談預應力混凝土管樁處理地基

葉學民 蔡同俊

1 概述

預應力混凝土管樁是采用先張預應力，摻加高效減水劑，高速離心蒸汽養護工藝的空心圓筒細長的預制樁，將建筑物的荷載傳給地基土的具有一定抗彎、抗壓性能的受力桿件(如圖1所示)。

預應力混凝土管樁具有單樁承載力高，設計選用范圍廣，施工速度快，工效高，工期短，樁體耐打，檢驗方便，地區適應性強，成樁質量可靠等優點。近十多年來，預應力混凝土管樁在我國的生產與應用以驚人的速度迅猛發展。

2 預應力混凝土管樁的分類和施工

管樁按樁身混凝土強度等級分為預應力高強混凝土管樁(代號PHC樁)、預應力混凝土管樁(代號PC樁)、預應力混凝土薄壁管樁(代號PTC樁)三種類型。其中PHC樁、PC樁按樁身混凝土有效預應力值或其抗彎性能大小由低到高依次分為A型、AB型、B型和C型四種。PC樁混凝土強度等級不應低于C60，PHC樁混凝土強度等級不應低于C80。PTC樁是PC管樁的一種，只是技術指標低一點，但在新的建筑10G409預應力混凝土管樁圖集中已無該型號內容。

管樁一般采用專業廠家生產，技術要求應滿足國標。管樁按外徑分為300 mm～1 200 mm等規格，管壁厚60 mm～130 mm，視管徑、設計承載力大小而不同。管樁節長一般不超過12 m，常用節長8 m～12 m。

管樁沉樁機械分錘擊機械和靜壓機械兩種。施工時應根據設計文件、工程勘察報告、施工場地周邊環境等選擇合適的沉樁機械。施工時先在工地上沉入第一節樁，再駁接第二節樁沉下去，然后駁接第三節樁，直至達到設計標高為止。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;靜壓法沉樁宜采用液壓式機械，按施工方法分為頂壓式和抱壓式兩種。工程中盡量減少接樁，接樁宜在樁尖穿過硬土層后進行，應避免樁尖接近硬持力層或樁尖處于硬持力層中接樁。上、下節樁拼接成整樁時，宜采用端板焊接連接或機械快速接頭連接，接頭連接強度應不小于管樁樁身強度。

3 預應力混凝土管樁的應用領域

預應力混凝土管樁可穿越各類軟土、填土、一般粘性土、粉土、松散及稍密的砂性土，進入厚層老粘性土、碎石土、中密及中密以上砂類土、強風化巖以及中風化極軟巖一定深度，當需穿過上述硬土層或進入硬土層較深時，應通過試驗確定其適用性。當場地存在深厚淤泥、淤泥質土，且基礎埋深較大時，應經過技術經濟比較，確定預應力混凝土管樁基礎的適用性。

預應力混凝土管樁不適用于含孤石和障礙物較多且不易清除的土層，也不適用于樁端以上存在難以穿透的堅硬土層的場地。不應將石灰巖、微風化巖及中風化硬質巖石作為樁端持力層，當硬質巖殘積土及強風化層很薄且其上為松軟土層時，也不宜采用預應力混凝土樁。當堅硬持力層上為深厚淤泥及淤泥質土時，管樁的長徑比不宜大于60。

4 預應力混凝土管樁設計方法

1)單樁豎向承載力特征值計算。

單樁豎向承載力特征值Ra應按下式確定:

其中，Ra為按場地土計算的單樁豎向承載力特征值;Quk為單樁豎向極限承載力標準值;K為安全系數，取值為2。

當根據土的物理指標與承載力參數之間的經驗關系確定單樁豎向極限承載力標準值時，宜按下式估算:

其中，qsik為樁側第i層土的極限側阻力標準值;qpk為極限端阻力標準值;Ap為樁底端橫截面面積(樁尖水平投影面積);u為樁身外周邊長度;li為樁穿越第i層土的厚度。

2)預應力管樁復合地基承載力特征值:

其中，fspk為復合地基承載力特征值，kPa;m為面積置換率;Ra為單樁豎向承載力特征值，kN;Ap為樁的截面積，m2;β為樁間土承載力折減系數，宜按地區經驗取值，如無經驗時可取0.75～0.95，天然地基承載力較高時取大值;fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa，宜按當地經驗取值，如無經驗時，可取天然地基承載力特征值。

5 預應力混凝土管樁應用實例

5.1 滬寧高速公路改擴建工程

滬寧高速公路改擴建工程中，在軟土層埋深較大的路段以及該路段的橋頭、通道部位采用了預應力混凝土管樁進行加固。管樁設計中，一般路段以預應力混凝土薄壁管樁(PTC)為主，混凝土強度等級采用C60，直徑400 mm，壁厚70 mm;對于地層中存在雙層軟土且中部夾有硬土層(粘性土或砂層)的路段，采用PHC型高強預應力混凝土管樁，混凝土強度等級C80，直徑400 mm，壁厚80 mm。預應力管樁樁位在平面呈正方形布置，樁中心間距2.5 m～3.0 m，管樁入土端部視需要決定是否采用樁靴。

根據滬寧高速公路起點試驗路段研究表明，路基填土高大于4 m時，管樁中心間距采用2.5 m，路基填土高度不大于4 m時，管樁中心采用3.0 m。

當管樁打入地層后，在樁頭增設樁帽，樁帽鋼筋與伸入到薄壁管樁內的鋼筋相連接，樁帽相當于一個小承臺，對上部路堤起到承托的作用，管樁的設計間距L≤4 m時，采取140 cm×140 cm×30 cm的樁帽;L＞4 m時，樁帽尺寸為120 cm×120 cm×30 cm。當樁帽混凝土的強度達到設計強度后，再在其上鋪設碎石墊層+土工格柵。樁帽施工完成后，攤鋪40 cm碎石墊層，墊層內鋪設兩層鋼塑土工格柵，格柵的鋪設位置分別距碎石墊層頂10 cm及30 cm。

5.2 鄭州至洛陽高速公路改擴建工程

鄭洛高速改擴建工程中，管樁主要應用于路基填土較高路段和軟弱土地基路段。采用直徑40 cm、壁厚8 cm的預應力PC型管樁，樁間距在2.3 m～3.0 m左右，按正方形布置。管樁頂部設120 cm×120 cm×30 cm的鋼筋混凝土樁帽，樁帽頂部設置30 cm厚碎石墊層，墊層中部設置單層鋼塑格柵，從而增大樁體與墊層的接觸面積，達到均勻樁頂應力、有效減小樁頂刺入量的作用。在單側加寬填土較高路段(H＞6 m)，為了減小荷載對老路的附加應力，在邊坡上也打設PC型管樁，橫向間距3 m，縱向間距2.7 m。

5.3 鄭州至漯河段高速公路改擴建工程

鄭漯高速改擴建工程中主要對沿線橋頭路堤、涵洞通道基底以及高填路段地基，采用PTC型預應力管樁進行處理。預應力管樁均按平行四邊形布設，樁徑為0.4 m，樁距為2.4 m，樁長為6 m～14 m，待樁帽施工完畢后，其上加鋪一層雙向鋼塑土工格柵，后鋪設30 cm的碎石墊層。

6 結語

近十多年來，預應力混凝土管樁已在我國的建筑工程中得到了廣泛應用，也在多條高速公路和鐵路工程中得到了大量應用。經過施工總結，采用預應力管樁施工具有施工工藝可靠、施工質量容易控制、施工便捷快速、綜合經濟指標合理等優點，它必將在高速公路的高填路段和特殊地基處理工程中被廣泛應用。

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