帶砂襯齒紋面排水樁工程應(yīng)用探討

[摘要] 建筑工程建設(shè)中樁基礎(chǔ)應(yīng)用十分普遍，但是，普通擠土樁在工程實(shí)踐中存在擠土效應(yīng)、單樁及群樁承載力不高等諸多問(wèn)題，帶砂襯齒紋面排水樁承載力高、防擠土效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)性較好優(yōu)點(diǎn)。本文就帶砂襯齒紋面排水樁的工程應(yīng)用進(jìn)行了探討。

[關(guān)鍵詞] 預(yù)應(yīng)力管樁 帶砂襯齒紋面排水樁

隨著我國(guó)改革開(kāi)放的深入發(fā)展，建筑工程領(lǐng)域的各項(xiàng)新技術(shù)、新工藝、新材料也在飛躍的發(fā)展，在短短的幾年內(nèi)，預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)由于其為工廠化生產(chǎn)，具有質(zhì)量容易保證，單樁承載力高，貫入性能好，接樁容易， 造價(jià)低，工期短，環(huán)保好，抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用。然而由于其擠土樁的擠土特性，使其仍存在一些問(wèn)題。

一、普通擠土樁施工中的常見(jiàn)問(wèn)題

2003年初昆明開(kāi)始引進(jìn)“先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁”靜壓樁施工技術(shù)，但應(yīng)用后出現(xiàn)兩個(gè)現(xiàn)象，一是在軟弱地基施工中，樁打得很深，但單樁承載力仍然不高，也就是說(shuō)，預(yù)應(yīng)力管樁本身強(qiáng)度再大，但在軟弱地基中卻發(fā)揮不出來(lái)，單樁承載力很低；二是擠土效應(yīng)嚴(yán)重，頭天打下的樁，第二天會(huì)冒出地面一截。究其原因主要有以下問(wèn)題：

1、擠土樁在沉入地下時(shí)，樁身置換了等體積的土體，因此沉樁會(huì)使周邊一定范圍內(nèi)的地面發(fā)生豎向隆起和水平位移（樁周土體受剪切破壞，樁周一定范圍內(nèi)的土體受到擾動(dòng)產(chǎn)生變形，這種變形表現(xiàn)為地面隆起和土體水平位移），并可能使鄰近已壓入的樁上浮形成懸樁、樁位偏移和樁身翹曲，嚴(yán)重時(shí)甚至斷樁。

2、擠土樁在施工過(guò)程中，使樁周土體中的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，樁入土過(guò)程樁周土體尤其在靠近樁表面處產(chǎn)生很高的孔隙水壓力。

3、壓樁過(guò)程樁周土體被重塑和擾動(dòng)，土的原始結(jié)構(gòu)遭到破壞，土的工程性質(zhì)與沉樁前相比有了很大的改變。

4、壓樁后樁周土體中孔隙水壓力的緩慢消散，土體會(huì)再固結(jié)，可能使樁側(cè)受到負(fù)摩阻力的作用，并導(dǎo)致樁周土體下沉，土體與承臺(tái)脫離，同時(shí)可能導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)不均勻沉降。

實(shí)際上上述問(wèn)題的長(zhǎng)期存在一直沒(méi)有較好和徹底的解決辦法，尤其是在軟弱土層、粉質(zhì)粘土土層、淤泥質(zhì)土層等飽和含水土層中，問(wèn)題更為突出。

眾所周知，地基土是由土壤、空氣和水組成，在地下水位以下的土層中，空氣含量極少，在飽和含水條件下根本就無(wú)空氣。要想改善擠土效應(yīng)，必須將被壓縮土體中的水排出，而“帶砂襯的齒紋面排水樁”就有效地解決了這一問(wèn)題。

二、帶砂襯齒紋面排水樁能提高承載力的機(jī)理分析

（一）帶砂襯齒紋面排水樁如下圖所示：

先張法預(yù)應(yīng)力混凝土“帶砂襯齒紋面排水樁”

帶砂襯齒紋面排水樁的特征是樁身按一定規(guī)律制作成梯形截面的齒紋。它可以有效地將樁周的砂石裹挾帶入樁周的土層中。

帶沙襯：指在施工中，樁的齒紋面帶著砂襯（砂和碎石的混合物或者破碎的建筑垃圾）進(jìn)人地下，在樁體外面形成一透水層。

（二）帶砂襯齒紋面排水樁施工情況如下圖所示：

壓樁的同時(shí)將砂石澆灌在樁身周圍并裹挾進(jìn)入樁周土內(nèi)形成砂襯

經(jīng)齒形管樁砂襯透排出的孔隙水（可用水泵抽出）

（三）帶砂襯齒紋面排水樁能提高承載力的機(jī)理

1、在可塑、硬塑的粘土、粉質(zhì)粘土中：齒形管樁的齒面部分，產(chǎn)生作用于土體的錐形擴(kuò)散力。又根據(jù)力的分解，反作用力可分解為兩個(gè)力：一個(gè)是垂直于樁體的水平擠壓力，一個(gè)是豎直向上的端承力。沿樁身有多少個(gè)齒，就有多少個(gè)環(huán)狀小端承力，這些小環(huán)狀端承力的總和，調(diào)動(dòng)了沿樁身自下而上所有土體，共同來(lái)承擔(dān)荷載，所以齒形樁承載力能提高。

