預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工

高欣樂

中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院   710082 西安

    近2 年來,預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作為一種較新型的基礎(chǔ)形式已被大家所接受,這是因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土管樁有工程造價較便宜、質(zhì)量較可靠、長度易調(diào)整、施工速度快、監(jiān)理方便、檢測時間短、現(xiàn)場清潔等優(yōu)點(diǎn)。但是,若對管樁的應(yīng)用條件認(rèn)識不清,對使用方法掌握不當(dāng),也會發(fā)生工程質(zhì)量問題。下面就設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)應(yīng)注意的問題談一些看法。

    1、管樁的應(yīng)用條件

    國標(biāo)《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》(GB13476 - 92) 對混凝土管樁的質(zhì)量要求已有規(guī)定,管樁按混凝土強(qiáng)度等級分為:預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。前者代號為PC 樁,其混凝土強(qiáng)度等級一般為C60 或C70 ;后者代號為PHC 樁,混凝土強(qiáng)度等級為C80 ,一般要經(jīng)過高壓蒸養(yǎng)才能生產(chǎn)出來,從成型到使用的最短時間只需3～4d。管樁按抗裂彎矩和極限彎矩的大小又可分為:A 型、AB 型、B 型,有效預(yù)壓應(yīng)力值約315～610MPa ,管樁有410～510MPa 的有效預(yù)壓應(yīng)力,打樁時就不會出現(xiàn)混凝土的橫向裂縫,所以,對于一般工程,采用A 類或AB 類型樁就可以。

    2、管樁設(shè)計(jì)中靜載荷試驗(yàn)的重要性

    根據(jù)地質(zhì)報告提供的樁周土摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值及樁端土承載力標(biāo)準(zhǔn)值由規(guī)范JGJ94-2008計(jì)算的場區(qū)單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值，這是一個經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，不宜直接采用。近幾年來通過各類樁基礎(chǔ)中試樁及工程樁的檢測，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)樁的實(shí)際承載力均大于計(jì)算值，有些相差幅度較大，因此按試樁獲得的實(shí)際承載力將會比按勘察報告估算的承載力來布置基礎(chǔ)將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。例如，閆良中飛地產(chǎn)瑞賽天域星城住宅樓，主體為地下一層、地面十六層的高層住宅，根據(jù)地質(zhì)勘察報告擬采用 D500的預(yù)應(yīng)力管樁，樁長19m，按JGJ94-94公式5.2.8估算單樁承載力設(shè)計(jì)值約為1300kN，而我要求進(jìn)行的3根破壞性試樁顯示實(shí)際單樁承載力可達(dá)1700kN，整整比估算值提高了30%左右，實(shí)際工程樁設(shè)計(jì)就采用試驗(yàn)值進(jìn)行，為甲方大大節(jié)省了投資。由上可見，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中靜載荷試驗(yàn)是一個十分重要的環(huán)節(jié)。因?yàn)榇隧?xiàng)工作質(zhì)量直接影響到樁基形式、樁規(guī)格和樁入土深度的確定，同時也對施工難易有密切影響。

    3、管樁的施工方法

    管樁的施工方法即沉樁方式有很多,目前采用的多為靜壓沉樁工藝,即采用液壓式靜力壓樁機(jī)將管樁壓到設(shè)計(jì)持力層。無噪音,特別適用于市區(qū)施工。

    管樁樁尖形式主要有三種:十字型、圓錐型和開口型。前兩種屬于封口型穿越砂層時,開口型和圓錐型比十字型好,開口型樁尖一般用在入土深度為40m 以上且樁徑550mm的管樁工程中,成樁后樁身下部約有1/ 3～1/ 2 樁長的內(nèi)腔被土體塞住,從土體閉塞效果來看,單樁承載力不會降低,但擠土作用減少。封口樁尖成狀后,內(nèi)腔可一目了然,對樁身質(zhì)量及長度可用目測法檢查,這是其他樁型所沒有的。管樁樁端持力層可選擇礫石層、堅(jiān)硬的粘土層或密實(shí)的砂層。

