預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在建筑基礎(chǔ)中的應(yīng)用優(yōu)勢探析

任強

（山西機械化建設(shè)集團有限公司，山西太原 030009）

0 前言

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是建筑預(yù)制鋼筋混凝土的重要的構(gòu)件，其特點是強度較高、施工方式快捷方便，而且單樁的承載能力較好。在工業(yè)以及民用建筑中具有比較廣泛的應(yīng)用。在近年來我國建筑基礎(chǔ)施工中常見黏性土、粉土、雜填土等濕陷性黃土地基，通過應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁能夠發(fā)揮較好的優(yōu)勢，提高建筑穩(wěn)定性和安全性，并對環(huán)境和成本控制具有一定意義。

1 工程概況

本次工程為山西省某產(chǎn)業(yè)園內(nèi)廠房建筑建設(shè)項目。其地面以上高度為23.7m，4 層建筑，主體為框架結(jié)構(gòu)。在其地基施工中，基礎(chǔ)埋深深度為1.5m。經(jīng)勘察發(fā)現(xiàn)該建筑基礎(chǔ)區(qū)域存在非自重濕陷性黃土，自然地面以下25m 深度內(nèi)的地基土巖性為黃土狀粉土、粉砂以及礫砂等，共有7 層。同時該場地內(nèi)未揭露穩(wěn)定的地下水，在實際施工中可忽視地下水對基礎(chǔ)材料的腐蝕現(xiàn)象。為加強該建筑的穩(wěn)定性和安全性，施工企業(yè)綜合考慮下，選擇在建筑基礎(chǔ)中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁工藝。

2 地基基礎(chǔ)處理方案比選

針對本次工程的實際情況，結(jié)合建筑的地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)、荷載特征以及環(huán)境等，提出兩種地基基礎(chǔ)處理方案，施工企業(yè)以經(jīng)濟性、技術(shù)性和工期等為指標(biāo)，對三七灰土換填墊層加固方案和管樁基礎(chǔ)加固方案進行比選。綜合各方面因素，施工企業(yè)選定預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工方案，具體分析如下：

根據(jù)該建筑地基的巖土工程勘察結(jié)果，其天然地基呈現(xiàn)不均勻的現(xiàn)狀，并且承載力相對較低，難以滿足基底壓力設(shè)計的具體要求。同時場地下還存在非自重濕陷性黃土，為保證建筑地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，可選用三七灰土墊層處理工藝，符合相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。但由于該地基基礎(chǔ)埋深1.5m，必須要增加基坑支護，導(dǎo)致造價成本提高，并且該工藝施工周期較長，可能會對整體施工進度產(chǎn)生影響。因此施工企業(yè)對該方案不予采用。

而選擇管樁基礎(chǔ)加固，其是因為該建筑的單柱荷載較大，同時相對集中。能夠嚴(yán)格控制地基強度和變形情況，保證絕對沉降與不均勻沉降在允許范圍之內(nèi)[1]。同時管樁自身的承載力較高，具有良好的抗彎性能、成樁質(zhì)量較為可靠，安全性好，適用于本場地的地基地質(zhì)條件。另外管樁基礎(chǔ)加固相比于三七灰土換填墊層加固工藝，更符合環(huán)保要求，且施工速度快、周期較短等，在成本、進度、文明施工等方面更具優(yōu)勢。

3 管樁基礎(chǔ)及成樁施工

3.1 管樁基礎(chǔ)施工方案

按照本次建筑的設(shè)計要求，其地基基礎(chǔ)形式設(shè)置為管樁+承臺基礎(chǔ)的形式。對于管樁成樁選擇靜壓法成樁技術(shù)。由于該廠房建筑的絕對高程為812.60m，樁端持力層為粉土層，可確定有效管樁樁長為10m、樁徑為500mm。并結(jié)合施工現(xiàn)場巖土工程勘察報告，得到管樁樁基參數(shù)，如表1 所示。并在施工前開展相應(yīng)的試樁活動，根據(jù)單樁豎向承載力極限值計算公式，即是Quk=u∑qsikli+qpkAp=0.5×3.14×（25×2.0+30×2.2+110×3.3+65×2.5）+0.252×3.14×2100=1419kN。以此明確本次建筑基礎(chǔ)設(shè)置管樁的總樁數(shù)為388 根，單樁極限承載力應(yīng)當(dāng)在1400kN 以上，設(shè)計等級為乙級。

表1 本工程靜壓管樁極限側(cè)阻力與極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值

3.2 管樁靜壓成樁施工工藝

在開展管樁靜壓成樁施工工藝時，其主要流程如圖1 所示，在本次工程中具體步驟如下：

圖1 本工程管樁靜壓成樁施工工藝流程

（1）樁機就位。施工人員嚴(yán)格按照相關(guān)程序和說明書安裝靜力壓樁機，將其配重平衡配置在平臺上。當(dāng)樁機就位以后要對準(zhǔn)樁位并啟動平臺支腿油缸，保持其水平狀態(tài)。然后啟動門架對油缸進行支撐，為保證管樁的有效吊插可適當(dāng)微傾門架[2]。

（2）起吊管樁。操作人員先對吊裝鋼絲繩以及索具等進行拴好固定，在利用索具捆綁樁上約50cm 的部分。再啟動吊機對管樁進行吊起，保證樁尖對樁位對準(zhǔn)，緩緩插入土層中。這一過程需要保證樁帽與樁的周邊留有約5～10mm 間隙，并設(shè)置相應(yīng)的襯墊。在本次工程中可采用10cm 厚度的硬木板。