2、使用砂襯后，有以下作用：

①就是改變土體與樁之間的摩擦材料，尤其是在淤泥質(zhì)土層，對(duì)樁的摩擦系數(shù)很顯然小于砂襯，所以放砂襯能增大摩擦系數(shù)，提高單樁承載力。

②放砂襯后，增大了樁體表面積相當(dāng)于增加了樁的直徑，樁周摩阻力也就有效增加。

③能改變土體的物理力學(xué)性能，因?yàn)樯耙r可以很快排除打樁過(guò)程中所產(chǎn)生樁周超孔壓水，因此土體物理性能快速恢復(fù)，物理力學(xué)性能得到改善后的土體，其摩阻力也增大。

④由于超孔壓水的迅速排除，大大降低了擠土樁的地基土壓力，提高了土體的壓縮性，大大緩解了樁上浮形成懸樁、樁位偏移和樁身翹曲和斷樁的現(xiàn)象。

3、由于齒形管樁樁周土體物理力學(xué)性能的迅速恢復(fù)，齒形上側(cè)面形成反向土壓力，阻止了樁身上浮，也同時(shí)提高了抗拔力。

見(jiàn)下圖。

三、齒紋面樁與砂襯相結(jié)合便產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，與光面管樁比較具有以下優(yōu)勢(shì)：

1、單樁承載力提高：根據(jù)大量的試驗(yàn)和工程實(shí)踐證明，砂襯齒形樁其單樁承載力為同直徑、同長(zhǎng)度、同地質(zhì)條件下光面管樁單樁承載力的1.6～2倍以上。

2、抗拔力強(qiáng)：齒形樁的齒面部分產(chǎn)生若干個(gè)環(huán)狀端承力。而抗拔的原理，也同樣是環(huán)狀齒面產(chǎn)生反向抗拔力，只是方向不同。

3、提高抗地震能力：

①許多建筑物的樁基礎(chǔ)中有液化層，這些液化層正常條件下具有承載力，當(dāng)遇地震時(shí)，由于地震波的作用液化層會(huì)迅速液化，失去承載力，因此建筑物會(huì)因樁基礎(chǔ)失去承載力而被破壞。而砂襯齒形樁在遇到地震時(shí)，液化層產(chǎn)生的液化水，將沿砂襯迅速消散，能保護(hù)建筑物在地震中不至破壞。

②地震、風(fēng)力造成建筑物搖擺時(shí)，由于砂襯齒形樁抗壓、抗拔的優(yōu)良性能，所以能起到保護(hù)建筑物的作用。

③砂襯齒形樁，其承載力主要靠樁身上若干個(gè)齒的小端承力之和，而不是完全靠樁底部的端承力，在持力層較薄時(shí)對(duì)整根樁承載力的影響并不大，因此能抵抗地震作用。

4、防擠土效應(yīng)：樁基礎(chǔ)施工中，由于擠土，便產(chǎn)生超孔隙壓力水，會(huì)產(chǎn)生破壞作用，把已施工好的樁擠歪，擠斷、擠上??；把道路擠變形；對(duì)附近建筑物造成破壞等等，而采用砂襯、齒形樁做基礎(chǔ)，施工中產(chǎn)生的超孔壓水會(huì)沿著砂襯迅速上升消散，所以砂襯齒形樁具防擠土效應(yīng)。

5、群樁效應(yīng)?。汗饷婀軜?，其單樁承載力主要靠底部某持力層承載，如果群樁皆靠該持力層時(shí)，會(huì)因該層受力過(guò)大而變形破壞。砂襯齒形樁，調(diào)動(dòng)了沿樁身所有環(huán)狀齒面的端承力，所以，受力狀態(tài)好，荷載不是靠某持力層，故群樁效應(yīng)小。

6、降低材料消耗、節(jié)約投資、降低造價(jià)：砂襯齒形樁與同規(guī)格的光面管樁比較，由于單樁承載力的提高，將減少樁的用量，從而降低材料消耗、節(jié)約投資、降低造價(jià)。

7、對(duì)持力層要求不嚴(yán)，便于設(shè)計(jì)：由于齒形樁身上的齒有小端承力，它可調(diào)動(dòng)沿樁身所有厚薄持力層及土體共同承載，其各齒面面積之和為底部面積的許多倍。所以承載力主要靠齒面而不是底部，故對(duì)持力層的要求不高，設(shè)計(jì)中可充分利用各層土層的狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

8、砂襯齒形樁群樁效應(yīng)減少，受力均勻：由于砂襯齒形樁群樁效應(yīng)減少，所以每根樁承受荷載的能力是比較均勻的，同時(shí)充分利用了全樁的各齒形端承力，使得沉降均勻，減少了不均勻沉降。

四、結(jié)論及建議

由于砂襯齒形樁的諸多優(yōu)點(diǎn)，并可降低建筑造價(jià)，其承載原理及理論是站得住腳和可以解釋的，因此應(yīng)當(dāng)是一種先進(jìn)的樁基礎(chǔ)形式。在軟弱土層、粉質(zhì)粘土土層、淤泥質(zhì)土層、尾礦堆積土層等飽和含水土層的建構(gòu)筑物項(xiàng)目中，可以嘗試使用砂襯齒形樁，并在取得經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際試驗(yàn)資料的情況下積極推廣使用，以降低開(kāi)發(fā)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。