預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的工程應(yīng)用實(shí)踐

1　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁行業(yè)的發(fā)展及現(xiàn)狀

　　預(yù)制混凝土管樁包括預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(代號(hào)PC管樁) 、預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(代號(hào)PHC管樁) 及先張法薄壁預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(代號(hào)PTC管樁) 。1984年廣東省構(gòu)件公司、廣東省基礎(chǔ)公司和廣東省建筑科學(xué)研究所合作,研制成功新型接樁形式的PC管樁, 將以往法蘭接口樁接頭連接改為焊接連接[ 1 ]、[ 2 ]。1987年交通部第三航務(wù)工程局從日本全套引進(jìn)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁生產(chǎn)線, 主要規(guī)格為D = 600～1 000 mm。1987～1994年, 國(guó)家建材局蘇州混凝土水泥制品研究院和廣東番禺市橋豐水泥制品有限公司在有關(guān)科研院所的合作下, 通過對(duì)引進(jìn)管樁生產(chǎn)線的消化吸收, 自主開發(fā)了國(guó)產(chǎn)化的PHC管樁生產(chǎn)線。20世紀(jì)80年代后期, 寧波浙東水泥制品有限公司在有關(guān)研究院所的合作下, 針對(duì)我國(guó)沿海地區(qū)淤泥軟土層較多的特點(diǎn), 通過對(duì)PC管樁的改造, 開發(fā)了PTC 管樁, 主要規(guī)格有D = 300 ～600 mm。經(jīng)過近20年來(lái)的快速發(fā)展, 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 目前國(guó)內(nèi)共有管樁生產(chǎn)企業(yè)約300 家, 年銷售額200 多億元,管樁的規(guī)格D = 300～1 200 mm。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁已被廣泛應(yīng)用到高層建筑、民用住宅、公用工程、大跨度橋梁、高速公路、港口、碼頭等工程中。本文主要論述預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在建筑工程中的工程應(yīng)用。

2　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁性能特點(diǎn)

　　建筑工程樁基礎(chǔ)中普遍采用的樁型有預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、鋼筋混凝土預(yù)制方樁、鉆孔灌注樁和鋼管樁, 樁型的選擇主要依據(jù)施工條件和工程造價(jià)來(lái)確定。表1對(duì)這4種樁型的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)對(duì)比[ 3 ]。

3　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的工程實(shí)踐

3、1　工程概況及地質(zhì)資料

    本工程為浙江省溫州市某購(gòu)物中心項(xiàng)目, 建筑高度221450 m。地下部分為1層地下車庫(kù),深度315 m,建筑面積為84 682 m2 ;地上部分為3～4層商業(yè)建筑,采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),建筑面積143 279 m2。

    依據(jù)地質(zhì)報(bào)告場(chǎng)地地下水位位于地下室底板以下,故本工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不存在抗浮問題。場(chǎng)地地質(zhì)資料情況詳見表2。

3、2　樁型經(jīng)濟(jì)性分析

    溫州市當(dāng)?shù)爻Ｓ脴缎陀蓄A(yù)應(yīng)力混凝土管樁、鋼筋混凝土預(yù)制方樁和當(dāng)?shù)匾环N簡(jiǎn)易灌注樁。結(jié)合地質(zhì)報(bào)告及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn),穿越第四層圓礫層(該層厚度起伏,故不適合作為樁基的持力層)不存在問題,故選取5 - 2層土作為樁基持力層并進(jìn)入持力層118m。依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007- 2002) [ 4 ]和《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94 - 94) [ 5 ] ,本文分別給出了這三種樁型的單樁承載力,并且每種樁型各取兩種規(guī)格進(jìn)行對(duì)比分析。具體數(shù)據(jù)詳見表3。

    分析表3中的數(shù)據(jù)可以看出:從材料用量上比較,預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與鋼筋混凝土預(yù)制方樁相當(dāng),管樁比方樁耗用混凝土略少,兩者都遠(yuǎn)比灌注樁經(jīng)濟(jì)高效。雖然本工程不存在抗浮問題,但不難看出鋼筋混凝土預(yù)制方樁提供抗拔力最有效,所以一般抗拔樁優(yōu)先考慮采用預(yù)制方樁;而預(yù)應(yīng)力混凝土管樁由于接頭連接問題(樁與承臺(tái)、樁與樁)比較麻煩,因此在工程實(shí)踐中較少作為抗拔樁使用。一般混凝土管樁的鋼筋用量比方樁少50～60%。綜合考慮施工條件、工程造價(jià)及柱底上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載值,本工程選用PHC管樁[ 2 ] ,管徑為500 mm,樁長(zhǎng)為52 m。