樁端伸持力層的深度,對于粘性土、粉土不宜小于2.5d ,砂土不宜小于2d ,碎石類土不宜小于1.5d。

    4、預(yù)應(yīng)力管樁的應(yīng)用

    同其他任何樁型一樣都有其局限性。樁基的選用需要考慮多方面的條件,包括建筑物的自身?xiàng)l件、場地和環(huán)境條件、巖土工程地質(zhì)條件、施工條件以及工期、經(jīng)濟(jì)條件等,其中工程地質(zhì)條件是諸多條件中的一個重要條件。每一種樁型對工程地質(zhì)條件的適用性是各不相同的。預(yù)應(yīng)力管樁對工程地質(zhì)條件也有一個適用性問題。有些工程地質(zhì)條件就不宜應(yīng)用預(yù)應(yīng)力管樁。主要有下列幾種:

    a. 孤石和障礙物多的地層不宜應(yīng)用;在有孤石和地下障礙物的廠區(qū)內(nèi)施打,管樁不能全部沉至持力層,有時在同一承臺內(nèi),有的樁可打至持力層,有的樁就打不下去,樁長相差很多。樁尖接觸到孤石或地下障礙物時,樁身會偏離原位或大幅度傾斜。

    b. 有堅(jiān)硬夾層時不宜應(yīng)用或慎用;所謂隔層,有些是極密實(shí)的砂層,有些是密實(shí)的卵石層,有些是鈣或硅質(zhì)膠結(jié)的礫石、碎石層。如果這些隔層厚度大且無軟弱下臥層,可以考慮作為管樁持力層。但若隔層厚度只有1 ～ 2m 甚至10cm ,其下又為軟弱層或一般土層,管樁必須穿越這個隔層,但這個隔層又很堅(jiān)硬,很難穿越。

    c. 石灰?guī)r地區(qū)不宜應(yīng)用;勘察是設(shè)計(jì)的前提,錯誤的勘察必然會導(dǎo)致錯誤的設(shè)計(jì)。目前工程勘察存在的問題是勘察點(diǎn)太少,在地質(zhì)復(fù)雜的地區(qū)勘察點(diǎn)要適當(dāng)加密,有些建設(shè)單位為省勘察費(fèi)用而減少勘察點(diǎn),結(jié)果導(dǎo)致打樁施工時更大的浪費(fèi)甚至失敗。管樁工程要求地質(zhì)勘察報告中提供有用的N 值,所謂有用的N 值,主要是遇到砂層、軟弱下臥層及殘積層時多做一些貫標(biāo)試驗(yàn),有些勘察單位往往在持力層上面的軟土中做了很多貫標(biāo)試驗(yàn),而在硬夾層中卻做的很少,甚至一個都不做,給設(shè)計(jì)和施工帶來很多困難。

    5、施工中特殊情況處理

    a.樁基達(dá)到其極限承載力而無法壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高。這里可能存在兩種情況，其一是地質(zhì)報告有誤，樁實(shí)際承載力大于計(jì)算值，必須先做試樁以確定其合理的樁長及承載力。其二則可能由于土層本身原因，譬如說飽和砂土產(chǎn)生的孔隙水壓力使樁基根本無法壓入，這就需要我們從施工措施上去解決。

    b.樁基施工時壓樁力遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)承載力。這可能由于壓樁機(jī)械的壓樁速度偏快，而土層的粘聚力又偏小，故壓樁時樁將土直接剪壞，引起壓樁力偏低，隨著時間土能恢復(fù)固結(jié)。應(yīng)在15天后進(jìn)行的試樁，看試驗(yàn)承載力是否能滿足設(shè)計(jì)要求。

    c.管樁裂縫處理。預(yù)應(yīng)力管樁以其強(qiáng)度高，制作周期短，比預(yù)制樁節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)在工程設(shè)計(jì)中受到普遍應(yīng)用，但其也存在受剪能力差的不足之處。在工程實(shí)踐中，由于垂直度偏差或擠土等原因經(jīng)常會使管壁產(chǎn)生裂縫而影響質(zhì)量。對此類樁采用了先糾偏再進(jìn)行灌芯處理，使裂縫部位的傳力通過灌芯部分混凝土傳遞。因此在管樁的實(shí)際施工中一定要注意垂直度的控制，因?yàn)楣軜兜目辜裟芰�較差，很容易破壞而引起不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

    6、結(jié)語

    管樁的設(shè)計(jì)施工是一繁重而復(fù)雜的過程，我們設(shè)計(jì)人員一定要考慮到每一個環(huán)節(jié)，統(tǒng)籌兼顧，從各方面使之合理化。好的設(shè)計(jì)不僅僅是要保證建筑物安全，更要使設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理。

    參考文獻(xiàn):

    [1]ＧＢ50007-2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[Ｓ].

    [2] JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[Ｓ].