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陜西土木建筑網首頁 > 學術研究 > 課題研究 > 預應力齒面管樁在工程中的應用

閱讀 2904 次預應力齒面管樁在工程中的應用

摘要：介紹了國家專利產品環節式預應力齒面管樁在昆明樁基工程中的實際運用及與常規光面管樁的靜載試驗對比情況，及排水型齒面管樁一樁多用的獨特技術性能。...

預應力齒面管樁在工程中的應用

鐘陽l 甘永輝2

(1．云南省建筑工程設計院云南昆明 650041；2．云南省建工集團總公司云南昆明 650041)

預應力齒面管樁是以傳統預應力管樁為母體，通過改進制樁模具，使樁身外表面形成有規律的凸凹，從而增大管樁承載能力的改良樁型，它繼承了傳統管樁質量可靠、施工速度快等優點，同時可以實現節能、節材及提高經濟效益等綜合目標。近年來日奉等國也在研究類似的竹節樁，各國在齒面的圖形上不盡相同，其目的均是在增加樁身與土體接觸面的同時，通過新增的咬合作用、樁周土體排水效應等提高樁身側壁所能提供的豎向承載力，其施工方法及施工機械設備一般與傳統管樁相同，為靜壓式。對于特殊的排水型樁則較為復雜。

以外徑D400的管樁計算，由于有齒狀的突起，管樁外壁與土體接觸面積增加12％，管樁橫截面等代慣性矩增加24．3％，剛度相應增加；同時混凝土用量將增加l3％，制樁成本增加約7％。實物照片中圓孔為排水樁的濾水孔，使用時用濾水材料填實，對樁身強度無影響，在非排水樁中可不設。

1.對比試驗

1.1 1#場地試驗

我們在昆明城西某住宅小區進行了光面管樁與齒面管樁的對比試驗。該場地地質條件如表1。

表1場地地質條件

土層編號	土層名稱	重力密度 kN／m³	內聚力標準值 Ck kPa	內摩擦角標準值 Φk （°）	壓縮模量 Eel-2 mPa	承載力特征值 fak kPa	管樁極限側阻力標準值qsik kPa	管樁極限端阻力標準值qsik kPa
①	人工填土	18.0	／	／	／	／	lO	／
②	粘土	19.0	30	15	7	145	40	／
③	粉質粘土	19.5	35	ll	4	120	20	／
④	粘土	20.O	50	15	10	180	45	／
⑤	園礫	20.5	20	18	12	200	50	／
⑥	粉質粘土	19.2	30	10	6	140	35	／
⑦	粘土	18.O	30	10	4	120	20	／
⑧	園礫	20.5	18	15	10	160	45	3000
⑨	粘土	17.O	25	9	5	125	25	1600
⑩	粘土	18.5	24	10	5	135	30	1800

注：場地地下水位位于人2"-填土層，其下均為飽和土。

因為試樁的主要目的是對比光面管樁與齒面管樁在樁身側阻力方面的情況，故而試樁選擇了相對較差的第層粘②土為樁端持力層，兩種試樁的樁長都在18m，樁身進A持力層1．Om，試樁位置均在鉆孔處，同時在附近施工了兩個靜探孔，以求較為準確地了解土體可以提供的側阻力情況。昆明地區的工程經驗表明，在確定樁身承載力時。靜探指標的計算結果與試樁情況是比較吻合的。

1號試樁為傳統光面管樁，18m，其有關要求符合國標((03SG409>>，樁型為PC—AB400 f951—12b，2號試樁上部一節6m仍為光面管樁，下部一節l2米為齒面管樁，齒面管樁除齒面外，其余構造要求均同光面管樁。兩根試樁的接樁方式均為焊接。在試樁齡期達到要求后，分別進行靜載試驗。結果如表2。

表2靜載試驗成果

樁長

直徑

齡期

(天)

