設(shè)計(jì)試樁階段預(yù)應(yīng)力管樁的設(shè)計(jì)及施工

周占山

摘 要：本設(shè)計(jì)試樁階段預(yù)應(yīng)力管樁的設(shè)計(jì)及施工針對極為特殊的試樁目的，即在選定樁型未選定樁長及單樁豎向承載力特征值的情況下，通過試樁得到此樁型在該施工地層的承載力極限值。設(shè)計(jì)試樁階段由于前期地勘資料的匱乏導(dǎo)致樁施工參數(shù)不完整，施工前需要進(jìn)行對比分析和計(jì)算。通過對這一階段特點(diǎn)的分析，形成一套完整的施工解決方案，使試樁能夠較為準(zhǔn)確地順利進(jìn)行，并為類似試樁提供工程施工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)試樁 預(yù)應(yīng)力管樁 單樁豎向極限承載力

中圖分類號：TU47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（b）-0073-04

由于設(shè)計(jì)試樁階段的目的性多樣，不確定因素較多，可能會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力管樁樁長的不確定，又由于預(yù)應(yīng)力管樁需要較長的預(yù)制周期，若應(yīng)對措施不完善將在很大程度上影響工期，并增加相應(yīng)成本費(fèi)用。通過分析設(shè)計(jì)試樁階段的特點(diǎn)，掌握在選定樁型未選定樁長及單樁豎向承載力特征值的情況下的試樁目的，梳理關(guān)鍵工作內(nèi)容、分析關(guān)鍵未知因素，以確定合理的預(yù)制管樁參數(shù)，提交完整的試樁報(bào)告。

1 設(shè)計(jì)試樁階段特點(diǎn)

1.1 目的

根據(jù)前期掌握的資料詳盡程度不同，其目的有所不同，一般會有以下四種情況。

（1）選定樁型、樁長及單樁豎向承載力特征值的情況下，試樁目的有兩個(gè)：一是進(jìn)一步確定所選樁型的施工可行性，避免樁機(jī)全面進(jìn)場后發(fā)現(xiàn)該樁型不適合本場地施工或發(fā)現(xiàn)樁承載力遠(yuǎn)小于地質(zhì)報(bào)告提供的計(jì)算值，此時(shí)再改樁型就會拖工期且增加費(fèi)用。二是根據(jù)單樁豎向靜載荷試驗(yàn)確定單樁豎向承載力特征值。由于地質(zhì)報(bào)告提供的數(shù)值往往偏于保守，所以可以根據(jù)靜載報(bào)告提高樁承載力，減少樁數(shù)。

（2）選定樁型、樁長，未選定單樁豎向承載力特征值的情況下，試樁目的為測試此樁型在給定樁長的情況下在該施工地層的承載力極限值。

（3）選定樁型及單樁豎向承載力特征值，未選定樁長的情況下，試樁目的為測試此樁型在該地層達(dá)到設(shè)計(jì)承載力應(yīng)具備的樁長。

（4）選定樁型未選定樁長及單樁豎向承載力特征值的情況下，試樁目的是通過試樁得到此樁型在該施工地層的承載力極限值。

第四種情況極為特殊，因?yàn)橥ㄟ^預(yù)應(yīng)力管樁的承載力計(jì)算公式可知，當(dāng)存在3個(gè)未知數(shù)的情況下，整個(gè)施工變?yōu)榧冊囼?yàn)性研究，不確定因素過多導(dǎo)致施工方案不唯一，施工物資數(shù)量需邊施工邊確定，施工周期將無限延長，可操作性極差，應(yīng)盡可能避免。

1.2 特點(diǎn)

1.2.1 地勘報(bào)告

本階段能夠使用的地勘數(shù)據(jù)多為初步勘察數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)精度較低，且尚不能準(zhǔn)確描述場地地層變化情況，因此依據(jù)初步勘察數(shù)據(jù)計(jì)算的單樁承載力與實(shí)際承載力偏差很大，又由于其尚不能夠準(zhǔn)確揭露場地地層變化情況，因此工程樁設(shè)計(jì)尚不能夠進(jìn)行。

