復雜巖土地基中靜壓預應力管樁應用的相關(guān)問題分析

王家勇

（武漢市給排水工程設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430024）

0 引言

從建筑行業(yè)的發(fā)展來看，預應力管樁建筑樁基工藝的應用范圍是非常廣泛的，其具備一定的影響力。考慮到其兼有強度大、質(zhì)量好、穿透性強、容易檢測等方面的優(yōu)勢，現(xiàn)今，在很多建筑項目中能夠得到全面推廣。從現(xiàn)實角度來看，預應力管樁則是通過一些相對獨特的技術(shù)而創(chuàng)建的一類預制樁，一般是通過一個細長空心的高強度混凝土制作而成的，一些生產(chǎn)企業(yè)運用先張法預應力技術(shù)，通過離心制作、蒸汽養(yǎng)護等設(shè)計而成，其規(guī)格類型豐富，并且品質(zhì)良好，且具有較高的單樁承載力，所以在成本控制、施工效率等方面的優(yōu)勢非常明顯，總之由于其存在非常強的應用性能，所以在施工現(xiàn)場能夠廣泛運用，并且也愈來愈受到建筑業(yè)主們的歡迎與支持，對此在實際操作期間，已經(jīng)完全取代了灌注樁。不過考慮到一些復雜巖土地基等存在的一些特殊性，如果對靜壓預應力管樁的應用要求了解不全面，對具體的操作技巧了解不深入，則會出現(xiàn)隨意應用與建設(shè)等問題，比如露樁、短樁、擠土效應與振動、沉樁期間出現(xiàn)淺層障礙無法持續(xù)沉樁等，必然會引發(fā)出一些問題及安全隱患，甚至會對施工建設(shè)進程造成阻礙與限制。本文站在設(shè)計及應用層面，思考復雜巖土地基中引入靜壓預應力管樁存在的問題，然后結(jié)合實踐應用要求，總結(jié)出具體的應用策略與方法。

1 擠土效應與振動影響

1.1 原因探討

在靜壓法施工建設(shè)的過程中，一般可以將向其稱作為擠土效應。擠土效應是因為沉樁過程中能夠讓周圍的土體結(jié)構(gòu)受到振動，必然會對土的受力狀態(tài)進行調(diào)整與轉(zhuǎn)變，由此會形成擠土效應?？紤]到樁機在施工建設(shè)期間焊接操作周期長一些，樁接頭的頻率多，同時焊接品質(zhì)不佳，施工建設(shè)工藝與方法不到位，每天造樁數(shù)量集中、壓樁速率較高、布樁過于密集，一般會導致擠土效應愈加明顯[1]。

一些學者站在理論層面進行分析，擠土效應一般又稱作為“浮樁”，管樁在施工建設(shè)期間一般會出現(xiàn)地基應力，而且在壓樁期間樁體通常會對土體造成一定的擠壓，導致地基中出現(xiàn)非常大的超孔隙水壓力。在管樁分別相對密集的區(qū)域，壓樁期間樁體通常會對土體的擠壓效應非常明顯，由此會導致超孔隙水壓力變大。如果場地分布存在非常厚的透水性比較弱的黏土、淤泥等，那么超孔隙水壓力的消散周期比較長，必然會導致樁周土體出現(xiàn)垂直隆起、橫向位移等變化；由此來看，這一狀態(tài)必然會對樁周土體造成擾動與重塑，使其結(jié)構(gòu)性能出現(xiàn)破壞，引起土體的工程性質(zhì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)變。如果樁側(cè)摩阻力減小，必然會導致周圍樁上浮、錯位、斷裂等，對基礎(chǔ)安全與穩(wěn)定性等造成破壞。另外，靜壓預應力管樁引起的浮樁問題，也和地質(zhì)環(huán)境、樁型不科學、布樁太過密集、施工速度滯緩等存在一定的相關(guān)性。

