摘 要：介紹了PHC 樁的設(shè)計(jì)與施工特點(diǎn),并對泉州軟土地基施工質(zhì)量控制進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁;單樁承載力;施工質(zhì)量控制。
1 前言
泉州沿海地區(qū)大部分為軟土地基，上部土層一般為流塑淤泥或淤泥質(zhì)土與飽和的粉細(xì)砂互層，承載力低約100kPa 左右，壓縮性大，不能作天然地基，一般多層與小高層房屋均需打樁。從初期應(yīng)用天然材料作成的木樁、石樁發(fā)展至今的各種鋼筋混凝土樁如錘擊（靜壓）鋼筋混凝土預(yù)制樁、錘擊（震動）沉管灌注樁、夯擴(kuò)樁、鉆（沖）孔灌注樁、人工挖孔樁、旋噴樁和深層攪拌樁等，給樁基技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造空前大好機(jī)遇。根據(jù)鋼筋混凝土成樁工藝來看，其實(shí)可分為兩大類，即預(yù)制鋼筋混凝土樁和鋼筋混凝土灌注樁。從上列各種不同樁型的比較而言，預(yù)制樁的質(zhì)量比灌注樁好，每立方混凝土的承載力高于灌注樁，但預(yù)制樁的造價比灌注樁高;反之,灌注樁的質(zhì)量不及預(yù)制樁，但單方造價比預(yù)制樁便宜。這給土建工程師提出一個顯而易見的課題，就是如何把預(yù)制樁的造價降下來或如何把灌注樁的質(zhì)量提高，圍繞鋼筋混凝土成樁工藝的不同預(yù)制樁與灌注樁在建筑工程中展開激烈的競爭，促使鋼筋混凝土樁型快速的發(fā)展。
一根預(yù)制鋼筋混凝土受力構(gòu)件無論是受壓、受拉或抗彎等在結(jié)構(gòu)力學(xué)強(qiáng)度計(jì)算中都是最簡單的，它與灌注樁比較，一個在地面上成型、質(zhì)量可靠；灌注樁要在地下澆筑混凝土，看不見摸不著，成樁質(zhì)量難以保證，因此預(yù)制樁就成為土建工程師的首選。
泉州沿海地區(qū)建筑均為抗震七度設(shè)防，對量大面廣的多層和小高層商住樓樁基的設(shè)計(jì)計(jì)算一般由地震荷載組合起控制作用，驗(yàn)算建筑物受橫向水平地震力作用時，單樁承受最大壓力應(yīng)少于1.5 倍的單樁承載力設(shè)計(jì)值，預(yù)制樁配筋首先滿足工作條件下的樁身強(qiáng)度，同時還要驗(yàn)算樁在起吊、運(yùn)輸、吊立和錘擊時的應(yīng)力與變形。計(jì)算分析表明，普通鋼筋混凝土樁的配筋往往由起吊和吊立的強(qiáng)度控制。
眾所周知，樁是通過樁側(cè)阻力與樁端阻力向地基土傳遞荷載，因此把樁芯少量的混凝土空出來，既不影響樁的承載力還可節(jié)約混凝土，又能減輕起吊重量，錘擊鋼筋混凝土預(yù)制樁需要考慮沉樁的動應(yīng)力，因而加大配筋量，如果沉樁工藝將錘擊改為靜壓，減少錘擊沉樁的動應(yīng)力，這樣發(fā)展高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力薄壁空心管樁，采用靜壓沉樁工藝就成為當(dāng)前新樁型發(fā)展的必然趨勢。
2 泉州地區(qū)工程地質(zhì)條件
泉州地區(qū)廣泛分布著海相、湖相和河相沉積的飽和軟土，在深厚軟土地表常有一層厚度不等的硬殼層。該層的形成主要由于表層軟土經(jīng)受長期氣候影響，使含水量減小，導(dǎo)致收縮固結(jié)而成，其承載力較下面軟土為高，壓縮性也較小，常被利用作為低層房屋淺基礎(chǔ)。隨著多層與小高層房屋增多，一般建筑均需打樁。泉州地區(qū)的地質(zhì)一般由花崗巖類組成基底，上部為風(fēng)化基巖沉積著厚度不等的殘積砂（礫）質(zhì)黏土，在河道區(qū)域沉積著砂礫卵石層，這部分的土性具有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，一般作為樁基的持力層。泉州地區(qū)大約在25m 左右均有砂礫卵石或標(biāo)貫大于30 擊以上的殘積砂質(zhì)黏性土，下面是三種典型的地質(zhì)構(gòu)造土層（見圖1）。
