設計試樁階段預應力管樁的設計及施工

周占山

摘 要：本設計試樁階段預應力管樁的設計及施工針對極為特殊的試樁目的，即在選定樁型未選定樁長及單樁豎向承載力特征值的情況下，通過試樁得到此樁型在該施工地層的承載力極限值。設計試樁階段由于前期地勘資料的匱乏導致樁施工參數不完整，施工前需要進行對比分析和計算。通過對這一階段特點的分析，形成一套完整的施工解決方案，使試樁能夠較為準確地順利進行，并為類似試樁提供工程施工經驗。

關鍵詞：設計試樁 預應力管樁 單樁豎向極限承載力

中圖分類號：TU47 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（b）-0073-04

由于設計試樁階段的目的性多樣，不確定因素較多，可能會導致預應力管樁樁長的不確定，又由于預應力管樁需要較長的預制周期，若應對措施不完善將在很大程度上影響工期，并增加相應成本費用。通過分析設計試樁階段的特點，掌握在選定樁型未選定樁長及單樁豎向承載力特征值的情況下的試樁目的，梳理關鍵工作內容、分析關鍵未知因素，以確定合理的預制管樁參數，提交完整的試樁報告。

1 設計試樁階段特點

1.1 目的

根據前期掌握的資料詳盡程度不同，其目的有所不同，一般會有以下四種情況。

（1）選定樁型、樁長及單樁豎向承載力特征值的情況下，試樁目的有兩個：一是進一步確定所選樁型的施工可行性，避免樁機全面進場后發現該樁型不適合本場地施工或發現樁承載力遠小于地質報告提供的計算值，此時再改樁型就會拖工期且增加費用。二是根據單樁豎向靜載荷試驗確定單樁豎向承載力特征值。由于地質報告提供的數值往往偏于保守，所以可以根據靜載報告提高樁承載力，減少樁數。

（2）選定樁型、樁長，未選定單樁豎向承載力特征值的情況下，試樁目的為測試此樁型在給定樁長的情況下在該施工地層的承載力極限值。

（3）選定樁型及單樁豎向承載力特征值，未選定樁長的情況下，試樁目的為測試此樁型在該地層達到設計承載力應具備的樁長。

（4）選定樁型未選定樁長及單樁豎向承載力特征值的情況下，試樁目的是通過試樁得到此樁型在該施工地層的承載力極限值。

第四種情況極為特殊，因為通過預應力管樁的承載力計算公式可知，當存在3個未知數的情況下，整個施工變為純試驗性研究，不確定因素過多導致施工方案不唯一，施工物資數量需邊施工邊確定，施工周期將無限延長，可操作性極差，應盡可能避免。

1.2 特點

1.2.1 地勘報告

本階段能夠使用的地勘數據多為初步勘察數據，其數據精度較低，且尚不能準確描述場地地層變化情況，因此依據初步勘察數據計算的單樁承載力與實際承載力偏差很大，又由于其尚不能夠準確揭露場地地層變化情況，因此工程樁設計尚不能夠進行。

1.2.2 設計參數

由于初勘尚不能夠準確揭露場地地層變化情況，工程樁設計尚不能夠進行。因此本階段能夠得到的設計參數僅為樁型、樁徑、入持力層深度（估值，要達到理想承載力該數值會與給定值出入較大，因此更希望用最終沉降量來代替）等，而其他重要施工參數如：承載力設計值、樁長等尚無法獲得。

1.2.3 樁位布置

本階段樁無具體位置要求，但因其試驗性特點，所以不能夠代替工程樁，因此不能施工于建筑地基范圍內。一般情況下試驗樁周圍均應布置4根與其參數相同的4根輔助樁，作為試壓階段載荷平臺支撐受力點，因此其間距與堆載量有關，需要與檢測單位共同協商確定。

