預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的應(yīng)用與發(fā)展前景探析

杜樂

摘 要 通過對預(yù)應(yīng)力混凝土管樁性能的基本分析，闡述優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用中的不足，為研究其進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁；影響因素；應(yīng)用分析

20世紀(jì)60年代，管樁的生產(chǎn)均由生產(chǎn)廠家自行研發(fā)制造，鋼筋骨架采用手工綁扎，技術(shù)落后精度較差；九十年代后期，引進(jìn)了日本的全套生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)，開始生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁；近十年來，隨著我國科技進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)革新，先后出版了《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（GB13476-2009）[1]和《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集（10G409）[2]等一系列國家建筑規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，同時自主研發(fā)制造了多種預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，不僅滿足我國使用需求，還出口東南亞多個國家。廣大工程技術(shù)人員應(yīng)該從中找出缺陷和不足，進(jìn)一步提高預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

1 概述

1.1 概念及分類

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是采用離心和預(yù)應(yīng)力工藝成型的環(huán)形截面混凝土樁，簡稱管樁。成樁工藝分為先張法和后張法兩種，其中，高強(qiáng)混凝土管樁為樁身混凝土強(qiáng)度等級為C80及以上的管樁，即PHC管樁；混凝土管樁為樁身混凝土強(qiáng)度等級為C60的管樁，即PC管樁；混合配筋管樁為主筋配筋形式是預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋組合布置的高強(qiáng)混凝土管樁，即PRC管樁。

1.2 應(yīng)用范圍

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、鐵路、公路、橋梁、港口、碼頭、市政及大型設(shè)備基礎(chǔ)工程，適用于地層為軟土、粉土、粉砂、細(xì)沙、中砂、黏性土及人工填土覆蓋的地區(qū)，持力層一般為圓礫、粗砂、風(fēng)化巖等土層。

但是也有一些地質(zhì)條件不適合管樁，例如：從軟弱地層突變到硬質(zhì)基巖、含有障礙物較多的或堅(jiān)硬夾層的地層以及基巖上無石灰?guī)r這類并不適合做管樁持力層的地區(qū)。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁特點(diǎn)

2.1 優(yōu)點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁為工廠化生產(chǎn)成樁，質(zhì)量高可控性強(qiáng)，并且種類豐富規(guī)格多樣，可以滿足各種需求；同時運(yùn)輸?shù)跹b方便施工快速高效，較其他施工方案噪音更小更安靜；由于其缺陷肉眼可見，便于質(zhì)量檢查檢驗(yàn)；單樁承載力較高，對于同等承載力其造價(jià)低于灌注樁。

2.2 缺點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁由于工廠化生產(chǎn)，并受吊裝、運(yùn)輸?shù)葪l件限制，單節(jié)預(yù)制樁長較短，長樁需要拼接，接頭處較薄弱制約其承載能力，并且由于環(huán)形樁身截面面積較小抗剪抗彎性能也較差；另外，預(yù)制樁沉降量較明顯，大于同類型灌注樁，樁長越小差異越大；其本身屬擠土樁，沉樁時樁周土體被擠密，造成周圍土體隆起，導(dǎo)致周圍已擠入樁體發(fā)生上浮、位置偏移、傾斜、翹曲、折斷等破壞，也容易對相鄰建筑物、道路、管線產(chǎn)生影響；8度Ⅲ、Ⅳ類場地慎用。

3 工程問題及處理措施

3.1 抗震性能及破壞形式

由于地基土的性質(zhì)復(fù)雜多樣，土層分布千差萬別，包括液化土、新填土、軟弱粘性土及不均勻土對管樁產(chǎn)生的影響各不相同，使得在地震作用下震害的表現(xiàn)形式也各不相同，粗略可歸為以下三類：

（1）樁基震害

當(dāng)?shù)卣饘?dǎo)致場地土液化并產(chǎn)生側(cè)向擴(kuò)展時，樁基不僅承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量的豎向承載力，還要更大程度的承擔(dān)液化土層的側(cè)向推力和慣性力，強(qiáng)大的水平推力導(dǎo)致樁頂與承臺連接處以及液化土與非液化土層交界面的應(yīng)力高度集中，發(fā)生樁頂與承臺處或樁身發(fā)生明顯錯位斷裂，在坡地處的樁基極易發(fā)生整體失穩(wěn)，震害特別嚴(yán)重。

