作用，當(dāng)?shù)鼗辽喜坑休^厚的軟土層或地表面較薄的硬土層下有較厚的軟土層時(shí)，可將管樁推擠傾斜，甚至斷樁。

3）管樁的連接一般采用端板焊接連接，如接樁時(shí)焊接質(zhì)量未達(dá)到規(guī)范要求或現(xiàn)場(chǎng)施工要求，焊縫強(qiáng)度不足，受擠土效應(yīng)后接頭處不能抵抗水平變位或上浮而產(chǎn)生斷樁。

4）施工過(guò)程中在一些土層中沉樁困難。管樁雖然在土層中穿透性好，但在含有較大礫石的土層及密實(shí)的砂層中沉樁有時(shí)仍然會(huì)遇到較大的困難，達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)高，出現(xiàn)實(shí)際樁長(zhǎng)與設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)相差較大的情況。

5）樁基施工完成后基坑開(kāi)挖時(shí)一次性開(kāi)挖深度太快太深，使樁的一側(cè)承受土壓力較大，樁身發(fā)生彎曲變形。或未采取必要的基坑支護(hù)措施，使得基坑邊坡失穩(wěn)，土體滑動(dòng)，造成管樁傾斜。

4、管樁施工質(zhì)量問(wèn)題預(yù)防措施

對(duì)以上所述各項(xiàng)施工中的質(zhì)量問(wèn)題，可采取如下技術(shù)措施。

1）為減少沉樁擠土引起的土體位移、隆起，保證施工完成后樁基的質(zhì)量，可采用開(kāi)口型樁尖，使部分土體進(jìn)入管樁內(nèi)部以減少樁的擠土量，縮小其影響范圍。其次，施工過(guò)程中應(yīng)掌握詳細(xì)的地質(zhì)勘察資料，根據(jù)地層情況、基礎(chǔ)形式、布樁情況等選擇合理的施工機(jī)械，并優(yōu)化打樁的施工方向和順序路線。一般地基變位的方向基本上與沉樁施工順序方向是一致的。在沉樁起始處方向的地基土體變位和應(yīng)力較小，影響范圍也小，而在沉樁終止處方向的地基土體的變位和應(yīng)力因?yàn)槭芤殉翗兜募s束作用而明顯增大，影響范圍也大。因此打樁宜自樁群中間向兩個(gè)方向或四周對(duì)稱施工。如施工場(chǎng)地周邊有需要保護(hù)的建筑物、構(gòu)筑物、道路或者地下管線等，施工方向宜背離被保護(hù)對(duì)象。沉樁時(shí)尚應(yīng)控制施工速度，限制打樁速率，速度過(guò)快，不利于土層中應(yīng)力的擴(kuò)散，土體的水平移動(dòng)和隆起也越大。在含水量較大的軟土層中可設(shè)置袋裝砂井，以消除部分超孔隙水壓力，減少擠土現(xiàn)象。當(dāng)擠土效應(yīng)嚴(yán)重，必要時(shí)可在場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置應(yīng)力釋放孔和采取預(yù)鉆孔輔助沉樁。

施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)檢測(cè)，動(dòng)態(tài)施工，設(shè)置樁的上浮和水平變位觀測(cè)點(diǎn)，定時(shí)檢測(cè)樁的上浮量及樁頂水平偏位值，做好沉樁記錄，如發(fā)現(xiàn)樁的上浮或偏移值較大，應(yīng)及時(shí)采取復(fù)打、糾偏等措施，確保樁位及標(biāo)高準(zhǔn)確。

2）在打樁施工前，應(yīng)將場(chǎng)地平整壓實(shí)，能夠滿足沉樁機(jī)械的行走，并且不能對(duì)已施工過(guò)的樁產(chǎn)生影響。如果地表土層較軟，或地表土層雖然較硬，但厚度相對(duì)較薄時(shí)，應(yīng)在機(jī)械、車(chē)輛行走的位置填一定厚度的碎石或路基板，減小機(jī)械對(duì)場(chǎng)地表面土體的擠壓作用，同時(shí)也有利于打樁機(jī)械自身的穩(wěn)定，容易控制沉樁過(guò)程中樁身的垂直度。

3）接樁時(shí)端板焊接質(zhì)量須嚴(yán)格按圖集的要求并達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)分層焊接，內(nèi)層焊渣必須清理干凈后方可施焊下一層，焊縫應(yīng)飽滿、連續(xù)，且根部必須焊透。焊接接頭在自然冷卻后才可繼續(xù)沉樁，冷卻時(shí)間不少于8分鐘，嚴(yán)禁用水冷卻或焊好后立即沉樁，施工中應(yīng)對(duì)焊接質(zhì)量高度重視。工程中盡量減少接樁，接樁宜在樁尖穿過(guò)硬土層后進(jìn)行，應(yīng)避免樁尖接近或處于硬持力層中接樁。

4）實(shí)際工程中多次出現(xiàn)在砂層中沉樁困難的情況，特別是在樁基施工后期，土層已被擠密時(shí)。因此，當(dāng)樁基需要穿越砂層或需要進(jìn)入砂層一定深度，宜優(yōu)先采用錘擊法沉樁，因?yàn)殄N擊法較靜壓法沉樁的穿透性要強(qiáng)。如困難較大，還可采取引孔輔助沉樁，即用鉆機(jī)在設(shè)計(jì)樁位先抽土引孔，隨即沉入管樁。由于引孔會(huì)減弱樁的摩阻力，最終可能影響到樁的承載力，因此采用此法須通過(guò)試驗(yàn)確定引孔的大小和深度。

5）合理選擇基坑支護(hù)方式與開(kāi)挖的施工機(jī)械和施工方法?；娱_(kāi)挖時(shí)間不宜太早，打樁完成后應(yīng)留有一定的休止時(shí)間。嚴(yán)禁邊打樁邊開(kāi)挖基坑。施工應(yīng)堅(jiān)持先支護(hù)后挖土的原則，深基坑要分層分區(qū)域均勻開(kāi)挖，軟土每層挖土的厚度不應(yīng)超過(guò)1.0米，層與層之間留出一定寬度的工作面，并根據(jù)土質(zhì)情況合理放坡，嚴(yán)防土體滑動(dòng)。挖出的土方必須即時(shí)外運(yùn)，不能堆積在基坑的四周?；釉诮咏拥讜r(shí)應(yīng)采取接力開(kāi)挖，前邊（接近坑底層土）用小挖機(jī)，后邊用大挖機(jī)，這樣可減小挖土機(jī)械對(duì)樁頂土層的擠壓作用。且挖至樁頂標(biāo)高以上0.5米時(shí)，須改用人工清除樁頂余土。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，為了充分發(fā)揮管樁的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)從設(shè)計(jì)與施工二個(gè)方面綜合考慮。設(shè)計(jì)須從場(chǎng)地與建筑物的特點(diǎn)出發(fā)，合理選擇樁型和持力層并優(yōu)化布樁。施工中因地制宜采取預(yù)防措施是第一位的，在施工前要有針對(duì)性地編制方案，施工中加強(qiáng)監(jiān)督管理和檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)立即進(jìn)行有針對(duì)性的處理，如此方能達(dá)到預(yù)期的效果。

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