1.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

由于初勘尚不能夠準(zhǔn)確揭露場地地層變化情況，工程樁設(shè)計(jì)尚不能夠進(jìn)行。因此本階段能夠得到的設(shè)計(jì)參數(shù)僅為樁型、樁徑、入持力層深度（估值，要達(dá)到理想承載力該數(shù)值會與給定值出入較大，因此更希望用最終沉降量來代替）等，而其他重要施工參數(shù)如：承載力設(shè)計(jì)值、樁長等尚無法獲得。

1.2.3 樁位布置

本階段樁無具體位置要求，但因其試驗(yàn)性特點(diǎn)，所以不能夠代替工程樁，因此不能施工于建筑地基范圍內(nèi)。一般情況下試驗(yàn)樁周圍均應(yīng)布置4根與其參數(shù)相同的4根輔助樁，作為試壓階段載荷平臺支撐受力點(diǎn)，因此其間距與堆載量有關(guān)，需要與檢測單位共同協(xié)商確定。

1.2.4 試驗(yàn)方法

與工程樁檢測不同，通常情況下，試樁測試極限承載力數(shù)值而不是檢測是否設(shè)計(jì)承載力標(biāo)準(zhǔn)值，因此采用的試驗(yàn)方法為破壞性試驗(yàn)——樁體破壞或沉淀超過規(guī)范允許值。

1.2.5 質(zhì)量控制

為給設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確試驗(yàn)數(shù)據(jù)，施工質(zhì)量必須嚴(yán)格控制，以剔除因施工質(zhì)量原因造成的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的影響。因此每根主樁施工時(shí)必須有管理人員旁站，做好施工記錄，對每根樁的關(guān)鍵環(huán)節(jié)必須進(jìn)行檢查驗(yàn)收，填寫驗(yàn)收結(jié)論，對于不合格復(fù)查驗(yàn)收的項(xiàng)目記錄必須完整。此外，成樁記錄必須如實(shí)、詳盡，施工遇到的特殊情況及處理方法必須翔實(shí)記錄。

2 工作流程

通過上述特點(diǎn)分析，設(shè)計(jì)試樁階段的工作任務(wù)及不確定因素明顯多于工程樁施工階段，因此必須制定一個(gè)完整的工作流程，用以保證施工的順利進(jìn)行。

資料收集→地勘資料分析→估算管樁承載力→樁位布置→預(yù)制樁訂貨→預(yù)制樁施工→預(yù)制樁檢測→整理試樁報(bào)告→移交。

3 實(shí)施要點(diǎn)

3.1 資料收集

本階段應(yīng)盡可能多地收集與樁施工相關(guān)的支持性資料，包括《工程初步設(shè)計(jì)》《地質(zhì)勘查報(bào)告》（初勘、詳勘）、《設(shè)計(jì)參數(shù)要求》、本地區(qū)管樁應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)（論文或調(diào)研報(bào)告），初步分析支持性文件及參考性文件，制定設(shè)計(jì)階段試樁的總體思路。特別是《設(shè)計(jì)參數(shù)要求》，一定要避免第四種目的情況的發(fā)生。能否提供承載力指標(biāo)對下步工作影響很大。通常情況下，在建（構(gòu)）筑物用途確定后，其總體荷載已明確，基礎(chǔ)形式明朗，完全能夠提供承載力指標(biāo)。但有一種情況例外：本地區(qū)尚無樁基設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，具體哪種樁更適用本場地條件尚不可知。此時(shí)建議在詳勘完成后再進(jìn)行試樁工作。

3.2 資料分析

（1）對《工程初步設(shè)計(jì)》進(jìn)行了解，確定建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)埋深范圍，以可能最大埋深量（h0）作為下步確定管樁持力層的依據(jù)。

（2）確認(rèn)能夠作為建（構(gòu)筑）筑物樁基持力層力的地層。通過排除法逐步確定，持力層埋深范圍為h0至h0向下28m范圍，且必須滿足兩個(gè)條件：一是層必須具有均勻性、普遍性。其樁下厚度應(yīng)大于3倍樁徑，且其下不得存在軟弱層、洞穴。二是按最深樁底標(biāo)高（本層底標(biāo)高減3倍樁徑）計(jì)算的單樁承載力極限值應(yīng)大于1200kN，否則選擇本層以下層作為持力層。endprint