（2）樁頂破壞

在水平地震力作用下，樁頂承受軸力、固端彎矩和水平剪力共同作用，應(yīng)力集中產(chǎn)生塑性鉸，對于重心高、荷載大、埋深淺的基礎(chǔ)，首先發(fā)生樁頂破壞，導(dǎo)致樁頂混凝土壓碎、鋼筋屈曲、拉脫、剪損等剪壓破壞。

（3）樁頂、樁身破壞

當(dāng)場地土液化但無側(cè)向擴(kuò)展時，由于側(cè)向約束減弱，主要依靠樁身抵抗地震力，樁身承擔(dān)更大的彎矩和剪力共同作用導(dǎo)致樁頭壓碎、樁身縱筋壓曲。

經(jīng)驗(yàn)表明PRC管樁較PC及PHC管樁相比，抗彎性能和抗裂性能更高。在抵抗地震作用時更可靠。

3.2 施工問題及處理方法

（1）沉樁問題

在施工過程中，如果沉樁速率過快，將導(dǎo)致超孔壓高產(chǎn)生嚴(yán)重的擠土效應(yīng)，發(fā)生樁土上涌、樁體傾斜移位等嚴(yán)重的事故。此時應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范施工，控制沉樁速度，保證施工質(zhì)量

（2）支護(hù)不當(dāng)

基坑開挖后，支護(hù)不當(dāng)或者將挖出的土方直接堆在管樁周圍，以及不均勻開挖均會導(dǎo)致已施工完畢的管樁發(fā)生移位、斷裂。此時應(yīng)該及時將挖出的土方外運(yùn)，避免堆載，深基坑做好支護(hù)。

3.3 環(huán)境因素

由于在環(huán)境中容易受到各種侵蝕，例如離子腐蝕、碳化作用、凍融破壞、侵蝕性介質(zhì)破壞等，從而引起混凝土開裂、剝落、鋼筋銹蝕，鋼筋和混凝土黏結(jié)力遭到破壞，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性降低。此時應(yīng)在管樁外表面涂刷或者噴射混凝土保護(hù)劑或者在制作時添加高性能耐腐蝕的混凝土外加劑，增強(qiáng)其抵御外部環(huán)境因素侵蝕的能力。

4 發(fā)展前景

工廠化規(guī)模化生產(chǎn)使生產(chǎn)成本大大降低，同時成品管樁也能嚴(yán)格控制出廠質(zhì)量，一般現(xiàn)澆混凝土養(yǎng)護(hù)齡期為28天，使用預(yù)制管樁僅需1～2d即可實(shí)施下一步工序，極大地縮減了工期；另外一方面，環(huán)境保護(hù)對治污減霾的要求日益嚴(yán)格，綠色建筑更加符合現(xiàn)代社會的需求，傳統(tǒng)常用的地基處理方案如：灰土擠密樁、水泥土攪拌樁、旋噴樁、水泥粉煤灰碎石樁等復(fù)合地基處理方法，施工時易揚(yáng)塵、產(chǎn)生噪音，對環(huán)境影響較大，但選擇預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，采用靜壓沉樁施工工藝可以有效地解決這些問題。

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁工程的應(yīng)用也更加多元化，設(shè)計(jì)思想、方法也有較大革新，工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合實(shí)際工程及時總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在不久的將來創(chuàng)造出施工更加迅速，質(zhì)量更加過硬，安全有效并且環(huán)保的新型預(yù)應(yīng)力混凝土樁型。

5 結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在我國發(fā)展的時間較短，雖然才處于起步階段，但以其良好的經(jīng)濟(jì)效益、施工速度快工期短、工程造價(jià)低、綠色環(huán)保噪音污染小等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各類基礎(chǔ)建設(shè)中，但目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)僅僅滿足其承載力要求，對其水平抗側(cè)力、耐久性、截面特性、接頭性能及環(huán)境保護(hù)的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，本文從多方位的角度出發(fā)，分析面臨的問題提出解決方案，為進(jìn)一步的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] GB13476-2009.先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[2] 10G409.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁[S].北京：中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，2010.