預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與鉆孔灌注樁的工程特性對(duì)比研究

歐陽(yáng)偉波 城地建設(shè)集團(tuán)有限公司

1 前言

為確保工程的高質(zhì)量建設(shè)，有效發(fā)揮作用，采用符合實(shí)際情況的施工方案。具體在樁基工程建設(shè)過程中，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與鉆孔灌注樁較為常見，不同樁施工技術(shù)具有不同特點(diǎn)，本文對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與鉆孔灌注樁的工程特性進(jìn)行對(duì)比分析，相關(guān)內(nèi)容如下。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁PHC技術(shù)及其應(yīng)用

2.1 技術(shù)概況

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁PHC技術(shù)是指結(jié)合PHC管樁的應(yīng)用，即結(jié)合混凝土材料制備成PHC管樁，該管樁的制備過程中通常應(yīng)用離心工藝來實(shí)現(xiàn)。由于混凝土在實(shí)際的制備過程中會(huì)受到環(huán)境以及養(yǎng)護(hù)措施的影響，因而在對(duì)PHC管樁進(jìn)行制備的過程中，需要滿足蒸汽養(yǎng)護(hù)的條件，將環(huán)境控制在10個(gè)大氣壓、1800℃的范圍之內(nèi)，而在這個(gè)條件下對(duì)管樁進(jìn)行制備，能夠使其最終形成混凝土預(yù)制構(gòu)件，這種預(yù)制構(gòu)件通常呈空心圓筒型。而根據(jù)混凝土原料、壁厚的不同將管樁分為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁、薄管管樁等；而根據(jù)施工工藝，又可以分為先張法和后張法預(yù)應(yīng)力管樁。

預(yù)應(yīng)力管樁在實(shí)際施工過程中，常見的施工方法主要有靜壓法與錘擊法，均屬于沉樁工藝，一般主要結(jié)合地質(zhì)條件的實(shí)際情況進(jìn)行施工方法的選擇。

2.2 工程案例

某樁基工程項(xiàng)目，總占地面積48860.80m2，總建筑面積118957.49m2，主要有綜合樓、1#車間、2#車間、3#車間、110降壓站、地下水池及泵房、門衛(wèi)室等組成。建筑高度22.82m，建筑面積3151.32m2，地下室水池及泵房周長(zhǎng)233m，建筑面積2905.7m2，埋地油罐4.9m，消防水池開挖深度6.4m，泵房7.2m，吸水溝7.8m?；A(chǔ)形式為樁承臺(tái)基礎(chǔ)，主體結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，局部框剪結(jié)構(gòu)，抗震等級(jí)為一級(jí)和二級(jí)。

2.2.1 地質(zhì)條件

勘察資料揭露場(chǎng)地地面下65.50m以內(nèi)的地層，按其沉積環(huán)境、成因類型以及土的工程特性，自上而下可分為8個(gè)工程地質(zhì)層及6個(gè)亞層。具體如表1所示。

綜上，考慮項(xiàng)目地質(zhì)較差，樁基擬采用預(yù)應(yīng)力管樁，工程抗壓樁為摩擦樁。

2.2.2 預(yù)應(yīng)力管樁施工及其質(zhì)量控制

項(xiàng)目樁基設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力管樁PHC-600（130）AB-C80，樁長(zhǎng)為42m～47m，入土深度為45m～50m，樁較密，場(chǎng)地東側(cè)為已建廠房，該廠房距離現(xiàn)施工樁最近距離為5m，且為淺基礎(chǔ)，廠房跨度大，設(shè)備多，對(duì)變形比較敏感，減少樁基施工對(duì)東側(cè)廠房的影響成為該樁基施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

施工過程中，東側(cè)設(shè)置應(yīng)力釋放孔+輕型井點(diǎn)降水井減壓的方式減少靜壓樁所產(chǎn)生的應(yīng)力，采用Φ400的樁孔，樁孔深為30m，間距1m，布置2排呈梅花型布置，排距1m，輕型井點(diǎn)沿東側(cè)應(yīng)力釋放孔外側(cè)每40m布置一套，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，輕型井點(diǎn)按需降壓。為了確保施工質(zhì)量，科學(xué)合理的安排施工順序，如采用入土深度先長(zhǎng)后短、先高后低的施工方式，與此同時(shí)，確保打樁速率的科學(xué)合理。施工過程中，嚴(yán)格按照施工圖紙要求，確保預(yù)應(yīng)力管樁安裝位置的準(zhǔn)確，加強(qiáng)測(cè)量放線工作的管控，以測(cè)量3次取平均值為準(zhǔn)。統(tǒng)籌規(guī)劃，避免施工交叉影響、施工次序混亂的現(xiàn)象發(fā)生。