1.2.4 試驗方法

與工程樁檢測不同，通常情況下，試樁測試極限承載力數值而不是檢測是否設計承載力標準值，因此采用的試驗方法為破壞性試驗——樁體破壞或沉淀超過規范允許值。

1.2.5 質量控制

為給設計提供準確試驗數據，施工質量必須嚴格控制，以剔除因施工質量原因造成的試驗數據不準確的影響。因此每根主樁施工時必須有管理人員旁站，做好施工記錄，對每根樁的關鍵環節必須進行檢查驗收，填寫驗收結論，對于不合格復查驗收的項目記錄必須完整。此外，成樁記錄必須如實、詳盡，施工遇到的特殊情況及處理方法必須翔實記錄。

2 工作流程

通過上述特點分析，設計試樁階段的工作任務及不確定因素明顯多于工程樁施工階段，因此必須制定一個完整的工作流程，用以保證施工的順利進行。

資料收集→地勘資料分析→估算管樁承載力→樁位布置→預制樁訂貨→預制樁施工→預制樁檢測→整理試樁報告→移交。

3 實施要點

3.1 資料收集

本階段應盡可能多地收集與樁施工相關的支持性資料，包括《工程初步設計》《地質勘查報告》（初勘、詳勘）、《設計參數要求》、本地區管樁應用經驗（論文或調研報告），初步分析支持性文件及參考性文件，制定設計階段試樁的總體思路。特別是《設計參數要求》，一定要避免第四種目的情況的發生。能否提供承載力指標對下步工作影響很大。通常情況下，在建（構）筑物用途確定后，其總體荷載已明確，基礎形式明朗，完全能夠提供承載力指標。但有一種情況例外：本地區尚無樁基設計經驗，具體哪種樁更適用本場地條件尚不可知。此時建議在詳勘完成后再進行試樁工作。

3.2 資料分析

（1）對《工程初步設計》進行了解，確定建（構）筑物基礎埋深范圍，以可能最大埋深量（h0）作為下步確定管樁持力層的依據。

（2）確認能夠作為建（構筑）筑物樁基持力層力的地層。通過排除法逐步確定，持力層埋深范圍為h0至h0向下28m范圍，且必須滿足兩個條件：一是層必須具有均勻性、普遍性。其樁下厚度應大于3倍樁徑，且其下不得存在軟弱層、洞穴。二是按最深樁底標高（本層底標高減3倍樁徑）計算的單樁承載力極限值應大于1200kN，否則選擇本層以下層作為持力層。endprint

（3）當本場地普遍存在厚度不小于5m的深埋砂層時，可先將此層定義為樁端持力層進行承載力驗算，樁進入持力層深度按1.5m計算。如單樁承載力極限值不能滿足1 200kN時，管樁在本場地地層不適用（無法穿透本厚度砂層），請設計更換樁型。當砂層厚度不小于5m，埋深不小于3m，且為中密以上特性時，管樁在本場地不適用。當砂層埋深小于4m時直接作為穿透層，繼續向下尋找可作為持力層的地層。

（4）確定持力層后，確定管樁穿透層各層最大厚度，以及各層對應的力學指標形成如表1所示土層參數表。

表中Δh2=h2-δ，δ=h0-h1，當δ<0時取0。當h1-h0<0時取0。hl為管樁進入持力層深度。樁與各土層位置尺寸見圖1。

3.3 估算管樁承載力

無論設計參數是否已經給定承載力特征值，均需要對單樁承載力進行測算，以驗證其符合程度，測算地層依據使用樁位臨近勘察點地層剖面。承載力驗算有以下幾種情況。

（1）給定樁長（給定進入持力層深度歸為此類）驗算承載力。按《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）5.3.3-1極限承載力計算公式進行計算，承載力不足時增加樁長反復試算，直至達到設計要求承載力為止。

（2）已知承載力反算樁長。需多次假定樁長按《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）5.3.3-1極限承載力計算公式進行計算并對比數據，直至得到滿足承載力的樁長，且承載力富裕系數控制在1.1以內，以求經濟合理。

（3）樁長、承載力均未知時估算樁長及承載力。

施工樁長（h施）按下式計算：

h施=Δh2+Σhi+Δh+hl

hi為從基礎埋深以下至管樁持力層以上各整層厚度；Δh為施工保護樁長。

結合施工極限樁長進行修正，取兩者較小作為計算樁長，代入《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）5.3.3-1極限承載力計算公式進行計算。也可按下式進行計算：

