預應力混凝土管樁在中高層建筑中的應用

　　摘要：本文通過預應力混凝土管樁在工程造價、設計施工、施工工期等方面與其它樁型相比較，并通過市場調查和案例分析，得出預應力混凝土管樁在中高層建筑中應用的優(yōu)勢，能夠有效的縮短工期、節(jié)約造價。

　　關鍵詞：預應力混凝土管樁； 造價； 工期； 施工； 設計

1預應力管樁的概況和發(fā)展歷史

　　預應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，是采用高強混凝土和高強度的預應力鋼棒，在工廠用預應力預制而成?？偣卜譃槿N，預應力高強混凝土管樁（代號PHC）、預應力混凝土管樁（代號PC）、預應力混凝土薄壁管樁（代號PTC），應用最廣泛的為預應力高強混凝土管樁(代號PHC)，按外徑分有以下規(guī)格：300mm、400mm、500 mm、550mm、600 mm、800 mm、1000 mm，按樁身混凝土有效預壓應力值或其抗彎性能分為A型、AB型、 B型、 C型。

　　預應力混凝土管樁具備以下特點：

　?、?適應性廣?？捎糜诠I(yè)與民用建筑工程基礎、大型設備基礎、橋梁和碼頭的基礎及擋土墻等，尤其對各種地質地層有較強的穿透能力；

　?、?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。

　?、?抗彎抗裂性好。采用高強度鋼筋和預應力工藝，與普通混凝土預制樁相比具有較強的抗裂性和較強的抗彎性剛度，在運輸過程中及施打過程中均能保持樁身完好；

　?、?經濟效益好。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，管樁長度與沉管灌注樁和人工挖孔樁相比受施工機械和地質條件的限制較少；

　?、?符合環(huán)保要求，運輸吊裝方便，施工現場整齊文明；

　　⑥ 成樁質量可靠，且檢測方便，監(jiān)理強度低；

　?、?縮短工期是預應力管樁的最大優(yōu)勢，施工進度快，而且不需等待28天齡期，成樁后即可作樁基檢測。對于現在的商品經濟市場尤為重要。

　　不過預應力管樁也有其局限性，如以下工程地質條件不宜使用預應力管樁：①孤石和障礙物多的地層；②有堅硬隔層的地區(qū)；③石灰?guī)r地區(qū)；④從軟塑層突變到特別堅硬的地區(qū)，主要是上軟下硬、軟硬突變的地區(qū)。

　　預應力管樁作為預制樁的一種，隨著人們在十多年的工程實踐應用中，解決了預制樁的許多工藝技術問題，如接樁和截樁等問題，隨著國家標準設計圖集03SG409和《先張法預應力混凝土管樁》(GB13476 - 92)的頒布，標志著預應力混凝土管樁的使用技術已經成熟。

　　預應力高強度混凝土管樁可以廣泛應用于工業(yè)與民用建筑、鐵路、公路、橋梁、碼頭、港口等工程建設。從國內各省的應用情況來看，以工業(yè)與民用建筑用量最大，約占總量的80%。預應力管樁既適用于多層建筑，也適用于高層建筑，尤其是10層到30多層樓房。預應力管樁最適合應用于基巖埋藏深、強風化巖層或風化殘積土層厚的地質條件。目前預應力管樁已經成為國內12層以及12層以上高層建筑的常用樁基礎之一。

2預應力管樁的設計和施工

　　2.1預應力管樁的設計

　　設計方要根據工程地質詳細勘查報告，判斷地質情況是否適合采用預應力管樁，并分析關于管樁的各種計算參數，以及預應力管樁可以達到的承載力特征值。

[Page]

　　預應力管樁的承載力由樁身結構豎向承載力設計值和單樁承載力特征值決定。其中樁身結構豎向承載力設計值可以查國家建筑標準設計圖集03SG409確定，其中常用的如表1所示：

　　而單樁承載力特征的計算在國家規(guī)范中無明確規(guī)定，按照力學性能分析，可以參照鋼管樁的計算公式初步估算，公式如下：

　　考慮到預應力管樁的擠土效應， λs、λp都可以取1。

　　但是一般按照施工圖詳勘報告的參數計算，計算出來的結果遠遠小于預應力管樁實際能達到的承載力。實際設計施工過程中，承載力特征值的選定一般根據地質報告、規(guī)范參數、本地區(qū)經驗綜合選定，在施工之前進行試樁，再根據試樁的靜壓試驗確定承載力特征值。在正式施工中，往往以最后三陣的標準貫入度控制，最終以靜壓試驗為準。當工程地質情況較好的情況下，單樁承載力特征可以達到樁身結構豎向承載力。

