淺析預(yù)應(yīng)力砼管樁在地基處理中的應(yīng)用

1、丈逹理丄丈彥網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 ?？粕厴I(yè)大作業(yè)g:淺析預(yù)應(yīng)力徑管樁在地基處理中的應(yīng)用學(xué)習(xí)中心：層次：高中起點專科專業(yè)：土木工程年級：2010年春季學(xué) 號：學(xué) 生：指導(dǎo)教師：完成日期：2012年02月27日容摘要地基基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)工程施工技術(shù)對于土木工程施工具有極為重要的作用，因 此很有必要對其進行探討。本文首先闡述了地基基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)土建定義；其次對 土木工程地基的加固與處理技術(shù)進行了分析，同時，著重對利用預(yù)應(yīng)力論管樁進 行地基基礎(chǔ)處理的應(yīng)用情況進行詳細闡述，以便能讓我們清楚地掌握住相關(guān)的一 些工藝技術(shù)要求，為日后在進行類似工程的施工控制時能起到參考借鑒的作用。關(guān)鍵詞：地基基礎(chǔ)；地基處理；樁基礎(chǔ)；預(yù)應(yīng)

2、力栓管樁目 錄容摘要I引 言11地基基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)21.1 地基與基礎(chǔ)21. 1. 1地基、基礎(chǔ)21.1.2地基承載力21.2樁基礎(chǔ)及其分類21.2.1 樁基礎(chǔ)的含義21.2.2 樁基礎(chǔ)的分類32預(yù)應(yīng)力混凝土管樁42.1預(yù)應(yīng)力栓管樁的簡介42.2預(yù)應(yīng)力殮管樁樁體特點42.3預(yù)應(yīng)力栓管樁施工工藝技術(shù)要求52.4預(yù)應(yīng)力栓管樁質(zhì)量檢測要求72.5預(yù)應(yīng)力栓管樁在地基處理中存在的問題及預(yù)防措施8參考文獻10引 言隨著我國國民經(jīng)濟的高速增長，建筑業(yè)也得到了蓬勃的發(fā)展，各大城市高樓 林立，大型公共建筑、工業(yè)廠房、各類橋梁不斷涌現(xiàn)。提高天然地基的承載能力 或加固軟弱地基，保持地基的穩(wěn)定，減少基礎(chǔ)的沉降和不均勻沉

3、降，以滿足建筑 物上部荷載的要求，確保建筑物（構(gòu)筑物）的工程質(zhì)量是首要工作。目前針對軟 弱地基的不同構(gòu)成有很多不同的處理方法，其中，最省時、最節(jié)約的是樁基處理, 因此樁基礎(chǔ)在地基處理中的使用已日益普及，現(xiàn)結(jié)合我的工作，淺析預(yù)應(yīng)力栓管 樁在現(xiàn)代工程建設(shè)地基處理中的應(yīng)用。1 地基基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)1.1 地基與基礎(chǔ)1.1.1 地基、基礎(chǔ)地基是指建筑物荷載作用下基底下方產(chǎn)生的變形不可忽略的那部分地層，而基 礎(chǔ)則是指將建筑物荷載傳遞給地基的下部結(jié)構(gòu)。作為支承建筑物荷載的地基，必 須能防止強度破壞和失穩(wěn)，同時，必須控制基礎(chǔ)的沉降不超過地基的變形允許值。 在滿足上述要求的前提下，盡量采用相對埋深不大，只須普通的