這種地質(zhì)條件無疑對PHC 樁承載力的發(fā)揮是大有裨益的。上海、江浙一帶沒有這么好的持力層，往往得沉樁很深均以摩擦樁為主，勢必增加基礎(chǔ)造價。我曾對某工程用鉆孔灌注樁與靜壓PHC 樁采用相同承載力進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較（見表1）。
從表1 可以看出，采用靜壓PHC 樁比鉆孔灌注樁節(jié)約造價166.59 萬元，即靜壓PHC 樁比鉆孔灌注樁降低造價46%，同時可以看出，對地質(zhì)條件與承載力相同的樁，若采用鉆孔灌注樁獲取1t 承載力需22.6 元，若采用靜壓PHC 樁獲取1t 承載力只需12.0 元。
3 單樁豎向承載力的確定
單樁豎向極限承載力是指單樁在豎向荷載作用下到達(dá)破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)過大變形時單樁承受的最大荷載。前面曾敘述過，樁本身是一個桿件的計(jì)算，在結(jié)構(gòu)力學(xué)中最為簡單，但由于埋于土中把這根桿件的計(jì)算變得復(fù)雜起來，樁埋置在土中其承載力除由樁身材料強(qiáng)度控制外，同時也決定地層各土性結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，高強(qiáng)度材料制造的樁，本身承載力很高，如果埋置在軟土地基中發(fā)揮不了它的高強(qiáng)承載力。又如較密實(shí)的砂層打入樁身材料強(qiáng)度很低，承載力不高的樁同樣發(fā)揮不了密實(shí)土層的強(qiáng)度。因此二者缺一不可，但這二者之間以樁身強(qiáng)度為主動，土質(zhì)為被動，如果沒有一定強(qiáng)度的樁傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載至地基，土質(zhì)就無須要強(qiáng)弱之分。反之，如果地基土相當(dāng)密實(shí)，樁身強(qiáng)度非常弱該樁就無法傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載至地基時，樁身就會被壓跨。所以，樁與地基的因果關(guān)系必須以樁身強(qiáng)度為主導(dǎo)將荷載傳遞到地基土，才能發(fā)揮其承載力。目前，還沒有一種計(jì)算模式將樁設(shè)置在土中的受力情況正確計(jì)算出來，不得不依靠現(xiàn)場試驗(yàn)求得。決定單樁承載力的方法很多，如靜載荷試驗(yàn)、大應(yīng)變動力試驗(yàn)、原位靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入等以及根據(jù)土的物理力學(xué)試驗(yàn)通過一定的統(tǒng)計(jì)分析給出經(jīng)驗(yàn)公式確定單樁承載力，但《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》規(guī)定一級建筑樁基應(yīng)采用現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)決定單樁承載力，其它方法一般應(yīng)用于小工程項(xiàng)目或作為驗(yàn)證時參考。單樁承載力確定是設(shè)計(jì)者與建設(shè)業(yè)主最為關(guān)心的，因?yàn)閱螛冻休d力的高低直接影響建筑物的布樁多少與造價?