表1地基土承載力特征值表（部分）

3 鉆孔灌注樁技術(shù)及其應(yīng)用

3.1 技術(shù)概況

鉆孔灌注樁是指在工程現(xiàn)場(chǎng)通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠壓或人工開挖等方式在地基土中形成孔洞，放置鋼筋芯，并灌注混凝土，達(dá)到加固樁基的效果。具體施工階段，要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的樁孔位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保樁孔位置的設(shè)計(jì)合理，只有在鉆孔大小和尺寸符合工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，才能進(jìn)行下一階段的灌注工作。

3.2 工程案例

以某主題樂園工程項(xiàng)目為例，建筑面積200000m2，共計(jì)18個(gè)單體。其樁基工程為灌注樁工程，樁徑為600mm/700mm灌注樁，總計(jì)85759.62m3，樁長(zhǎng)約45m、67m和69m。結(jié)合實(shí)際施工情況，由于樁長(zhǎng)較長(zhǎng)且土質(zhì)不好，導(dǎo)致樁的垂直度控制較困難，而這種情況也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)孔斜的現(xiàn)象，給鉆孔作業(yè)增加不必要的負(fù)擔(dān)。對(duì)此，采取措施如下。

（1）枕木在鉆孔灌注樁的施工中發(fā)揮著重要的作用。為了減少樁基出現(xiàn)的問題，可以通過增加枕木的數(shù)量來提高鉆塔的穩(wěn)定性。作為樁基作業(yè)的基礎(chǔ)性工程，鉆塔的穩(wěn)定性對(duì)鉆機(jī)的加固和穩(wěn)定具有重要的作用。

（2）在一般的樁孔施工過程中，鉆頭是否帶有導(dǎo)正性能也會(huì)對(duì)樁孔是否發(fā)生傾斜產(chǎn)生一定的影響。為了盡量減少孔斜現(xiàn)象的發(fā)生，在樁基鉆孔的過程中注意選擇具有導(dǎo)正性能的鉆頭來進(jìn)行施工作業(yè)?，F(xiàn)階段解決這種問題的方案是采用導(dǎo)正性能較好的籠式雙腰帶鉆頭，在應(yīng)用這種鉆頭時(shí)，保證導(dǎo)正器腰帶與鉆頭腰帶之間的間距控制在3m，還要注意保證鉆頭的翼板能夠在作業(yè)的過程中均勻受力。

（3）鉆桿的接管應(yīng)采用高強(qiáng)度的法蘭和帶鋸齒的法蘭，并有良好的導(dǎo)正性，鉆桿連接后，鉆桿支柱應(yīng)垂直保持。

（4）全孔減壓狀態(tài)下鉆進(jìn)，鉆桿柱懸掛起來，以保證鉆機(jī)在施加鉆壓時(shí)的垂直鉆進(jìn)。

（5）如果在接觸面的孔段遇到地層變化，應(yīng)放慢進(jìn)尺速度，在鉆桿穿過接觸面到下一個(gè)地層后，拉起鉆桿重復(fù)鉆進(jìn)，以避免接觸面不平整造成孔的傾斜。

通過采取可靠的措施，有效地解決了孔斜的問題，保證了施工質(zhì)量，也確保了工期。

4 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和鉆孔灌注樁工程特性對(duì)比

根據(jù)上述工程樁基方案的落地，圍繞在不同工況下樁基施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，歸納如下。

4.1 工程地質(zhì)適應(yīng)條件比較

受限施工方式，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁通常會(huì)采用靜壓和錘擊施工，這就對(duì)地質(zhì)條件要求相對(duì)較高，故大多情況下適應(yīng)于普通地質(zhì)結(jié)構(gòu)，即一般適應(yīng)于軟土、黏土、砂土、風(fēng)化基巖地質(zhì)，方能夠呈現(xiàn)出良好的應(yīng)用效果。但如果在實(shí)際施工過程中遇到地層內(nèi)部存在難以消除的障礙物、大塊孤石時(shí)，這種技術(shù)的應(yīng)用效果不理想。