　　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,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 樁長的內腔被土體塞住,從土體閉塞效果來看,單樁承載力不會降低,但擠土作用減少。封口樁尖成狀后,內腔可一目了然,對樁身質量及長度可用目測法檢查,這是其他樁型所沒有的。

　　2.2預應力管樁的施工

　　施工工藝

　　2.2.1測量定位

　　2.2.2樁機就位

　　2.2.3管樁起吊，對中和調直

　　2.2.4沉樁

　　根據設計文件、地堪報告、施工場地周邊環(huán)境選擇合適的沉樁機械。沉樁機械分錘擊沉樁和靜壓沉樁兩種。錘擊法沉樁機械通常采用柴油錘、液壓錘，不宜采用自由落錘打樁機；靜壓法沉樁機械采用液壓式機械。

　　樁間距小于3.5d（d：樁徑）時，宜采用跳打。

　　施打時應保證樁錘、樁帽、樁身中心線在同一條直線上，保證打樁時不偏心受力。沉樁過程中應經常觀測樁身的垂直度，若垂直度超過1％，應找出原因并設法糾正

[Page]

　　2.2.5接樁

　　工程中應盡量減少接樁，任一單樁的接頭數量不宜超過4個，應避免樁尖接近硬持力層或樁尖處于硬持力層時接樁。

　　接樁分為端板焊接連接和機械快速連接兩種。

　　接樁時焊縫要連續(xù)飽滿，焊渣要清除；焊接自然冷卻時間應不少于1min，地下水位較高的應適當延長冷卻時間，避免焊縫遇水如淬火易脆裂；對接后間隙要用不超過5mm鋼片數填，保證打樁時樁頂不偏心受力；避免接頭脫節(jié)。

　　2.2.6截樁

　　截樁宜采用鋸樁器，嚴禁采用大錘橫向敲擊截樁或強行扳拉截樁。應確保截樁后管樁的質量

　　2.2.7檢查驗收

　?、?當采用送樁時測試的貫入度應參考同一條件的樁不送樁時的最后貫入度予以修正。

　?、?根據設計及試打樁標準確定的標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，會同有關部門做好中間驗收工作。

　?、?實際控制成樁標準中的標高和最后三陣貫入度與設計及試樁標準出入較大時，應會同有關部門采取相應措施，研究解決后移至下一樁位。

　?、?打樁過程中，遇下列情況之一應暫停打樁，及時會同有關部門解決：

　　a、貫入度突變；

　　b、樁頭混凝土剝落、破碎、樁身出現裂縫；

　　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樁總錘擊數超過2000，PHC樁總錘擊數超過2500；

　　f、樁身回彈曲線不規(guī)則。

3預應力混凝土管樁與人工挖孔樁、夯擴樁技術經濟比較（見表2） 

[Page]

4市場調查案例

　　通過廣泛的市場調查，對湖南建筑市場預應力混凝土管樁進行了調查分析，現結合案例分析，將預應力混凝土管樁與人工挖孔樁、沉管灌注夯擴樁，主要從工程造價、施工工期等方面進行比較分析。

　　案例一：長沙某住宅小區(qū)(33層)

　　長沙某住宅小區(qū)，共12棟高層住宅，每棟地上33層，地下一層，標準層層高3m，建筑高度99m，結構形式采用剪力墻結構，基礎形式均采用預應力高強混凝土管樁。以其中5＃棟的基礎為例：

　　基礎形式采用預應力高強混凝土管樁，型號PHC-AB-500-125，外徑500mm，壁厚125mm。樁長為10m左右，單樁承載力特征值取2700kN。由于持力層比較平緩，鋸樁數量很少。施工完成后，靜載試驗檢測結果，單樁承載力特征值可到達3000kN。

　　總樁數為205個，按照樁長為10m，初步估算樁的造價（不包括承臺）為205X10X190＝389，500元。工期按照兩臺捶擊打樁機，每天施工40根樁，工期只要5d，施工完成后即可進行靜載和樁身動測試驗。

　　如果采用人工挖孔樁，樁徑為1.0m，擴底尺寸為1.6m，單樁承載力特征值經計算為6000kN?？偣残枰斯ね诳讟稊禐椋?05X2700÷6000=92根樁，考慮到至少15%的樁不需要擴底，樁總數為1.15X92=105。初步估算樁的造價為494，550元，還不包括施工過程中的降水費用。工期按照每天施工5根樁，工期需要21d，施工完成后28d后才能進行靜載和樁身動測試驗。