（3）當(dāng)本場地普遍存在厚度不小于5m的深埋砂層時(shí)，可先將此層定義為樁端持力層進(jìn)行承載力驗(yàn)算，樁進(jìn)入持力層深度按1.5m計(jì)算。如單樁承載力極限值不能滿足1 200kN時(shí)，管樁在本場地地層不適用（無法穿透本厚度砂層），請?jiān)O(shè)計(jì)更換樁型。當(dāng)砂層厚度不小于5m，埋深不小于3m，且為中密以上特性時(shí)，管樁在本場地不適用。當(dāng)砂層埋深小于4m時(shí)直接作為穿透層，繼續(xù)向下尋找可作為持力層的地層。

（4）確定持力層后，確定管樁穿透層各層最大厚度，以及各層對應(yīng)的力學(xué)指標(biāo)形成如表1所示土層參數(shù)表。

表中Δh2=h2-δ，δ=h0-h1，當(dāng)δ<0時(shí)取0。當(dāng)h1-h0<0時(shí)取0。hl為管樁進(jìn)入持力層深度。樁與各土層位置尺寸見圖1。

3.3 估算管樁承載力

無論設(shè)計(jì)參數(shù)是否已經(jīng)給定承載力特征值，均需要對單樁承載力進(jìn)行測算，以驗(yàn)證其符合程度，測算地層依據(jù)使用樁位臨近勘察點(diǎn)地層剖面。承載力驗(yàn)算有以下幾種情況。

（1）給定樁長（給定進(jìn)入持力層深度歸為此類）驗(yàn)算承載力。按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）5.3.3-1極限承載力計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，承載力不足時(shí)增加樁長反復(fù)試算，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求承載力為止。

（2）已知承載力反算樁長。需多次假定樁長按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）5.3.3-1極限承載力計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算并對比數(shù)據(jù)，直至得到滿足承載力的樁長，且承載力富裕系數(shù)控制在1.1以內(nèi)，以求經(jīng)濟(jì)合理。

（3）樁長、承載力均未知時(shí)估算樁長及承載力。

施工樁長（h施）按下式計(jì)算：

h施=Δh2+Σhi+Δh+hl

hi為從基礎(chǔ)埋深以下至管樁持力層以上各整層厚度；Δh為施工保護(hù)樁長。

結(jié)合施工極限樁長進(jìn)行修正，取兩者較小作為計(jì)算樁長，代入《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）5.3.3-1極限承載力計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。也可按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：；；；；。

單樁承載力特征值按計(jì)算承載力的1/2取整選取。該數(shù)值是施工靜壓荷載以及檢測荷載的重要依據(jù)，應(yīng)力求準(zhǔn)確。最終計(jì)算結(jié)果作為試樁重要參數(shù)要經(jīng)設(shè)計(jì)及監(jiān)理單位確認(rèn)，且要將數(shù)據(jù)通知檢測單位，以確定輔樁位置。

3.4 樁位布置

樁位布置優(yōu)先于估算管樁承載力，其原因在于試樁階段對地層情況的了解程度的局限性，因初步勘察的揭露程度較低，地層變化沒有被全數(shù)表達(dá)，因此對樁所在地層情況的了解程度決定了估算其承載力的準(zhǔn)確度。所以樁位選擇因盡可能靠近勘察孔，以將地層變化的影響度降至最低。此外，樁位不得布置在建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)范圍內(nèi)。作為試驗(yàn)支撐受力點(diǎn)的輔助樁不建議共用，因此布置時(shí)應(yīng)考慮2組輔助樁的位置，在場地受限情況下可考慮2組樁錯(cuò)開1/2輔助間距，距離控制在2倍樁徑左右。以勘察點(diǎn)為中心擴(kuò)散布樁是比較理想的方案。