相對(duì)于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，選用鉆孔灌注樁施工技術(shù)可有效避免對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)造成影響。

（1）當(dāng)?shù)鼗┕み^程中存在厚土層、暗流、深坑等自然地質(zhì)情況時(shí)，不能將基層用作持力層，在地基的實(shí)際施工場(chǎng)地出現(xiàn)可液化土層時(shí)，為了確保樁基施工階段的穩(wěn)定、可靠，可以結(jié)合鉆孔灌注樁技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)山區(qū)工程的施工，存在坡地覆土層薄厚不一，梯度較大時(shí)，也可以結(jié)合鉆孔灌注樁技術(shù)的應(yīng)用。

（2）針對(duì)倉(cāng)庫(kù)、港口等大面積的建筑工程，地層若存在軟土地基形式，容易受到不均勻沉降的影響，產(chǎn)生地面的凹陷等問題，此時(shí)可應(yīng)用鉆孔灌注樁技術(shù)解決有關(guān)問題。

（3）對(duì)某些具有特殊要求的建筑，可以結(jié)合鉆孔灌注樁技術(shù)的應(yīng)用，如對(duì)地基沉降具有嚴(yán)格要求的廠房、一些承受動(dòng)力載荷的設(shè)備基礎(chǔ)等。

4.2 兩種樁結(jié)構(gòu)的優(yōu)、缺點(diǎn)比較

4.2.1 PHC管樁的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

PHC管樁是結(jié)合生產(chǎn)工藝制備而成的樁體，生產(chǎn)階段，通過嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，確保質(zhì)量。故管樁本身在工程項(xiàng)目的施工過程中就需要滿足較高的可靠性要求，因而在樁基的施工速度、施工質(zhì)量等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，PHC管樁與其他材質(zhì)的管樁最大的區(qū)別就是其應(yīng)用的PHC材料能夠滿足不同的設(shè)計(jì)要求、較高的施工效率還能夠減少施工的周期，并且能夠最大限度地控制和減少材料成本的消耗。

而從缺點(diǎn)來看，PHC管樁在實(shí)際的施工過程中由于制作的工藝比較復(fù)雜，因而需要消耗一定的資金來實(shí)現(xiàn)PHC材料的制作。而在具體的PHC管樁施工過程中，無(wú)論是錘擊法還是靜壓法都會(huì)因噪聲污染或施工設(shè)備搬運(yùn)困難而給實(shí)際的施工作業(yè)造成影響。除此之外，擠土效應(yīng)以及送樁深度等都會(huì)對(duì)PHC管樁的施工作業(yè)造成一定的影響，因而這種管樁仍具有一定的限制條件。

4.2.2 鉆孔灌注樁的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

（1）承載力高，施工建設(shè)過程中樁的布置間距較大，適宜大面積建筑施工；（2）適應(yīng)性良好，鉆孔灌注樁的應(yīng)用中可以穿越復(fù)雜的地層環(huán)境，樁的端部可有效嵌入地層中，包括嵌入基巖中，隨時(shí)觀察地層情況進(jìn)而利于及時(shí)解決施工中的問題；（3）施工設(shè)備簡(jiǎn)單，鉆孔灌注樁在實(shí)際應(yīng)用過程中需要結(jié)合太過復(fù)雜的設(shè)備，施工階段無(wú)噪音現(xiàn)象，也無(wú)濃煙排放，這對(duì)環(huán)境的影響小，對(duì)周圍建筑、路面等也不會(huì)產(chǎn)生危害，可以保障較高的施工效率；（4）具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，成本投入相對(duì)預(yù)制樁而言，可以節(jié)約20%的成本，另外，灌注樁的配筋率相對(duì)較低，有利于減少成本投入；（5）抗震性良好，鉆孔灌注樁既能夠豎向載荷，也能夠承受橫向載荷，因此，實(shí)際應(yīng)用中不僅能夠起到支護(hù)樁的作用，還能夠?yàn)楣こ添?xiàng)目的地下室等工程的施工提供一定的便利條件。