4、施工程序就可建 造起來的基礎(chǔ)類型，即稱天然地基上的淺基礎(chǔ)；地基不能滿足上述條件，則應(yīng)進 行地基加固處理，在處理后的地基上建造的基礎(chǔ)，稱人土地基上的淺基礎(chǔ)。當(dāng)上 述地基基礎(chǔ)形式均不能滿足要求時，則應(yīng)考慮借助特殊的施工手段相對埋深大的 基礎(chǔ)形式，即深基礎(chǔ)（常用樁基），以求把荷載更多地傳到深部的堅實土層中去。1. 1.2地基承載力各種土木工程在整個使用年限都要求地基穩(wěn)定，要 求地基不致因承載力不足、滲流破壞而失去穩(wěn)定性，也 不致因變形過大而影響正常使用。地基承載力是指地基 承擔(dān)荷載的能力。在荷載作用下，地基要產(chǎn)生變形。隨 著荷載的增大，地基變形逐漸增大，初始階段地基尚處 在彈性平衡狀態(tài)，具有安全承載

5、能力。當(dāng)荷載增大到地 基中開始出現(xiàn)某點或小區(qū)域各點某一截面上的剪應(yīng)力 達到土的抗剪強度時，該點或小區(qū)域各點就剪切破壞而 處在極限平衡狀態(tài)，土中應(yīng)力將發(fā)生重分布。這種小 圖1地基容許承載力 圍的剪切破壞區(qū)，稱為塑性區(qū)。地基小圍的極限平衡 狀態(tài)大都可以恢復(fù)到彈性平衡狀態(tài)，地基尚能趨于穩(wěn)定，仍具有安全的承載能力。 但此時地基變形稍大，尚須驗算變形的計算值不超過允許值。當(dāng)荷載繼續(xù)增大， 地基出現(xiàn)較大圍的塑性區(qū)時，將顯示地基承載力不足而失去穩(wěn)定。此時地基達到 極限承載能力。地基承載力是地基土抗剪強度的一種宏觀表現(xiàn)，影響地基土抗剪 強度的因素對地基承載力也產(chǎn)生類似影響。1.2樁基礎(chǔ)及其分類1.2. 1樁基

6、礎(chǔ)的含義樁基礎(chǔ)是一種既古老又現(xiàn)代的高層建筑物和重要建筑物工程中被廣泛采用的 基礎(chǔ)形式。樁基礎(chǔ)的作用是將上部結(jié)構(gòu)較大的荷載通過樁穿過軟弱土層傳送到較深的堅硬土層上，以解決淺基礎(chǔ)承載力不足和變形較大的地基問題。樁基礎(chǔ)具有 承載力髙，沉降量小而均勻，沉降速率緩慢等特點。它能承受垂直荷載、水平荷 載、上拔力以及機器的振動或動力作用，已廣泛用于工業(yè)廠房、橋梁、水利等工 程中。樁基礎(chǔ)的分類1. 摩擦型樁外部荷載主要通過樁身側(cè)表面與土層之間的摩擦阻力傳遞給周圍 的土層，樁端只承受部分荷載，一般 不超過10%。端承摩擦樁在外部荷載 作用下，樁的端阻力和側(cè)摩阻力都同 時發(fā)揮作用。圖2樁基礎(chǔ)(a)端承樁 (b)摩

7、擦樁1樁2承臺3上部結(jié)構(gòu)2. 端承型樁外部荷載通過軟弱土 層，由樁身直接傳給樁端的基巖，樁 的承載力由樁端基巖提供，一般不考 慮樁側(cè)摩擦阻力的作用。摩擦端承樁 樁頂荷載主要由樁端承受，如通過軟 弱土層樁端嵌入基巖的樁，由于樁的 長細比很大，在外部荷載作用下，樁側(cè)摩擦阻力也起到部分作用，但樁側(cè)阻力小 于樁端阻力。3. 按樁身材料分為混凝土樁和鋼樁?；炷翗队址譃轭A(yù)制混凝土樁和灌注混 凝土樁。預(yù)制観樁可在工廠集中生產(chǎn)，也可在場地附近預(yù)制，預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁 管樁現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于小高層建筑中；灌注混凝土樁是用樁機設(shè)備在施工現(xiàn)場就地 成孔或采用人工挖孔，在孔放置鋼筋籠，其深度和直徑根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，

