預應力混凝土管樁近十多年來在我國的應用越來越廣，當下建筑領域中，高層建筑采用預應力混凝土管樁施工者比較多。在同一地質(zhì)條件，相同承載力下，與鉆孔灌樁對比，預應力管樁不僅具有質(zhì)量穩(wěn)定、施工速度快、承載力高等優(yōu)勢，還更環(huán)保、造價更低。
預應力混凝土管樁的施工方法目前主要有兩種，即錘擊法和靜壓法。前者采用筒式柴油錘將其打人土層中，后者采用全液壓自動壓樁機將其壓人土層中，兩者從表面上看似乎并不存在什么區(qū)別，因此，某些設計、施工和監(jiān)理人員便將它們同等看待，結(jié)果導致不同程度的工程質(zhì)量問題。我們經(jīng)多年的調(diào)查研究和分析，發(fā)現(xiàn)它們?nèi)源嬖诙嗵幉煌c，只有對它們有清醒的認識，才能清晰掌握各自的特點和規(guī)律，從而保證基礎工程質(zhì)量。
1工程概述與地質(zhì)概況
某綜合樓地面6層(框架抗震等級為二級)和地下1層、辦公樓4層(框架抗震等級為三級)和教學樓3層(框架抗震等級為三級)，通過連廊連成一個整體。
根據(jù)現(xiàn)場鉆探情況和土工試驗結(jié)果，場地地層結(jié)構(gòu)如下：
(1)雜填土：場地內(nèi)普遍分布，承載力低，均勻性差，屬高壓縮性土，工程性能差，不能作為基礎持力層。層厚為0～1.5m。
(2)粘土：分布不穩(wěn)定，厚度變化大，屬中等壓縮性土。層厚為2.2～7.0m。
(3)淤泥質(zhì)土：分布不均，流塑～軟塑，強度低，屬高壓縮性土，工程性能差。層厚為1.1～6.0m。
(4)砂質(zhì)粘土：分布較不穩(wěn)定，強度一般，屬中等壓縮性土，工程性能一般，上部荷載較大，不宜作為基礎持力層。層厚為0.8～6.7m。
(5)卵石：分布較穩(wěn)定，但厚度變化較大，呈稍密－密實狀態(tài)，屬中等～低壓縮性土，承載力較高，工程性能較好，該層淺部卵石含量及粒徑均偏小。層厚為3.2～6.0m。
(6)殘積粘性土：呈可塑狀態(tài)，承載力較低，遇水易軟化，強度隨深度遞增，中壓縮性土。層厚為1.8～3.6m。
(7)全風化花崗巖：分布不均，屬中等壓縮性土，工程性能尚可，但揭示厚度薄。層厚為0～3.4m。
(8)強風化花崗巖：分布穩(wěn)定承載力高，厚度較大，分布較均勻，工程性能較好，為良好的基礎持力層和下臥層。
2樁基設計
本工程樁基設計等級為丙級，樁型選用國標《預應力混凝土管樁》10G409之PHC500－125－AB。
2.1原樁基設計主要內(nèi)容：
?、贅痘至訛?層卵石層，樁身進入持力層深度≥1.5m，樁端以下持力層(卵石層)厚度小于2.5m時，樁身應穿透卵石層進入第8層強風化花崗巖。樁身進入第8層持力層深度≥1.5m，采用錘擊沉樁施工。②打樁時以貫入度控制為主，樁長控制為輔，最后三陣每陣十擊的平均貫入度≤30mm(重錘低擊，錘重6t)。③樁尖采用錐形鋼樁尖。④單樁豎向極限承載力暫定如下(單樁豎向極限承載力標準值應以靜載試驗為準)：施工前應先進行試樁。PHC500－125－AB，單樁豎向抗壓極限承載力標準值為2600kN，承載力特征值為1300kN。PHC500－125－AB，單樁豎向抗拔極限承載力標準值為680kN，承載力特征值為340kN。
2.2現(xiàn)場樁基施工情況：
辦公樓和教學樓采用錘擊沉樁施工完畢，共完成沉樁242根。由于綜合樓位置距離民房比較近，僅錘擊沉樁1根，就不得不改為靜壓法沉樁，共完成靜壓沉樁335根，其中28根同時為抗拔樁。
2.3樁身水平承載力計算(水平承載力由水平位移控制)
?、艠端匠休d力特征值：
水平位移充許值χoa=10mm
地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m=10kN
b0=0.9(1.5d+0.5)=1.125m
Ec=3.8×107kN/m2
Es=1.95×108kN/m2
αE=ES/EC=5.13ω0=πd32［d2+2(αE－1)ρgd20］=1.274×10－2m3
I0=W0d0/2=2.548×10－3m4
EI=0.85ECI0=8.23×104kN*m2
α=0.672
樁的換算埋深αh≥4，樁與承臺連接按鉸接υx=2.441，Rha=76.7kN
⑵結(jié)果驗算：
綜合樓有地下室。地下室底板(厚板)和梁在平面內(nèi)剛度無窮大，樁的水平位移可按整體移動計算：查計算地下一層總水平剪力：X向地震剪力Vx=7285.59kN；Y向地震剪力Vy=8121.74kN?？倶稊?shù)310根。每根樁承受水平力：
Tx=7285.59/310=23.5kN＜76.7kN
Ty=8121.74/310=26.2kN＜76.7kN