試樁最大加載

對應

沉降

單樁豎向極限承載力k、

對應

沉降

單樁承載力特征值

對應

沉降

1號樁

400

1000

46.40

900

11.34

450

2.2

2-樁

400

1200

44.32

1100

12.17

550

1.6

可以看出，齒面管樁的單樁承載力特征值較光面管樁提高了22％，由于兩者樁頭部分構造相同，樁端阻力相同，承載力的提高完全由摩阻力提供。即12m的齒面管樁提供了200kN的樁周摩阻力增量，根據靜探指標計算出光面管樁樁長的平均側摩阻力極限值約為48kN／m(扣除人工填土層2．5m厚1，則齒面管樁平均側摩阻力極限值為64kN／m，提高幅度為34％。

1.2 2#場地試驗

上述l#場地淺層土體地質條件相對較好，為考察齒面管樁對不同地層的適應性，我們在昆明城南某住宅小區也進行專項對比試驗，場地地質條件如表3。

表3場地地質條件

土層編號	土層名稱	重力密度 kN／m3	內聚力標準值 Ck kPa	內摩擦角標準值 Φk （°）	壓縮模量 Esl一2 mPa	承載力特征值 fak kPa	管樁極限側阻力標準值qsik kPa	管樁極限端阻力標準值qsik kPa
①	人工填土	17 7	13	6	／	90	10	／
②	粘土	19.2	13	3	6 2	130	70	／
③	粉質粘土	193	13	3	4 2	80	36	／
④	粉質粘土	19.5	14	3	4.8	100	40	／
⑤	粉質粘土	19.8	18	5	5.3	140	50	2000
⑥	粉質粘土含礫	19.9	30	7	6.3	160	60	2400
⑦	粉質粘土含礫	20.2	36	7	7.6	190	80	3000

注：場地地下水位位于人工填土層，其下均為飽和土.

為保證試樁成果的工程價值，建設方與設計、施工、監理方共同根據場地鉆探資料，合理選擇具有代表性和對比性的試樁位置，共選擇了光面樁3組（3、4、5號試樁)，樁長36m，樁端持力層為⑦層；齒面樁2組(6、79-試樁)，樁長30m，樁端持力層同樣為⑦層，以保證樁端承載力與光面管樁一致；

光面管樁有關要求符合國標《O3SG409》，樁型為PC—A400(95)一12b．齒面管樁上部一節6m仍為光面，下部兩節l2m為齒面，除齒面外，其余構造要求均同光面管樁。

兩根試樁的接樁方式均為焊接。靜載試驗結果如表4。

表4靜載試驗成果

	樁長 Lm	直徑D mm	齡期 (滅)	試樁最大加載 kN	對應沉降 mm	單樁豎向極限承載力kg	對直沉降 mm	單樁承載力特征值 kN	對應沉降 mm
3號樁	36	400	23	3000	63.84	2700	2431	1350	2.3
4號樁	34	400	23	2700	45.21	2400	20.19	1200	2.6
5號樁	36	400	22	3000	43.57	2700	14.39	1350	1.9
6號樁	30	400	1 8	3000	53.10	2700	26.90	1350	3.5
7號樁	30	400	19	3000	58 89	2700	30.36	1350	4.9

在樁長減少6m，齡期短l0％的情況下，齒面管樁獲得了與光面管樁一致甚至更高的承載力，其中起作用的就是24m的齒面管樁，按照l#場地類似的計算方法，本場地對比試驗的結果是齒面管樁可以提高樁側摩阻力40％。

試驗中齒面管樁的實體壁厚與普通管樁一致，故而混凝土用量會略有上升，而樁身截面抗彎剛度大大提高，在對樁基水平承載力有較高要求的高烈度地震設防地區是有一定積極意義的，后續工作中將加強對齒面管樁水平承載力的研究。有技術人員提出可以酌情減薄齒面管樁的實體壁厚度，目前缺乏充分可靠的技術成果，條件尚不成熟，需要進一步的研究來驗證。