8、由設(shè)計單位確定。鋼樁主要采用型鋼和鋼管兩大類，作臨時支檔結(jié)構(gòu)或永久性的 碼頭工程。型鋼又分為H型鋼和I型鋼。2預(yù)應(yīng)力混凝土管樁2. 1預(yù)應(yīng)力殮管樁的簡介預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是體現(xiàn)當(dāng)代混凝土技術(shù)進步與混凝土制品髙新工藝水平的 一種預(yù)制混凝土樁。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁可分為后 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和先法預(yù)應(yīng)力混凝提管樁。先 法預(yù)應(yīng)力管樁是采用先法預(yù)應(yīng)力工藝和離心成 型法制成的一種空心筒體細長混凝土預(yù)制構(gòu)件， 主要由圓簡形樁身、端頭板和鋼套箍等組成。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的分類：（1）按外型（壁厚）可分為先法預(yù)應(yīng)力混凝土 圖3預(yù)應(yīng)力栓管樁 管樁（PHC.PC）和先法預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁（PTC） o（2）按混凝土強度等

9、級可分為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PC）和預(yù)應(yīng)力高強混凝土 管樁（PHC）o（3）按抗彎性能或混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力可分為A、AB、B、C型。使用多數(shù)為 A型，A型樁的有效預(yù)應(yīng)力約為4. OX/mmlAB型為6. 0N/nun2,B型約為8. 0N/mmC型 為10. ON/mm2,打樁時樁身混凝土可有效地抵抗仃樁拉應(yīng)力，所以，對于一般建設(shè) 工程，選用我國規(guī)定的A或AB型的管樁就可以。每節(jié)管樁都有出廠標記，表示在管樁表面距端頭1.0米左右的地方。標記示 例：生產(chǎn)廠家、產(chǎn)牌、生產(chǎn)日期、外徑、壁厚、長度型號預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁 的標記為：比例簡寫PHC-A600-110。PC樁和PTC樁蒸汽養(yǎng)護一般采用蒸壓蒸

10、汽養(yǎng)護，要經(jīng)過28天才能施打。而 PHC樁脫模后要進入高壓釜蒸養(yǎng)，經(jīng)10個大氣壓蒸養(yǎng)緩期時間出蒸壓釜后，混凝 土強度等級達C80可以直接運到工地施工，也有用蒸汽養(yǎng)護的，但會降低模具周 轉(zhuǎn)率。2.2預(yù)應(yīng)力殮管樁樁體特點預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，從這個名稱上可以看出，這類樁體其實已經(jīng)概括出它的 幾項顯著的結(jié)構(gòu)特點了，即包含了 “預(yù)應(yīng)力”、"髙強度”、及“圓管形”這三個顯 著樁體特征。由于這類樁體以前主要是用于房屋建筑的基礎(chǔ)處理，在最近幾年才逐漸被引 用到公路工程這個領(lǐng)域疇中來，因此，對于預(yù)應(yīng)力碗管樁的具本控制要求，目前 我們交通部暫時還沒有一套自已的行業(yè)標準，只能暫時參照建設(shè)部現(xiàn)有的幾套技 術(shù)標

11、準進行現(xiàn)場控制。下面，就介紹一下預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的一些結(jié)構(gòu)特性。單樁承載力高，樁身混凝土強度等級為C80,具有高強性能，600的預(yù)應(yīng)力栓 管樁的單樁允許承載力達到2500-3200kNo可作為高速公路橋涵結(jié)構(gòu)物處的軟基處 理。其單位承載力的造價比預(yù)制混凝土方樁和鉆孔灌注樁低，且僅為鋼樁的1/3 2/3,并節(jié)省鋼材?？箯澬阅芎谩ｎA(yù)應(yīng)力栓管樁選用高強度、低松馳的陰螺紋鋼筋作為預(yù)應(yīng)力主 筋，使樁身具有較高的預(yù)壓應(yīng)力，其抗彎、抗裂性能良好，預(yù)應(yīng)力論管樁有卓絕 的貫人性能，能穿透密實的砂層，能適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境與地理條件。質(zhì)量穩(wěn)定可靠。由于采用工廠預(yù)制的生產(chǎn)方式，能利用先進的工藝和設(shè)備， 質(zhì)量容易控制，產(chǎn)品