從灌注樁的不足來看，由于在實(shí)際的施工過程中會(huì)存在許多不確定的現(xiàn)場(chǎng)因素，因而影響灌注樁質(zhì)量的因素也比較多，無(wú)論是縮徑、斷樁還是樁身局部夾泥、樁身混凝土離析等情況和事故的發(fā)生，都會(huì)對(duì)灌注樁的質(zhì)量造成一定的影響，而像樁底沉渣問題由于難以控制而成為灌注樁在施工過程中的難點(diǎn)問題。

4.3 兩種樁結(jié)構(gòu)的承載特性比較

預(yù)應(yīng)力管樁在實(shí)際的沉樁過程中容易出現(xiàn)的土塞現(xiàn)象也會(huì)對(duì)樁基的質(zhì)量和穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。基于外界載荷的綜合作用下，會(huì)產(chǎn)生樁土的差異性沉降，促使管樁的摩擦阻力得到提升。管樁在沉樁過程中出現(xiàn)的土塞現(xiàn)象會(huì)受到荷載力大小的影響而呈現(xiàn)出不同的現(xiàn)象，當(dāng)荷載力較小時(shí)，土塞現(xiàn)象不會(huì)對(duì)管樁的質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，當(dāng)土塞底部受到較大的反力作用時(shí)，土塞和管樁之間會(huì)因出現(xiàn)差異沉降而影響樁基的質(zhì)量。而在這個(gè)過程中，判斷荷載力大小的主要標(biāo)準(zhǔn)就是土塞對(duì)管樁內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦阻力。

鉆孔灌注樁成樁工藝中，結(jié)合鉆孔機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用，在土中鉆成樁孔，而后在孔內(nèi)放入筋骨架，再注入混凝土材料，混凝土材料凝固后成樁，可以有效提升土地結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性，沉降量也相對(duì)較小。同樣，鉆孔灌注樁一般直徑較大，除了可以承載巨大的垂直負(fù)荷，還也承受巨大的水平負(fù)荷。

4.4 承載力增長(zhǎng)機(jī)制比較

預(yù)應(yīng)力管樁與灌注樁施工后，承載力均會(huì)得到提高，針對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁分析可知，承載力升高的主要原因?yàn)橥恋墓袒?，凝結(jié)。從施工特點(diǎn)來看，施工階段水的壓力消散，樁側(cè)會(huì)發(fā)生固結(jié)，隨之土的有效應(yīng)力、密實(shí)度會(huì)增大。鉆孔灌注樁的施工應(yīng)用后，在孔內(nèi)放入筋骨架，再注入混凝土材料，混凝土材料凝固成樁，基于樁體本身的強(qiáng)度，進(jìn)而提升工程結(jié)構(gòu)的承載力。施工過程中，并不會(huì)引起超孔隙水壓力，與此同時(shí)，在經(jīng)過預(yù)應(yīng)力管樁以及灌注樁的施工后，土層也不會(huì)受到太大的影響，這樣就能夠?qū)⒌鼗某休d力提高幅度控制在合理的范圍之內(nèi)，而樁孔灌注樁的承載力在發(fā)生觸變影響之后還能夠恢復(fù)原狀。

5 比較結(jié)果分析

結(jié)合預(yù)應(yīng)力PHC管樁施工方案，具有單樁承載力高、適用范圍廣、施工速度快的優(yōu)勢(shì)，在經(jīng)濟(jì)價(jià)格上也具有優(yōu)勢(shì)。結(jié)合灌注樁施工工藝，具有適應(yīng)性良好，承載力高等特點(diǎn)。

基于此，根據(jù)對(duì)比結(jié)果的分析可知，在實(shí)際應(yīng)用這兩種方法時(shí)，要根據(jù)不同工程項(xiàng)目對(duì)樁基的施工要求來選擇合適的方法，在綜合分析后，再分析不同施工技術(shù)的適用性，合理選擇樁基的施工工藝。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，樁基施工對(duì)保證建筑工程項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量、工程的穩(wěn)定性、安全性具有重要影響。結(jié)合實(shí)際工況條件，可以采用靈活采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與鉆孔灌注樁兩種方案，不同結(jié)構(gòu)樁基的特點(diǎn)不同，但均能滿足設(shè)計(jì)要求。