1.2 防控策略

（1）必須適量地調(diào)整布樁的密度，如果密度比較大的話，則需要選擇預鉆孔沉樁法進行操作，其孔徑通常比樁徑明顯小約50～80mm，深度一般是樁長的30%～50%。在施工操作期間，必須隨鉆隨打，不過一定要避免出現(xiàn)封閉樁問題。

（2）必須嚴格調(diào)整沉樁的速度，通常需要限定在1m/min以內(nèi)；結(jié)合樁入土的深度變化來看，則需要設(shè)計最理想、科學的流水路線，一般是遵循“先長再短、先高再低”等原則。如果樁的密度比較密集的話，同時與建筑物的距離比較遠，那么其場地相對空闊一些，必須在中間朝著周圍不斷輻射；若樁的密度比較大，同時一端與建筑物相貼近的話，必須在周圍建筑物的一端進行施工建設(shè)，然后慢慢地朝著遠處進行推進；結(jié)合這一操作秩序進行考慮，則需要盡可能地預防因為基坑周圍的防護結(jié)構(gòu)造成土體不能擴散，導致管樁被之后施工建設(shè)的管樁擠壓等問題出現(xiàn)，也能夠規(guī)避基坑在壓樁期間使土體擴散而擠壓周圍的防護結(jié)構(gòu)，促使其止水效果不斷減弱[2]。

（3）增設(shè)袋裝的砂井與塑料排水渠，由此能夠盡可能地降低超孔隙水壓，達到避免擠土問題；增設(shè)隔離板或者地下連續(xù)墻，盡可能地避免擠土效應。另外，也可以通過增加泄壓孔的方式來大大提升超孔隙水壓力的消散效率。對于泄壓孔而言，其通常需要配置塑料排水板、垂直砂井等。

（4）當沉樁操作期間，必須加強靠近建筑物、地下管道等監(jiān)測等，針對周圍一些相對重要且關(guān)鍵的管道、建筑物等，則需要將其調(diào)整成其他樁型。

（5）需要調(diào)整施工期間的停歇時長，縮減時間休息期，一般來說摩阻力變大的話，則會對樁機的具體施工造成一定的影響，從而引起沉樁難度加大。也需要盡可能地避免在砂質(zhì)粉土、砂土等硬土層中實施焊接固定，確定最標準、規(guī)范的樁長。在建筑操作期間，必須注意相同承臺中的群樁，接頭無法再相同截面中，必須互相錯開，預防出現(xiàn)土壓力、水壓力等，避免其對樁身造成剪切破壞等[3]。

（6）加強監(jiān)測，靈活調(diào)整壓樁秩序與進度。從對地基側(cè)向位移、地面與樁的隆起、孔隙水壓力與周圍建筑物變化等觀察來看，則需要靈活性地調(diào)整壓樁秩序，確保其進度等符合標準要求[6]。

2 沉樁期間出現(xiàn)淺層障礙不能持續(xù)沉樁

2.1 原因分析

考慮到在勘察地質(zhì)檢測的過程中，并未特別關(guān)注淺層障礙物、區(qū)域土層分布深度與特性等，引起沉樁問題則會出現(xiàn)淺層的老地基、大孤石等，如果出現(xiàn)深層的硬塑黏土、密實砂層、沙碩石層等問題，一般會導致不能繼續(xù)施工建設(shè)。

2.2 防治策略

首先，在實施打樁操作之前，必須全方位地了解之前的建筑類型及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時還需要實施深樁操作處理；針對淺層的障礙物問題，一般需要通過挖掘機進行清理，如果對后續(xù)的施工建設(shè)造成一定阻力的話，則需要通過鉆機把障礙物進行擊穿，避免挪動樁架等強迫回板等動作出現(xiàn)。

其次，設(shè)置的樁機能量大小一般要符合標準規(guī)定，同時還需要與樁徑、樁長、地質(zhì)環(huán)境等相吻合，方可滿足施工要求，確保能夠穩(wěn)健施工建設(shè)[4]。