教學樓柱低最大水平力：Vx=62kN，Vy=57kN，每根樁承受水平力均小于76.7kN，滿足要求。
綜合樓柱低最大水平力：Vx=102kN，Vy=72kN，兩樁承臺，每根樁承受水平力均小于76.7kN，滿足要求。
(以上均未考慮承臺正面填土與樁共同承擔水平力作用)
3沉樁方式
3.1錘沉樁：
錘擊沉樁原設計樁長：持力層為卵石層時，樁長約17米，持力層為第8層時，樁長約24米；實際樁長平均為26.25m，最后三陣貫入度15+15+13(cm/10擊)。從實際成樁可以看出終止打樁的質(zhì)量控制是以樁底標高控制為主、以貫入度為輔。辦公樓181#樁試樁(總錘擊數(shù)573)施工記錄如(表1)所示：
表1辦公樓181#樁試樁施工記錄
從以上試樁記錄可以看出錘擊沉樁有很好穿透力，能輕易穿透卵石層，進入強風化花崗巖層貫入度也無法達到設計要求。通過公式
QUK=uΣqsikli+qpkAp
計算，樁身承載力滿足要求?？墒斟N。靜載試驗結(jié)果181#樁單樁豎向抗壓極限承載力為2600kN，單樁豎向抗壓靜載試驗Q－S曲線圖如下(圖1)所示：
圖1單樁豎向抗壓靜載試驗Q－S曲線圖
3.2靜壓沉樁：
原設計采用錘擊沉樁樁長：持力層為卵石層時，樁長約13m，持力層為第8層時，樁長約22m。實際為靜壓沉樁樁長平均為11.25m，樁端持力層為卵石層，樁端全斷面進入卵石層1.0m～1.5m，樁端以下卵石層厚度不小于1.5m。以402#樁，終壓樁力為4000kN(管樁很難穿透卵石層，需采用加大壓樁力的方法進行沉樁)，樁靜壓沉Q(壓樁力kN)－L(入土深度m)如下(圖2)所示(從以下圖可以看出壓樁力越大時，Q－L線斜率越小)：
圖2Q(壓樁力kN)－L(入土深度m)
靜載試驗結(jié)果402#樁單樁豎向抗壓極限承載力為2600kN，單樁豎向抗壓靜載試驗Q－S曲線圖如下(圖3)所示：
圖3單樁豎向抗壓靜載試驗Q－S曲線圖
3.3靜壓沉樁和錘擊沉樁的分析對比
3.3.1靜壓沉樁的優(yōu)缺點：
A1：場地要求很平整，地下和空中無障礙物，因設備體積加大，重量重，場地地面承載力不應小于壓樁機接地壓強的1.2倍，即靜壓樁對施工場地地面承載力要求較高。本工程對靜壓管樁施工場回填土進行分層碾壓密實處理，以提高地面承載力，滿足靜壓樁機施工要求，樁機基礎如沒有足夠的承載力，沉樁過程中，樁機容易產(chǎn)生不均勻沉降，樁身極易發(fā)生偏移和斷樁。
A2：適合用城市市區(qū)或?qū)Ω蓴_有限制的城市郊區(qū)或新區(qū)。
A3：對于較厚砂層和卵石層，不易穿過，樁身長度小于錘擊沉樁的樁身長度(本商學院僅樁身造價可節(jié)省100多萬元)。對于較淺的石灰?guī)r區(qū)，由于缺乏由軟到硬的過渡巖土層，特別是無強風化層，加之微風化石灰?guī)r表面凹凸不平，采用壓樁時，由于樁接觸微風化石灰?guī)r不產(chǎn)生沖擊力，故不易出現(xiàn)斷樁情況。
A4：承載力：雖然壓樁也具有一些擠土效應，但對樁端持力層的土層物理特性改變不大，樁的實際承載力與理論計算值較接近；樁的最大終壓樁力(持荷時間為3分鐘)大于樁的實際承載力；樁的豎向承載力也比錘擊樁低。
A5：從Q－S曲線圖可以看在相同的荷載作用下靜壓沉樁的沉降量大于錘擊沉樁的沉降量。
3.3.2錘擊沉樁的優(yōu)缺點：
A1：場地要求較平，地下和空中無障礙物，打樁設備體積小、重量輕，錘擊樁對施工場地地面承載力要求較低。
A2：錘擊噪聲對周圍影響較大，影響范圍可在1km左右；場地地面振動，對鄰近的既有房屋有一定的振動干擾，嚴重的會引起鄰近的既有房屋的墻體局部開裂。本工程就是因為這個原因而不得不采用兩種沉樁方式。
A3：適合位置：城市郊區(qū)或新區(qū)。
A4：對于較厚砂層和中厚卵石層能容易穿透。對于較淺的石灰?guī)r區(qū)，由于缺乏由軟到硬的過渡巖土層，特別是無強風化層，加之微風化石灰?guī)r表面凹凸不平，打樁時，很容易出現(xiàn)斷樁情況。
本工程通過樁身低應變法檢測，靜壓沉樁檢測數(shù)為146根，一類樁共146根(占100%)，錘擊沉樁檢測數(shù)為169根，一類樁共162根(95.9%)、二類根共7根(4.1%)，可以看出在這種地質(zhì)情況下靜壓沉樁質(zhì)量比錘擊沉樁質(zhì)量相對好一點。
4結(jié)語
綜上所述，在進行預應力混凝土管樁設計選用時，設計人員要充分了解設計場地的地質(zhì)情況、周邊環(huán)境以及管樁的施工工藝。要根據(jù)地質(zhì)情況，在滿足工程的安全條件下，選擇合適、科學的樁型和沉樁方式，以提高成樁質(zhì)量，發(fā)揮更好的經(jīng)濟效益。
參考文獻
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