12、質(zhì)量容易保證，且成樁質(zhì)量監(jiān)測方便。應(yīng)用圍廣。樁身耐防腐性能好，規(guī)格長度容易調(diào)整，使設(shè)計選用圍廣，容易 布樁，對樁端持力層起伏變化大的地質(zhì)條件適應(yīng)性強。施工速度快，工期短。預(yù)應(yīng)力栓管樁在工廠商品化生產(chǎn)，能按施工要求及時 供樁，施工前期準備時間短，一般能縮短工期12月。施工現(xiàn)場文明。施工現(xiàn)場無砂石、水泥，無泥漿污染，對施工現(xiàn)場狹窄的工 程特別有利。2.3預(yù)應(yīng)力殮管樁施工工藝技術(shù)要求管樁沉樁方法有多種，在我國國施工過的方法有：錘擊法、靜壓法、震動法、 射水法、預(yù)鉆孔法及中掘法等，而以靜壓法用得最多。由于柴油錘打樁時震動劇 烈、噪音大，為適應(yīng)市區(qū)施工需要，近幾年來我國各地開發(fā)了大噸位的靜力壓樁 機施壓

13、預(yù)應(yīng)力管樁的工藝，靜力壓樁機可分為頂壓式和抱壓式，抱壓式是樁機的 夾板夾緊樁身，依靠持板的摩擦力大于入土阻力的原理工作，靜力壓樁機最大壓 樁力可達5000-6000KN,可將直徑500、600的預(yù)應(yīng)力管樁壓到設(shè)計要求的持力層, 從而大大推動了預(yù)應(yīng)力管樁的應(yīng)用和發(fā)展。在每一處管樁正式開工前，應(yīng)按不少于1%的工程樁數(shù)量且不少于3根的數(shù)量 進行試樁。試樁樁位應(yīng)選在地質(zhì)勘探孔附近，且試樁的長度及地質(zhì)條件應(yīng)具有代 表性。管樁施打前，應(yīng)在樁身上劃出以米為單位的長度標記，并按從下至上的順序 標明樁的長度，以便觀察樁的入土深度及記錄每米沉樁錘擊數(shù)。施打時，應(yīng)由專 職施工員及時準確地填寫施工記錄表，并經(jīng)駐地監(jiān)理

14、驗證簽名后方可作為有效的 施工記錄。管樁施打時，應(yīng)按以下原則確定施打順序：若樁距離周圍建筑物較遠、施工 場地較開闊時，宜從中間向四周進行；若樁的其中一側(cè)靠近建筑物時，宜從毗鄰 建筑物一側(cè)開始由近及遠的進行。另外，選樁時應(yīng)根據(jù)試樁的長度，宜先選長后 選短。預(yù)應(yīng)力管樁沉入土中的第一節(jié)樁稱為底樁。底樁下端部都要設(shè)置樁尖（靴）。 管樁樁尖（靴）形式主要有三種：十字型、圓錐型和開口型。十字型和圓錐型也 稱閉口型。地區(qū)采用開口型樁尖（靴）比較多，、及港澳地區(qū)，采用十字型樁尖（靴） 較多，開口型樁尖（靴）沉入土層中后樁身下部約有1/3樁長的腔被土體塞住， 沉樁時發(fā)生的擠土作用比封口型樁尖（靴）要小一些。封口