3 露樁與短樁

3.1 原因分析

在對復雜巖土地基進行施工建設(shè)期間，如果靜壓預應力管樁的持力層變化比較大，且樁身的土層分布失衡，再加上一些兼有地下室的項目同時具有送樁等操作要求。如果整體組織規(guī)劃與設(shè)計等不夠具體、完善等，再加上場地地層的標高不合理、配樁不夠精準等情況下，在實施項目操作期間，一般會出現(xiàn)露樁、短樁等問題，這必然會出現(xiàn)資源損耗或浪費等問題，甚至還會對整個施工質(zhì)量造成一定的破壞與阻擾。

3.2 防治策略

（1）確定持力層變化趨勢，并客觀性地分析持力層性質(zhì)，在特殊情況下必須要認真進行施工勘察，精準確定各種類型土層的等高線與持力層深度等。

（2）針對各類典型性、特殊性的地層來說，必須要對其實施現(xiàn)場試樁測試，且結(jié)合試樁情況來進一步確定成樁的規(guī)范化標準與配樁工藝，由此能夠盡可能地預防露樁、短樁等問題出現(xiàn)。

4 靜壓預應力管樁的設(shè)計與施工

由于現(xiàn)場預制樁的質(zhì)量較好，且承載力也非常大，與灌注樁進行對比，優(yōu)勢突出，不過其成本卻非常高。另外，因為灌注樁的施工質(zhì)量比不上預制樁，而成本卻明顯減少。結(jié)合制作工藝等差異性來看，其能夠間接地促進鋼筋樁的飛躍發(fā)展。由此來看，預制樁不但能夠在強調(diào)方面達到施工作業(yè)的基本要求，而且還能夠驗算樁在起吊運輸、吊立、捶打等過程中的應變力等。最重要的是根據(jù)一些實驗研究能夠發(fā)現(xiàn)，常規(guī)鋼筋樁的配置一般與起吊、吊立的強度變化有著密切的相關(guān)性。將樁芯剝離出來，必然不會對樁的承載力帶來影響，而且還能夠節(jié)省混凝土的數(shù)量，進一步降低起吊重量。若沉樁技術(shù)進行改革與創(chuàng)新，則需要把錘擊沉樁調(diào)整成靜壓沉樁，這不但能夠大大減少錘擊沉樁的動力，還能夠減少噪聲，對優(yōu)化作業(yè)環(huán)境、改善城市環(huán)境等帶來一定的積極作用。所以選擇靜壓預應力管樁已成為靜壓沉樁工藝改革的一個主流方向與發(fā)展態(tài)勢。

4.1 單樁承載力的計算

對于施工設(shè)計者來說，通常需要結(jié)合“建筑樁基工藝規(guī)范”確定的地質(zhì)物理指標與承載力之間的關(guān)系來計算單樁承載力。一般來說，按照標準規(guī)定來看，單樁承載力明顯小于單樁靜載測試確定的數(shù)據(jù)，結(jié)合其最終的數(shù)據(jù)來看，大部分已經(jīng)竣工的建筑工程的沉降量都是有限的，基本上符合建筑行業(yè)的規(guī)范化應用需求，對此管樁的單樁承載力一般無法結(jié)合固定的公式進行統(tǒng)一計算，不然的話會引起項目投入成本增加，甚至會導致消耗變大[5]。另外，在選擇預應力管樁的情況下，通常具有一定的便捷性，由于在管樁工廠化加工與設(shè)計過程中，樁長一般需要結(jié)合埋深的要求進行靈活調(diào)整，設(shè)計人員在確定樁徑、長度等過程中，需要需要將其由工廠拉到施工現(xiàn)場進行測試，無須像預制樁一樣需要在現(xiàn)場進行養(yǎng)護1個月乃至到工期，一般來說，在打樁1周后即可給予試打。所以，根據(jù)本項目規(guī)劃與設(shè)計來看，則需要選擇試打樁和工程樁相融合等策略。