3、3　單樁承載力的確定

    應(yīng)當(dāng)指出:采用現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)公式計(jì)算確定的管樁單樁豎向承載力往往較單樁實(shí)際承載值小很多。單樁承載力特征值定得很低,會(huì)造成很大的浪費(fèi),顯現(xiàn)不出預(yù)應(yīng)力管樁的優(yōu)越性,也不利于管樁的推廣應(yīng)用。設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)該僅按現(xiàn)行規(guī)范公式計(jì)算單樁承載力,而應(yīng)該通過靜載試驗(yàn)來(lái)確定單樁承載力特征值。本工程在樁基全面施打前進(jìn)行了12根試樁及靜載試驗(yàn),圖1為1#和4#試樁Q - S 曲線。從圖中曲線可以看出兩根試樁的單樁極限承載力均大于3 450 kN。最終確定取用的單樁承載力特征值為1 700 kN。本項(xiàng)目共用管樁3488根。

4　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的施工問題

　　沉樁方法及設(shè)備的選擇和確定合理的施工控制參數(shù)是確保樁基工程質(zhì)量的核心,本節(jié)結(jié)合實(shí)際工程就這兩方面的問題進(jìn)行展開討論[ 1 ]、[ 3 ]。

4、1　沉樁方法和設(shè)備

    目前,預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的沉樁工法主要有靜壓法和錘擊法。靜壓法施工通過靜力壓樁機(jī)將樁壓入土中,具有無(wú)噪音、振動(dòng)很小、無(wú)空氣污染等優(yōu)點(diǎn),很多城市市內(nèi)嚴(yán)格要求管樁必須使用靜壓法施工。但壓樁機(jī)對(duì)場(chǎng)地的地基承載力要求較高,且機(jī)器占地面積較大,這也限制了靜壓法施工工藝的使用范圍。而錘擊法具有施工靈活、樁機(jī)對(duì)地基耐壓力要求低、進(jìn)退場(chǎng)容易、施工進(jìn)度快、效率高、操作方便、地層穿透性能良好等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過多年的使用經(jīng)驗(yàn),錘擊法的運(yùn)用已經(jīng)非常成熟,目前該施工方法仍占有70%的市場(chǎng)份額,以柴油錘為主。本工程亦選用柴油錘錘擊法進(jìn)行沉樁。錘擊法施工機(jī)具應(yīng)按“重錘低擊”的原則選取,盡量避免小錘打大樁和高承載力的樁。上述工程試打樁過程中,起初施工單位在穿越場(chǎng)地第四層土———圓礫層時(shí),遇到了沉樁困難的問題,后經(jīng)過置換大號(hào)的柴油錘型號(hào),采用重錘低擊等措施解決了穿越圓礫層的問題。

4、2　錘擊法施工控制參數(shù)

 

    影響確定收錘標(biāo)準(zhǔn)的因素有:場(chǎng)地工程地質(zhì)條件、單樁承載力設(shè)計(jì)值、樁的規(guī)格和長(zhǎng)短、錘的大小和落距(沖程)等因素。綜合考慮最后貫入度、樁入土深度、總錘擊數(shù)、每米沉樁錘擊數(shù)、最后1 m沉樁錘擊數(shù)、樁持力層的巖土類型、樁基進(jìn)入持力層的深度、樁墊彈性壓縮量等。上述因素中尤以達(dá)到持力層、最后貫入度或最后1 m沉樁的錘擊數(shù)為主要指標(biāo),其它指標(biāo)可以根據(jù)具體情況有選擇地作為參考指標(biāo)。樁端達(dá)到持力層作為定性控制,最后貫入度或最后1 m沉樁的錘擊數(shù)作為定量控制。作為摩擦樁,原則上收錘標(biāo)準(zhǔn)是以設(shè)計(jì)樁端標(biāo)高和樁長(zhǎng)作為主要控制指標(biāo);而端承樁則是以最后貫入度作為主要控制指標(biāo)。本工程基礎(chǔ)工程樁為摩擦樁,因此沉樁過程中以設(shè)計(jì)樁端標(biāo)高和樁長(zhǎng)作為主要控制指標(biāo),輔以最后貫入度作為參考指標(biāo),來(lái)進(jìn)行施工控制。最終成樁過程順利,且經(jīng)過靜載試驗(yàn),承載力均符合設(shè)計(jì)要求。

5　結(jié)束語(yǔ)

　　本文結(jié)合工程實(shí)例論述了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在建筑工程應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì),并探討了管樁施工中的沉樁工藝和施工控制參數(shù)兩個(gè)關(guān)鍵問題。作為一種相對(duì)成熟的工程產(chǎn)品,管樁已得到了廣泛的應(yīng)用,但其應(yīng)用仍有一定的局限性。筆者認(rèn)為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的發(fā)展方向是大直徑和改良拼接工藝,相信預(yù)應(yīng)力混凝土管樁今后必將在建筑工程中得到更為廣闊的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[ 1 ] 　徐至鈞,李智宇. 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工[M ]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005.

[ 2 ] 　03SG409. 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁圖集[M ].

[ 3 ] 　顧小魯,錢鴻縉,劉惠珊,等. 地基與基礎(chǔ)(第三版) [M ]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2003.

[ 4 ] 　GB50007 - 2002 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[ S].