15、型樁尖沉入土層中， 樁身腔在電燈和手電光的照射下一目了然，因此，可用目測法檢查成樁的樁身質(zhì) 量，并用直接量測法復(fù)測沉樁長度。樁尖規(guī)格不符合設(shè)計要求，也會造成工程質(zhì) 量事故，所以國家標準預(yù)應(yīng)力混凝土管樁C03SG409對常用樁尖規(guī)格做出了規(guī) 定。圖4預(yù)應(yīng)力栓管樁焊接接長當(dāng)管樁需要接長時，其入土部分樁 段的樁頭宜高出地面0. 5-1. 0m,且任一 單樁接頭的數(shù)量不宜超過4個。當(dāng)管樁采用焊接連接方式接長時， 焊接層數(shù)不得少于2層，層焊渣必須清 理干凈后方能施焊外一層，且焊縫應(yīng)飽 滿連續(xù)。焊好的樁接頭應(yīng)待自然冷卻后 方可繼續(xù)錘擊，自然冷卻時間不宜少于 8min,嚴禁用水冷卻或焊好即打。當(dāng)樁達到收錘標

16、準而尚存有較長的樁長時，外露部分應(yīng)進行切割，樁頭的切 割宜采用鋸樁器進行，嚴禁采用大錘橫向敲擊截樁或強行扳拉截樁。為了避免因碰到地下孤石而致使打入困難，應(yīng)在每根管柱的底樁配備樁尖， 以確保管樁的順利施打。樁尖宜采用鋼板制作，其規(guī)格及類型應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件及 設(shè)計要求選用，建議使用封口型樁尖（十字型或圓錐形）。收錘標準應(yīng)滿足設(shè)計要求，即以進入樁端持力層2叭最后貫入度不得超過80cm / 10擊為控制標準（錘擊能宜采用錘重2. 5t,沖程0. 8-1. 2m） o用于施打預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的樁機可根據(jù)PHC樁的設(shè)計長度與施工成本，結(jié) 合實際現(xiàn)場地質(zhì)情況選用。目前，管樁施打的方式主要有錘擊式和液壓式兩種。

17、 而具體采取何種形式，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件予以選用。在選擇樁錘時，必須充分考慮 樁的形狀、尺寸、重量、入土長度、結(jié)構(gòu)形式以及土質(zhì)、氣象等條件，并掌握各 種錘的特性。樁錘的夯擊能量必須克服樁的貫入阻力，包括克服樁尖阻力、樁側(cè) 摩阻力和樁的回彈產(chǎn)生的能量損失等。如果樁錘的能量不能滿足上述要求，則會 引起樁頭部的局部壓曲，難以將樁送到設(shè)計標高。在進行錘擊沉樁時，因地層較軟，初打時可能下沉量較大，宜低錘輕打，隨 著沉樁加深，沉速減慢，起錘髙度可漸增。在整個打樁過程中，要使樁錘、樁帽、 樁身盡量保持在同一軸線上。必要時應(yīng)將柱錘及樁架導(dǎo)桿方向按樁身方向調(diào)整。 要注意盡量不使管樁受到偏心錘打，以免管樁彎扭破壞。打

18、樁較難下沉?xí)r，要檢 查落錘有無傾斜偏心，特別是要檢查樁墊樁帽是否合適。如果不合適，需更換或 補充軟墊。每根樁宜連續(xù)一次打完，不要中斷，以免難以繼續(xù)打下。預(yù)應(yīng)力栓管樁混凝土強度宜超過80%時才能吊裝，吊裝有兩種方法：當(dāng)樁長大 于13m的預(yù)應(yīng)力栓管樁宜采用支點法，兩支點設(shè)在離樁兩端0.21L處，當(dāng)樁長不 大于13m時，可采用直接進行水平起吊，采用專用吊鉤鉤住管樁兩端壁直接進行 水平起吊。預(yù)應(yīng)力栓管樁強度達到100%時方可運輸，樁在運輸過程中支承應(yīng)滿足 堆放的要求，并且要綁扎牢固。預(yù)應(yīng)力栓管樁堆放場地要堅實平整，且最下層要 在兩支點下放墊木，且墊木支撐點應(yīng)在同一平面上。預(yù)應(yīng)力栓管樁的吊裝、運輸 及堆