，F(xiàn)在問題在于如何先打試驗(yàn)樁給設(shè)計(jì)院提供可靠的單樁承載力值，同時又不增加額外試樁費(fèi)用呢？ 過去沒有工廠化生產(chǎn)的PHC 樁，打灌注樁或現(xiàn)場預(yù)制方樁非得等到28d 以后才能試樁，現(xiàn)在有了PHC 樁從工廠拉至工地即可試打，一般7d 后即可試樁。為了節(jié)約試樁費(fèi)用，同時又為設(shè)計(jì)院提供可靠的單樁承載力數(shù)據(jù)。目前泉州地區(qū)PHC 樁工程普遍采用試打樁與工程樁相結(jié)合的試樁方法。具體做法是把工程樁平面放樣好，先打幾根工程樁作試樁，將試樁結(jié)果（包括樁徑、樁長、承載力等）提供設(shè)計(jì)院，設(shè)計(jì)院根據(jù)試打樁的結(jié)果進(jìn)行圖紙修正，待全部工程樁打完后再抽幾根進(jìn)行驗(yàn)樁（視工程樁數(shù)量而定）。這樣做不增加額外試樁費(fèi)用，很受業(yè)主歡迎。
現(xiàn)舉兩個工程實(shí)例說明在地質(zhì)條件相同，管樁樁徑均為φ500mm，樁長均為23m，持力層均為砂礫卵石，一個先通過試打樁確定單樁極限承載力取值為4 500kN（見圖2），另一個是根據(jù)地質(zhì)報告提供的側(cè)阻與端阻確定極限承載力為2 040 kN（見圖3）；兩個工程單樁豎向極限承載力取值相差達(dá)__2 460 kN。從我們調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，沒有通過先作試打樁而確定單樁承載力的均偏低。管樁試驗(yàn)的單樁承載力高于根據(jù)地質(zhì)資料計(jì)算結(jié)果值的原因有:①現(xiàn)行各種地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范均沒有專門為管樁提供設(shè)計(jì)承載力參數(shù)，大多套用預(yù)制方樁設(shè)計(jì)承載力參數(shù)，造成管樁單樁承載力計(jì)算值偏低；②對預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)的受力性能，破壞機(jī)理缺乏了解與預(yù)制方樁比較管樁穿越土層能力遠(yuǎn)大于方樁，比較容易進(jìn)入較深持力層；③管樁經(jīng)離心生產(chǎn)、高壓蒸養(yǎng)、表面光滑，好象降低摩阻力，但經(jīng)過沉樁過程與砂土間的不斷摩擦，反而構(gòu)建它的親土性，管樁受力均勻，隨著沉樁深度的增加，樁周土進(jìn)一步被擠密在樁周形成一層硬殼，牢固地吸附在樁的表面，增加樁周土體剪切滑動面大大提高單樁承載力；④泉州地區(qū)管樁沉樁多采用開口樁尖，樁端土不斷被擠入腔內(nèi)形成土塞增加樁端承壓面積加大了端阻力，建議有條件作管樁試驗(yàn)時在樁側(cè)主要土層的分界面處埋設(shè)鋼筋應(yīng)力計(jì)，便于研究樁身荷載傳遞規(guī)律，在樁底位置埋設(shè)土壓力盒，用于探測樁端土壓力的分布規(guī)律，得出比較符合管樁實(shí)際情況的側(cè)阻與端阻為設(shè)計(jì)提供更為可靠的依據(jù)。
4 PHC 樁施工中應(yīng)注意事項(xiàng)
1)施工場地應(yīng)具有一定的耐力。靜壓樁機(jī)重量大，如果場地地基較軟弱，樁機(jī)行走時土?xí)∑鸷蛡?cè)移，對已壓入土中的樁產(chǎn)生側(cè)向擠壓，造成管樁傾斜和偏移。因此，對施工場地應(yīng)進(jìn)行平整碾壓，使其具有一定承載力，一般不宜低于100kPa。同時，還應(yīng)探明地下有無障礙物與大塊建筑廢料，如有應(yīng)及時清理。