4.2 靜壓管樁的施工質(zhì)量檢測與控制

在實施靜壓管樁的過程中，其中一個不容忽視的難題是復雜巖土地基等引發(fā)的一系列問題。由于其持力層的坡度是不穩(wěn)定的，具有起伏不平等特點，一般需要通過開口型樁尖來大大提升樁的嵌巖性能，若要預防樁尖的滑動，選擇開口樁尖的最大優(yōu)勢是砂土能夠持續(xù)性地滲透到樁腔中，利用上擠力、腔壁摩擦力等實現(xiàn)平衡效應，由此能夠達到土塞目的，并且也能夠進一步地提升單樁承載力。考慮到樁長短各有不一，無法統(tǒng)一調(diào)整施工壓樁力，必須要對其實施動態(tài)性的調(diào)整，在給予壓樁期間，必須嚴格、認真、精準地記錄壓樁時間，同時對壓力表進行精準讀數(shù)，并確定壓樁深度，具體來說，必須要對其實施持續(xù)壓樁，同時還需要嚴格調(diào)整壓樁的操作速度，通常是為1～2m/min[6]。

5 工程實踐

5.1 工程概況與地質(zhì)特征分析

擬建項目是地下2層、地上22層綜合大廈，建筑面積是32700m2，選擇框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。結(jié)合地質(zhì)勘查要求，場地土層的分布是從上至下進行設(shè)計，其分別是：雜填土、淤泥層、粉質(zhì)黏土、砂層、殘積粉質(zhì)黏土、強風化花崗巖等。對于雜填土來說，其上層一般是碎磚塊、碎石子、瓦片、混凝土塊等，下層大部分是粉質(zhì)黏土，相對松散、略濕，其厚度一般是在0.3～1.5m。對于淤泥層來說，其厚度一般是在1.6～10.5m；對于粉質(zhì)黏土來說，其主要是一層具有流塑狀粉質(zhì)黏土層，厚度一般是在3.7～5.8m。砂層一般是指中砂顆粒物，其厚度一般是在1.6～3.5m。殘積粉質(zhì)黏土具有軟塑特性，內(nèi)部包括一層高壓縮性土，其厚度一般在0.5～3.6m。對于強風化花崗巖來說，其厚度一般是在6.5～12.5m，其巖面埋深起伏明顯，浮動較大。

5.2 工程樁的質(zhì)量檢測

如果按照樁的靜載試驗來看，其根本目的是有兩個：①為確定單樁的承載力等做鋪墊。②為檢測工程樁的質(zhì)量、確保能夠順利驗收等提供完整且精準的數(shù)據(jù)與參考憑據(jù)。結(jié)合我國的一些規(guī)范性條例與行業(yè)規(guī)定來看，試樁數(shù)通常不小于總樁數(shù)的1%，所以能夠確保整個項目符合設(shè)計要求。

6 結(jié)語

由于預應力混凝土管樁具備質(zhì)量穩(wěn)定、適應性強、成本易控制、施工速度快、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)勢，所以能夠在業(yè)內(nèi)備受好評與歡迎。不過考慮到管樁基礎(chǔ)項目質(zhì)量控制涉及不同的過程與環(huán)節(jié)，這是一個系統(tǒng)性的任務(wù)，不但需要進行精準勘測與設(shè)計、保障樁身質(zhì)量、科學確定沉樁形式等，而且還需要精準選擇合適的施工工藝，施工操作期間必須要選擇最科學、最合理的打樁方案，確保其順序合理，同時還需要在進行原位引孔、復壓操作、增設(shè)防擠溝與泄壓孔等過程中必須靈活性地減弱擠土、浮樁、露樁、斷樁等帶來的消極影響。由此來看，在具體施工建設(shè)過程中，相關(guān)技術(shù)人員必須要注重施工現(xiàn)場的規(guī)范化管理與高效監(jiān)控，方可最大限度地提升施工效率。