1預(yù)應(yīng)力管樁的概況和發(fā)展歷史
預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是近十多來年來發(fā)展起來的一種新型的樁基形式，是采用高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)度的預(yù)應(yīng)力鋼棒，在工廠用預(yù)應(yīng)力預(yù)制而成?？偣卜譃槿N，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（代號(hào)PHC）、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（代號(hào)PC）、預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁（代號(hào)PTC），應(yīng)用最廣泛的為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(代號(hào)PHC)，按外徑分有以下規(guī)格：300mm、400mm、500mm、550mm、600mm、800mm、1000mm，按樁身混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力值或其抗彎性能分為A型、AB型、B型、C型。
預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具備以下特點(diǎn)：
①適應(yīng)性廣?？捎糜诠I(yè)與民用建筑工程基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、橋梁和碼頭的基礎(chǔ)及擋土墻等，尤其對(duì)各種地質(zhì)地層有較強(qiáng)的穿透能力；②單樁承載力高。由于擠壓作用，管樁承載力要比同樣直徑的沉管灌注樁或鉆孔灌注樁高。③抗彎抗裂性好。采用高強(qiáng)度鋼筋和預(yù)應(yīng)力工藝，與普通混凝土預(yù)制樁相比具有較強(qiáng)的抗裂性和較強(qiáng)的抗彎性剛度，在運(yùn)輸過程中及施打過程中均能保持樁身完好④經(jīng)濟(jì)效益好。因單樁承載能力比同直徑的沉管灌注樁和鉆孔灌注樁高，并可接駁，管樁長(zhǎng)度與沉管灌注樁和人工挖孔樁相比受施工機(jī)械和地質(zhì)條件的限制較少；⑤符合環(huán)保要求，運(yùn)輸?shù)跹b方便，施工現(xiàn)場(chǎng)整齊文明；⑥成樁質(zhì)量可靠，且檢測(cè)方便，監(jiān)理強(qiáng)度低；⑦縮短工期是預(yù)應(yīng)力管樁的最大優(yōu)勢(shì)，施工進(jìn)度快，而且不需等待28天齡期，成樁后即可作樁基檢測(cè)。對(duì)于現(xiàn)在的商品經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)尤為重要。
不過預(yù)應(yīng)力管樁也有其局限性，如以下工程地質(zhì)條件不宜使用預(yù)應(yīng)力管樁：①孤石和障礙物多的地層；②有堅(jiān)硬隔層的地區(qū)；③石灰?guī)r地區(qū)；④從軟塑層突變到特別堅(jiān)硬的地區(qū)，主要是上軟下硬、軟硬突變的地區(qū)。
預(yù)應(yīng)力管樁作為預(yù)制樁的一種，隨著人們?cè)谑嗄甑墓こ虒?shí)踐應(yīng)用中，解決了預(yù)制樁的許多工藝技術(shù)問題，如接樁和截樁等問題，隨著國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集03SG409和《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》(GB13476-92)的頒布，標(biāo)志著預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的使用技術(shù)已經(jīng)成熟。
2預(yù)應(yīng)力管樁的設(shè)計(jì)和施工
2.1預(yù)應(yīng)力管樁的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)方要根據(jù)工程地質(zhì)詳細(xì)勘查報(bào)告，判斷地質(zhì)情況是否適合采用預(yù)應(yīng)力管樁，并分析關(guān)于管樁的各種計(jì)算參數(shù)，以及預(yù)應(yīng)力管樁可以達(dá)到的承載力特征值。
預(yù)應(yīng)力管樁的承載力由樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力設(shè)計(jì)值和單樁承載力特征值決定。其中樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力設(shè)計(jì)值可以查國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集03SG409確定。
而單樁承載力特征的計(jì)算在國(guó)家規(guī)范中無明確規(guī)定，按照力學(xué)性能分析，可以參照鋼管樁的計(jì)算公式初步估算，公式如下：
考慮到預(yù)應(yīng)力管樁的擠土效應(yīng)，λs、λp都可以取1。