　　由于柱（墻）底內力比較大，可不考慮采用夯擴樁。

　　案例二：長沙某小區(qū)A區(qū)2棟(18層)

　　長沙某小區(qū)A區(qū)2棟住宅樓，地上18層，地下一層，標準層層高3m，建筑高度56m，結構形式采用框架-剪力墻結構，基礎形式均采用預應力高強混凝土管樁。

　　基礎形式采用預應力高強混凝土管樁，型號有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。樁長為8－15m左右，持力層為強風化礫巖，樁端土的承載力特征值3500 kPa。

　　總樁數為PHC-AB-500-12585個，PHC-AB-400-95 342個。按照樁長為12m，初步估算樁的造價（不包括承臺）為85X12X190＋342X12X140＝768，360元。工期按照兩臺捶擊打樁機，每天施工40根樁，工期只要11d，施工完成后即可進行靜載和樁身動測試驗。

　　如果采用人工挖孔樁，樁徑為1.0m，擴底尺寸為1.5m，單樁承載力特征值經計算為6000kN。總共需要人工挖孔樁數為：(85X2500+342X1500)÷6000=121根樁，考慮到至少30%的樁不需要擴底，樁總數為1.3X121=157。初步估算樁的造價為887，365元，還不包括施工過程中的降水費用。工期按照每天施工5根樁，工期需要27d，施工完成后28d后才能進行靜載和樁身動測試驗。

　　由于柱（墻）底內力比較大，不考慮采用夯擴樁。

　　案例三：長沙某房地產小區(qū)F3棟(10層)

　　長沙某房地產小區(qū)F3棟，地上10層，標準層層高3m，建筑高度32m，結構形式采用剪力墻結構，基礎形式采用預應力高強混凝土管樁。

　　基礎形式采用預應力高強混凝土管樁，型號PHC-AB400-95，外徑400mm，壁厚95mm。樁長為7－12m左右，單樁承載力特征值取1400kN。持力層為強風化礫巖，樁端土的承載力特征值3000 KPa。

[Page]

　　總樁數為111個，按照樁長為10m，初步估算樁的造價（不包括承臺）為111X10X160＝177，600元。工期按照一臺捶擊打樁機，每天施工20根樁，工期只要5.5d，施工完成后即可進行靜載和樁身動測試驗。

　　如果采用人工挖孔樁，樁徑為0.9m，擴底尺寸為1.4m，單樁承載力特征值經計算為4600kN?？偣残枰斯ね诳讟稊禐椋?11X1400÷4600=34根樁，考慮到至少30％的樁不需要擴底，則樁總數估算為1.3X34＝45，初步估算樁的造價為171，680元，還不包括施工工程中的降水費用。工期按照每天施工5根樁，工期需要9d，施工完成后28d后才能進行靜載和樁身動測試驗。

　　如果采用夯擴樁，樁徑為0.38m，單樁承載力特征值為600kN。總共需要夯擴樁數為：111X1400÷600=259根樁。初步估算樁的造價為：259X10X85=220，150元。工期按照每天施工18根樁，工期需要15d，施工完成后20d后才能進行靜載和樁身動測試驗。

5關于預應力管樁在中高層建筑中的應用

　　通過對預應力管樁的考察和市場案例分析可以得知：

　　5.1對于7－10層的多層建筑，采用高強預應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測試驗，而夯擴樁成樁后20多天后方可作檢測。

　　5.2對于11－18的高層建筑，采用高強預應力管樁和人工挖孔樁在經濟比較上，可以降低土建的工程造價10-15%。對于19以上的高層建筑，采用高強預應力管樁和人工挖孔樁在經濟比較上，可以降低土建的工程15-30%。

　　綜上所述，預應力管樁在技術上是一種相當成熟的樁基型式，可以給業(yè)主方帶來良好的經濟效益和社會效益。

　　參考文獻：

　　[1] 先張法預應力混凝土管樁.GB13476 - 92.
　　[2] 國家建筑標準設計圖集.03SG409.
　　[3] 中南地區(qū)建筑標準設計.預應力混凝土管樁.04ZG207.
　　[4] 廣東省標準.預應力混凝土管校基礎技術規(guī)程.DBJ／T15-22-98.