2)進(jìn)場PHC 樁質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格檢查。進(jìn)入現(xiàn)場的PHC 樁應(yīng)具有原材料質(zhì)量合格證、鋼筋及對焊接的試驗(yàn)報告、預(yù)應(yīng)力鋼筋的冷拉和張拉記錄和蒸養(yǎng)記錄、混凝土試塊強(qiáng)度報告、樁身外觀檢查記錄及接樁用電焊條等產(chǎn)品合格證明等。
3)施工中應(yīng)采取的措施。①PHC 樁的施工應(yīng)執(zhí)行現(xiàn)行的《建筑地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50202-2002）。②合理選擇樁機(jī)型號，一般盡量選用頂壓式靜壓樁機(jī)施工，因采用抱壓式靜壓樁機(jī)施工時遇到抱樁器打滑或故障時往往增大抱壓力而使樁身局部受損發(fā)生樁身裂痕。③施工前應(yīng)進(jìn)行試打樁，試打樁時壓樁力配重視場地土質(zhì)情況而定，一般為單樁設(shè)計(jì)承載力特征值的2 倍，因?yàn)榕渲靥?，易發(fā)生“陷機(jī)”與行走不便，配重太小，可能壓不到位，甚至?xí)l(fā)生靜壓樁機(jī)上抬，有經(jīng)驗(yàn)的施工單位根據(jù)地質(zhì)條件終壓值Q 與單樁豎向極限承載力Qu 之間應(yīng)存在一定的比例關(guān)系，在試打樁時應(yīng)請?jiān)O(shè)計(jì)、勘察與監(jiān)理等有關(guān)方共同確定，一般設(shè)計(jì)壓樁實(shí)行“雙控”即保證樁長及樁端進(jìn)入持力層深度。④靜壓樁機(jī)行走路線的制訂，一般應(yīng)中間向兩側(cè)進(jìn)行，這樣地基土在壓樁擠密過程中土體可自由向外擴(kuò)展，壓樁還應(yīng)控制每天壓樁數(shù)量，避免一天內(nèi)壓樁過多造成土體產(chǎn)生過大的超孔隙水壓力不能及時消散，加劇擠土現(xiàn)象會把原先壓到位的鄰樁上抬。⑤壓樁前應(yīng)在現(xiàn)場測定樁位并打入鋼扦，因?yàn)檐浲恋鼗捎跇稒C(jī)行走往往會把原先打好的鋼扦擠壓越位，故施工前后應(yīng)反復(fù)校對；⑥掘挖土方時，土方機(jī)械行走路線與開挖深度應(yīng)嚴(yán)格控制，不可超深挖掘，挖斗掘土?xí)r需小心，避免碰撞樁頭。
5 結(jié)語
1)管樁質(zhì)量可靠。管樁在生產(chǎn)選料嚴(yán)格，配合比優(yōu)選，采用高強(qiáng)度低松弛率的預(yù)應(yīng)力專用鋼筋，高速離心成型工藝，高壓蒸養(yǎng)，因此管樁樁身混凝土強(qiáng)度可達(dá)C80。
2)施工質(zhì)量可靠。管樁可根據(jù)不同地質(zhì)條件和場地周圍環(huán)境選用不同施工機(jī)械，可錘擊也可靜壓，施工方法均成熟可靠，只要制訂科學(xué)施工方案，即能保證工程質(zhì)量。
3)施工速度快。管樁從原料進(jìn)廠到成品出廠僅需36h，并可提前預(yù)制貯存?zhèn)溆?，省去預(yù)制方樁在現(xiàn)場的預(yù)制工期，也不會像灌注樁那樣因出現(xiàn)樁身混凝土質(zhì)量問題而需采取補(bǔ)救措施，因而也不擔(dān)心拖延工期了。
4) 符合環(huán)保要求。由于管樁采用工廠化生產(chǎn)，建設(shè)工地前期無砂、石料、水泥等材料的粉塵，采用靜壓法施工可，減少噪聲等環(huán)境污染做到文明施工。
參考文獻(xiàn)
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(3)林天鍵，等.樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995.
作者
李暉(1957～)，女，福建泉州人，高級工程師，國家注冊土木工程師（巖土）,從事建設(shè)工程施工圖審查工作。