但是一般按照施工圖詳勘報(bào)告的參數(shù)計(jì)算，計(jì)算出來的結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于預(yù)應(yīng)力管樁實(shí)際能達(dá)到的承載力。在正式施工中，往往以最后三陣的標(biāo)準(zhǔn)貫入度控制，最終以靜壓試驗(yàn)為準(zhǔn)。當(dāng)工程地質(zhì)情況較好的情況下，單樁承載力特征可以達(dá)到樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力。
管樁樁尖的選擇：管樁樁尖的形式主要有三種：十字型、圓錐型和開口型。前兩種屬于封口型穿越砂層時(shí)，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(zhǎng)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(huì)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(duì)樁身質(zhì)量及長(zhǎng)度可用目測(cè)法檢查，這是其他樁型所沒有的。
2.2預(yù)應(yīng)力管樁的施工工藝
1）測(cè)量定位
2）樁機(jī)就位
3）管樁起吊，對(duì)中和調(diào)直
4）沉樁
根據(jù)設(shè)計(jì)文件、地堪報(bào)告、施工場(chǎng)地周邊環(huán)境選擇合適的沉樁機(jī)械。沉樁機(jī)械分錘擊沉樁和靜壓沉樁兩種。錘擊法沉樁機(jī)械通常采用柴油錘、液壓錘，不宜采用自由落錘打樁機(jī)；靜壓法沉樁機(jī)械采用液壓式機(jī)械。
樁間距小于3.5d（d：樁徑）時(shí)，宜采用跳打。施打時(shí)應(yīng)保證樁錘、樁帽、樁身中心線在同一條直線上，保證打樁時(shí)不偏心受力。沉樁過程中應(yīng)經(jīng)常觀測(cè)樁身的垂直度，若垂直度超過1％，應(yīng)找出原因并設(shè)法糾正
2.3接樁
工程中應(yīng)盡量減少接樁，任一單樁的接頭數(shù)量不宜超過4個(gè)，應(yīng)避免樁尖接近硬持力層或樁尖處于硬持力層時(shí)接樁。
接樁分為端板焊接連接和機(jī)械快速連接兩種。
接樁時(shí)焊縫要連續(xù)飽滿，焊渣要清除；焊接自然冷卻時(shí)間應(yīng)不少于1min，地下水位較高的應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)冷卻時(shí)間，避免焊縫遇水如淬火易脆裂；對(duì)接后間隙要用不超過5mm鋼片數(shù)填，保證打樁時(shí)樁頂不偏心受力；避免接頭脫節(jié)。
2.3.1截樁
截樁宜采用鋸樁器，嚴(yán)禁采用大錘橫向敲擊截樁或強(qiáng)行扳拉截樁。應(yīng)確保截樁后管樁的質(zhì)量
2.3.2檢查驗(yàn)收
?、佼?dāng)采用送樁時(shí)測(cè)試的貫入度應(yīng)參考同一條件的樁不送樁時(shí)的最后貫入度予以修正。
?、诟鶕?jù)設(shè)計(jì)及試打樁標(biāo)準(zhǔn)確定的標(biāo)高和最后三陣貫入度來確定可否成樁，滿足要求后，做好記錄，會(huì)同有關(guān)部門做好中間驗(yàn)收工作。
?、蹖?shí)際控制成樁標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)高和最后三陣貫入度與設(shè)計(jì)及試樁標(biāo)準(zhǔn)出入較大時(shí)，應(yīng)會(huì)同有關(guān)部門采取相應(yīng)措施，研究解決后移至下一樁位。
?、艽驑哆^程中，遇下列情況之一應(yīng)暫停打樁，及時(shí)會(huì)同有關(guān)部門解決：
a、貫入度突變；
b、樁頭混凝土剝落、破碎、樁身出現(xiàn)裂縫；
c、樁身突然傾斜、跑位；
d、地面明顯隆起，臨樁上浮或位移過大；
e、PC樁總錘擊數(shù)超過2000，PHC樁總錘擊數(shù)超過2500；
f、樁身回彈曲線不規(guī)則。
3預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與人工挖孔樁、夯擴(kuò)樁技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
3.1市場(chǎng)調(diào)查案例
通過廣泛的市場(chǎng)調(diào)查，對(duì)某地區(qū)建筑市場(chǎng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行了調(diào)查分析，現(xiàn)結(jié)合案例分析，將預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與人工挖孔樁、沉管灌注夯擴(kuò)樁，主要從工程造價(jià)、施工工期等方面進(jìn)行比較分析。
案例一：某住宅小區(qū)(33層)
某住宅小區(qū)，共12棟高層住宅，每棟地上33層，地下一層，標(biāo)準(zhǔn)層層高3m，建筑高度99m，結(jié)構(gòu)形式采用剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式均采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。以其中5＃棟的基礎(chǔ)為例：