1.3排水型齒面管樁

排水型樁系采取了專項排水措施的齒面管樁，通過工藝改良，主動為樁基施中樁周土體的排水提供通道，不僅可以使土壤排水固結，起到地基處理，提高樁周土體側阻力的作用，還可以通過排水消散孔隙水壓力，減小擠土效應，避免土體隆起和成樁上浮，確保樁基施工質量，減少對周邊環境的不利影響。采用排水型管樁，可以替代常規飽和土施工擠土樁時采取的塑料排水板或袋裝砂井等排水措施，一樁兩用。環節式齒面管樁也可以作為排水型管樁使用。工程中所采用的專項排水措施主要有以下三種：l．樁周排水孔；2．附著式排水體；3．環繞式排水砂襯墊。通過以上排水措施，使土體水在施工過程中逐漸排人管樁內孔腔，然后用水泵分多次抽出排放。排水樁的施工工藝與非排水樁區別較大也復雜很多，其基本施工步驟為：l.利用灌注樁機成孔；2.吊樁入孔就位；3.施工樁周排水砂墊層；4.泵多次抽水；5.成樁結束施工；其施工環節雖然較多，但根據工程實際靜載試驗對比，其對提高樁周側阻力十分有效，提高幅度達到40％以上，且取代了常規排水措施，一樁多用，適用于對樁基施丁排水要求較高的工程。由于排水型管樁需要預成孔，且或孔直徑大于管樁樁徑，如場地地質條件不合適將可能導致蹋孔等不利情況出現，另外如樁長過長也將影響管贓就位和排水砂襯的施工質量，選用對應予充分注意。

我們在1#場地上也同時進行了排水樁的施工和靜載對比試驗，在18米的齒面管樁中，每隔600mm設置了直徑25的排水孔，用濾水體填實，并沿程全長設50mm砂襯作濾水層，施__工過理中管樁內積水最高達l3m，一共進行了6次水泵排水，共計排水約500立升．在齡期20N時進行了靜載試驗，雖然該試樁齡期較短，但試驗結果仍然比較合理(表5)。

表5靜載試驗成果

樁長Lm

直徑

齡期

(天)

試樁最

大加載

對應

沉降

單樁豎向極限承載力kN

對應

沉降

單樁承載

力特征值

對應沉降

排水樁

400

1300

48.60

1200

16.06

600

1.9

因成孔時灌注樁機帶了直徑500的樁頭，樁端承載力略比管樁有提高，根據計算排水樁樁身提供了l050的側阻力特征值，比光面管樁提高40％，較非排水型齒面管樁提高11％，同時排水樁替代了常規排水措施如砂井等．簡化了施工環節，節約了工期，其綜合效益尤其突出。

2.結語

齒面管樁利用樁表面的齒狀突起提高樁側摩阻力，與螺紋鋼筋在混凝土內的錨固力提高有一定類似，其原理簡單可靠，實證效果突出，在需要充分發揮樁側摩阻力的摩擦樁和摩擦一端承樁中大有用武之地，根據實際工程靜載試驗證明，在成本略有增加的情況下，可以大幅度提高樁基豎向承載能力及材料利用率，直接經濟效益十分明顯：在飽和土中施工或超孔隙水壓力較大的情況下，還可以采用排水型齒面管樁，排水卸壓，減少擠土效應，提高樁承載力，一舉多得。預應力齒面管樁充分挖掘了土體的承載潛力，實現了節能、市材的綜合目標，符合國家建設節約型社會和發展環保型建材的方向，其應用前景十分廣闊；當前，齒而管樁史需要得到廣大技術人員的關注，共同研究，推進其技術的不斷進步。

參考文獻:

[1]周鏡等．樁基工程手冊，北京：中國建筑工業出版社．1995．

[2]BS0007—2002．建筑地基基礎設計規范．

[3]GBJ220一2002．建筑地基處理技術規范．

(本文來源：陜西省土木建筑學會文徑網絡：尚雯瀟尹維維編輯文徑審核)