（3）穩(wěn)樁與壓樁。當(dāng)樁尖順利插入到樁位后，應(yīng)當(dāng)先扣好樁帽，再啟動壓樁油缸。當(dāng)樁入土深度達到50cm 時，應(yīng)當(dāng)對樁的垂直度和平臺水平度進行校正，控制其縱橫雙向垂直偏差在0.5%以內(nèi)。并啟動壓樁油缸，控制壓樁速度在2m/min。

（4）壓樁順序。本次工程樁數(shù)較多，為保障施工作業(yè)的有序性和高效性，將樁基進行分段。在各段進行連續(xù)壓樁，同一根樁的中間停歇時間不得超過30min[3]。

（5）接樁。該環(huán)節(jié)施工人員可采用鋼端板焊接法，即是在樁段的頂端與地面距離在1m 時，進行接樁。實際操作方法是先將下段樁頂進行清洗，并安裝定位板。再將上段樁吊放在下段樁端板上，按照定位板進行接直。如果接頭處有空隙存在，可利用楔形鐵片進行全部填實和焊牢，在拼接處的坡口槽位置實施分層對稱。并且在焊接時，需要控制焊接變形，保證焊縫具有連續(xù)性和飽滿性。在焊接后應(yīng)當(dāng)清除焊渣。另外，在接樁的過程中，需要在樁尖穿過硬土層以后再開展，保證上下段的中心線偏差控制在5mm 以下。同時節(jié)點彎曲矢高應(yīng)當(dāng)小于樁段的0.1%。等到接樁焊縫自然冷卻10～15min 時，對外露鐵件進行刷防銹漆[4]。

（6）送樁。在該環(huán)節(jié)中，應(yīng)當(dāng)保障送樁工具中心線與樁身相吻合，如果在施工中出現(xiàn)樁頂不平整，則需要利用麻袋或者厚紙等進行墊平。其送樁深度不能超過2m，最后回填留下的樁孔。

（7）穩(wěn)壓。如果壓樁力達到兩倍設(shè)計荷載，或者是樁端達到持力層時，可立即進行穩(wěn)壓工作。一般情況下，樁長小于15m 且其為黏性土持力層時，應(yīng)當(dāng)取2 倍設(shè)計荷載作為穩(wěn)壓力，控制穩(wěn)壓次數(shù)不低于5 次，每次維持1min。

（8）預(yù)應(yīng)力混凝土管樁質(zhì)量檢測。在預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工結(jié)束后，需要對其質(zhì)量進行檢測。在本次工程中采取單樁豎向抗壓靜載荷試驗法，即是綜合考慮動測結(jié)果、施工情況以及平面分布等因素，可選擇3 根管樁進行試驗。操作中可將3 根管樁最大加荷到兩倍設(shè)計值，分為9 級加載，測得管樁累計沉降值為9.24mm、8.37mm 以及7.58mm。以此為依據(jù)判斷管樁的承載力。同時預(yù)應(yīng)力混凝土管樁從成樁到質(zhì)量檢測的間歇時間，應(yīng)當(dāng)不少于15d，當(dāng)樁身與土體充分結(jié)合并趨向穩(wěn)定狀態(tài)時，可進行試驗。在本次工程的質(zhì)量檢測中，3 根樁在各級荷載下，均有較小的沉降量，說明其承載力符合設(shè)計要求。而且在卸載后發(fā)現(xiàn)沉降的回彈力相對較小，則管樁的樁周摩擦阻力和端承力能夠正常發(fā)揮。

4 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的應(yīng)用優(yōu)勢分析

結(jié)合本次工程實踐，在建筑基礎(chǔ)中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有諸多優(yōu)勢。首先管樁的強度較高，而且造價較低，在實際運用過程中，單樁承載力能夠滿足設(shè)計要求。同時管樁的適用范圍較廣，在非自重濕陷性黃土中仍能發(fā)揮良好的作用，對工業(yè)和民用建筑的基礎(chǔ)處理應(yīng)優(yōu)先選擇預(yù)應(yīng)力混凝土管樁；其次，在特殊地質(zhì)的建筑基礎(chǔ)施工中，應(yīng)用管樁基礎(chǔ)，能夠順利傳統(tǒng)濕陷性黃土等土層，促使樁端能夠支撐在非濕陷性、壓縮性較低的巖土層中，可最大限度保障建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和安全性；再次，在非自重濕陷性黃土地基場地，對管樁單樁豎向承載力進行計算時，對于濕陷性黃土層內(nèi)的樁長部分可樁周土在飽和狀態(tài)下的樁側(cè)正摩阻力，便于施工快捷、高效的推進；最后，在建筑基礎(chǔ)中應(yīng)用靜壓成樁工藝，具有噪聲低、無振動、對環(huán)境產(chǎn)生污染小、施工速度快等優(yōu)勢?？扇觳婚g斷開展作業(yè)，有利于縮短工期進度，增加時間效益，進而實現(xiàn)工程整體效益得到提升。

5 結(jié)語

綜上所述，在建筑基礎(chǔ)施工中，如出現(xiàn)非自重濕陷性黃土，則需要采取有效的加固方案，以保障上部建筑的穩(wěn)定性和安全性。而管樁相比于其他加固方案具有明顯的優(yōu)勢，尤其是預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。在實際工程建設(shè)環(huán)節(jié)，通過采用管樁+承臺基礎(chǔ)的形式、利用靜壓成樁施工工藝，能夠有效的提高單樁承載力，滿足相關(guān)設(shè)計要求。同時應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁方案，有利于降低造價、提高效率，并符合文明施工規(guī)定，對工程的經(jīng)濟效益和社會效益的提升具有積極作用。