基礎(chǔ)形式采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，型號(hào)PHC-AB-500-125，外徑500mm，壁厚125mm。樁長(zhǎng)為10m左右，單樁承載力特征值取2700kN。由于持力層比較平緩，鋸樁數(shù)量很少。施工完成后，靜載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，單樁承載力特征值可到達(dá)3000kN。
總樁數(shù)為205個(gè)，按照樁長(zhǎng)為10m，初步估算樁的造價(jià)（不包括承臺(tái)）為205X10190＝389，500元。工期按照兩臺(tái)捶擊打樁機(jī)，每天施工40根樁，工期只要5d，施工完成后即可進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測(cè)試驗(yàn)。
如果采用人工挖孔樁，樁徑為1.0m，擴(kuò)底尺寸為1.6m，單樁承載力特征值經(jīng)計(jì)算為6000kN?？偣残枰斯ね诳讟稊?shù)為：205X2700÷6000=92根樁，考慮到至少15%的樁不需要擴(kuò)底，樁總數(shù)為1.15X92=105。初步估算樁的造價(jià)為494，550元，還不包括施工過程中的降水費(fèi)用。工期按照每天施工5根樁，工期需要21d，施工完成后28d后才能進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測(cè)試驗(yàn)。由于柱（墻）底內(nèi)力比較大，可不考慮采用夯擴(kuò)樁。
案例二：某小區(qū)A區(qū)2棟(18層)
某小區(qū)A區(qū)2棟住宅樓，地上18層，地下一層，標(biāo)準(zhǔn)層層高3m，建筑高度56m，結(jié)構(gòu)形式采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式均采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。
基礎(chǔ)形式采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，型號(hào)有2種，其一為PHC-AB-500-125，外徑500mm，壁厚125mm，單樁承載力特征值取2500kN；其二為PHC-AB-400－95，外徑400mm，壁厚95mm，單樁承載力特征值取1500kN。樁長(zhǎng)為8－15m左右，持力層為強(qiáng)風(fēng)化礫巖，樁端土的承載力特征值3500kPa。
總樁數(shù)為PHC-AB-500-12585個(gè)，PHC-AB-400-95342個(gè)。按照樁長(zhǎng)為12m，初步估算樁的造價(jià)（不包括承臺(tái)）為85X12X190＋342X12X140＝768，360元。工期按照兩臺(tái)捶擊打樁機(jī)，每天施工40根樁，工期只要11d，施工完成后即可進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測(cè)試驗(yàn)。
如果采用人工挖孔樁，樁徑為1.0m，擴(kuò)底尺寸為1.5m，單樁承載力特征值經(jīng)計(jì)算為6000kN。總共需要人工挖孔樁數(shù)為：(85X2500+342X1500)÷6000=121根樁，考慮到至少30%的樁不需要擴(kuò)底，樁總數(shù)為1.3X121=157。初步估算樁的造價(jià)為887，365元，還不包括施工過程中的降水費(fèi)用。工期按照每天施工5根樁，工期需要27d，施工完成后28d后才能進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測(cè)試驗(yàn)。由于柱（墻）底內(nèi)力比較大，不考慮采用夯擴(kuò)樁。
4關(guān)于預(yù)應(yīng)力管樁在中高層建筑中的應(yīng)用
通過對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁的考察和市場(chǎng)案例分析可以得知：
4.1對(duì)于7－10層的多層建筑，采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁可以大幅度的縮短施工工期，管樁成樁后即可作靜載和樁身動(dòng)測(cè)試驗(yàn)，而夯擴(kuò)樁成樁后20多天后方可作檢測(cè)。
4.2對(duì)于11－18的高層建筑，采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁和人工挖孔樁在經(jīng)濟(jì)比較上，可以降低土建的工程造價(jià)10-15%。對(duì)于19以上的高層建筑，采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁和人工挖孔樁在經(jīng)濟(jì)比較上，可以降低土建的工程15-30%。
綜上所述，預(yù)應(yīng)力管樁在技術(shù)上是一種相當(dāng)成熟的樁基型式，可以給業(yè)主方帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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