3.5 預(yù)制樁訂貨

預(yù)制樁訂貨數(shù)量可根據(jù)承載力估算值計(jì)算，但必須增加合理的儲備。預(yù)應(yīng)力管樁為預(yù)制樁，需要一定的加工周期，如未充分認(rèn)識設(shè)計(jì)試樁階段的特點(diǎn)，將導(dǎo)致訂貨不足，造成工期延誤。某些情況下設(shè)計(jì)層面希望在設(shè)計(jì)試樁階段得到單樁極限承載力，因此根據(jù)地層的不同變化揭露程度，設(shè)計(jì)希望通過樁體最終沉降量控制樁體進(jìn)入土層的深度。這一希望將帶來樁長的不可預(yù)見性，因此訂貨時(shí)除需考慮正常損耗率外，還應(yīng)考慮地層的不確定性帶來的樁長的增加。按10%左右考慮儲備量最為穩(wěn)妥。

3.6 預(yù)制樁施工

（1）做好預(yù)制樁的成品保護(hù)。對預(yù)制樁的裝卸及堆放高度應(yīng)有明確的要求。此外，對預(yù)制管樁的吊點(diǎn)進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)，防止吊裝過程的變形及損壞。

（2）預(yù)壓荷載選擇估算單樁承載力特征值的2～3倍，以達(dá)到得到極限承載力的目的。

（3）著重控制樁身垂直度，接樁焊接質(zhì)量，整個(gè)過程做好成樁記錄。通過2臺經(jīng)緯儀隨時(shí)監(jiān)控樁身垂直度，2臺經(jīng)緯儀間夾角90°。通過焊工考核、班前焊接檢查，過程監(jiān)督，施焊完畢后驗(yàn)收等措施保證焊縫飽滿、強(qiáng)度滿足要求。

（4）以最終沉降量控制沉樁終止點(diǎn)。即當(dāng)管樁按估算樁長沉樁完成后，以施工荷載靜壓（錘擊法施工時(shí)以最終三擊貫入度為指標(biāo)）1 h后，最終沉降量小于40 mm時(shí)施工停止，此時(shí)記錄好樁長。

（5）按圖集做法進(jìn)行封樁?？箟簶斗鈽堕L度為1 m，抗拔樁封樁長度為3 m。封樁底模使用4 mm厚鐵板（直徑小于管樁直徑3 mm）制作吊模，吊筋采用2根8 mm鋼筋制作，鋼筋末端做135°彎勾，掛于管樁側(cè)壁。

3.7 預(yù)制樁檢測

成樁28天后進(jìn)行試驗(yàn)檢測。檢測載荷選擇2倍估算單樁承載力特征值并按此荷載確定堆載平臺尺寸，同時(shí)告知施工單位，以便其布置輔樁位置。以破壞性試驗(yàn)方法為檢測方法，以單樁極限承載力為檢測結(jié)果出具最終檢測報(bào)告。

3.8 試樁報(bào)告

整理全過程資料，包括地勘資料整理、設(shè)計(jì)指標(biāo)、施工過程描述、檢測數(shù)據(jù)、結(jié)論等內(nèi)容。試樁報(bào)告由地勘、設(shè)計(jì)、檢測單位提供支持，施工單位編寫，并經(jīng)最終審核批準(zhǔn)后移交設(shè)計(jì)單位及建設(shè)單位。

4 結(jié)論

（1）在地質(zhì)資料不足的情況下通過地層厚度分析初步估算樁長，可用于指導(dǎo)管樁預(yù)制訂貨量，且有足夠的儲備。

（2）通過結(jié)合工程樁施工的地層狀態(tài)，分析適合作為持力層的土層，確定合理調(diào)整系數(shù)解決地層厚度的變化性帶來的估算影響，可使承載力處于一個(gè)妥當(dāng)?shù)臄?shù)值。

（3）通過對勘察孔的代表范圍的估計(jì)控制樁位布置，并結(jié)合勘察結(jié)果進(jìn)行二次驗(yàn)算，可得到較為準(zhǔn)確的單樁承載力數(shù)值。

（4）通過對施工過程的嚴(yán)格質(zhì)量控制，盡可能避免施工質(zhì)量對檢測數(shù)據(jù)的影響，以求為設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的參考數(shù)值。這一過程是施工中的重中之重。

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