19、放過程中應(yīng)輕起輕放，應(yīng)避免振動、碰撞、滾落。2. 4預(yù)應(yīng)力殮管樁質(zhì)量檢測要求預(yù)應(yīng)力論管樁在施工完成后的質(zhì)量檢測方法，與CFG樁一樣，一般需要進行（大） 小應(yīng)變無破損檢測、單樁承載力及復(fù)合地基承載力幾項常規(guī)指標的檢測，以進一 步驗證其完工后的處理質(zhì)量及處理效果。下面，參照預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技 術(shù)規(guī)程DBJ/T15-22-2008的有關(guān)要求，介紹一下預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)的一些常 規(guī)檢測項目以及各個檢測項目的檢測頻率。一般情況下，在施工完每一處預(yù)應(yīng)力栓管樁后，應(yīng)按設(shè)計要求進行以下幾個 方面的檢測：須進行單樁荷載試驗3根，及復(fù)合地基堆載模擬試驗2點，其承載力要求分 別為：單樁承載力不得小于500kN

20、,復(fù)合地基承載力不得小于300kPao須進行高應(yīng)變無破損檢測及低應(yīng)變無破損檢測，其檢測頻率需視各個項目的 合同協(xié)議書或習(xí)慣而定，一般為：高應(yīng)變檢測0. 5%,低應(yīng)變檢測5%。當(dāng)管樁生產(chǎn)數(shù)量達到30000延米時，須作為一個檢驗批隨機抽取2根管樁委 托具有相應(yīng)檢測資質(zhì)的檢測單位進行“抗裂彎矩”及"極限彎矩”兩項指標的試 驗，外徑為40era管樁的具體要求為：A類管樁：抗裂彎矩252kNm,極限彎矩 277 kN - m； B類管樁：抗裂彎矩$75 kNm,極限彎矩35 kNm。2.5預(yù)應(yīng)力牲管樁在地基處理中存在的問題及預(yù)防措施盡管預(yù)應(yīng)力栓管樁比其它類型樁體具有獨一無二的工程優(yōu)點，但是有些

21、地質(zhì) 條件預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是不宜使用的，由于地質(zhì)勘探資料太粗或失誤，預(yù)應(yīng)力混 凝土管樁的質(zhì)量事故時有發(fā)生。例如，在施工過程中，個別已經(jīng)打入到規(guī)定深度 的管樁總會不可避免的存在上浮現(xiàn)象，給土建工程的總體質(zhì)量和計劃工期帶來了 一定程度的負面影響。管樁上浮主要原因是擠土效應(yīng)。由于擠土效應(yīng)一方面對松 填土有擠密作用，可提高地基承載力，但對于壓實土，在擠密的同時造成樁身上 浮、移位和地面隆起，影響樁的承載力。預(yù)防預(yù)應(yīng)力栓管樁上浮的措施有：（1）優(yōu)選樁型和施工方法。首先應(yīng)從設(shè)計方面把關(guān)，對沿海填土區(qū)，特別是 新近填土區(qū)又經(jīng)過強夯或琨壓處理，應(yīng)盡量避免采用高密度、大管徑的預(yù)應(yīng)力管 樁，優(yōu)先選用其他樁型，如鉆孔灌注樁、沖孔灌注樁或簡樁等。對于管樁也應(yīng)優(yōu) 先選用靜壓法，以減小施工振動對周圍管樁的影響。（2）嚴格控制壓樁順序。在軟土地基施工較密集的群樁時，沉樁次序不當(dāng)， 很容易使樁向一側(cè)擠壓造成位移或涌起。對群樁承臺應(yīng)考慮壓樁時的擠土效應(yīng)， 不同深度的樁基應(yīng)先深后淺、先大后小、先長后短。同一單體建筑，一般要求先 施壓場地中央的樁，后施壓周邊樁，當(dāng)一側(cè)毗鄰建筑物時，由毗鄰建筑物處向另 一方施壓。（3）適當(dāng)加大壓樁終壓