式中：；；；；。

單樁承載力特征值按計算承載力的1/2取整選取。該數值是施工靜壓荷載以及檢測荷載的重要依據，應力求準確。最終計算結果作為試樁重要參數要經設計及監理單位確認，且要將數據通知檢測單位，以確定輔樁位置。

3.4 樁位布置

樁位布置優先于估算管樁承載力，其原因在于試樁階段對地層情況的了解程度的局限性，因初步勘察的揭露程度較低，地層變化沒有被全數表達，因此對樁所在地層情況的了解程度決定了估算其承載力的準確度。所以樁位選擇因盡可能靠近勘察孔，以將地層變化的影響度降至最低。此外，樁位不得布置在建（構）筑物基礎范圍內。作為試驗支撐受力點的輔助樁不建議共用，因此布置時應考慮2組輔助樁的位置，在場地受限情況下可考慮2組樁錯開1/2輔助間距，距離控制在2倍樁徑左右。以勘察點為中心擴散布樁是比較理想的方案。

3.5 預制樁訂貨

預制樁訂貨數量可根據承載力估算值計算，但必須增加合理的儲備。預應力管樁為預制樁，需要一定的加工周期，如未充分認識設計試樁階段的特點，將導致訂貨不足，造成工期延誤。某些情況下設計層面希望在設計試樁階段得到單樁極限承載力，因此根據地層的不同變化揭露程度，設計希望通過樁體最終沉降量控制樁體進入土層的深度。這一希望將帶來樁長的不可預見性，因此訂貨時除需考慮正常損耗率外，還應考慮地層的不確定性帶來的樁長的增加。按10%左右考慮儲備量最為穩妥。

3.6 預制樁施工

（1）做好預制樁的成品保護。對預制樁的裝卸及堆放高度應有明確的要求。此外，對預制管樁的吊點進行必要的設計，防止吊裝過程的變形及損壞。

（2）預壓荷載選擇估算單樁承載力特征值的2～3倍，以達到得到極限承載力的目的。

（3）著重控制樁身垂直度，接樁焊接質量，整個過程做好成樁記錄。通過2臺經緯儀隨時監控樁身垂直度，2臺經緯儀間夾角90°。通過焊工考核、班前焊接檢查，過程監督，施焊完畢后驗收等措施保證焊縫飽滿、強度滿足要求。

（4）以最終沉降量控制沉樁終止點。即當管樁按估算樁長沉樁完成后，以施工荷載靜壓（錘擊法施工時以最終三擊貫入度為指標）1 h后，最終沉降量小于40 mm時施工停止，此時記錄好樁長。

（5）按圖集做法進行封樁。抗壓樁封樁長度為1 m，抗拔樁封樁長度為3 m。封樁底模使用4 mm厚鐵板（直徑小于管樁直徑3 mm）制作吊模，吊筋采用2根8 mm鋼筋制作，鋼筋末端做135°彎勾，掛于管樁側壁。

3.7 預制樁檢測

成樁28天后進行試驗檢測。檢測載荷選擇2倍估算單樁承載力特征值并按此荷載確定堆載平臺尺寸，同時告知施工單位，以便其布置輔樁位置。以破壞性試驗方法為檢測方法，以單樁極限承載力為檢測結果出具最終檢測報告。

3.8 試樁報告

整理全過程資料，包括地勘資料整理、設計指標、施工過程描述、檢測數據、結論等內容。試樁報告由地勘、設計、檢測單位提供支持，施工單位編寫，并經最終審核批準后移交設計單位及建設單位。

4 結論

（1）在地質資料不足的情況下通過地層厚度分析初步估算樁長，可用于指導管樁預制訂貨量，且有足夠的儲備。

（2）通過結合工程樁施工的地層狀態，分析適合作為持力層的土層，確定合理調整系數解決地層厚度的變化性帶來的估算影響，可使承載力處于一個妥當的數值。

（3）通過對勘察孔的代表范圍的估計控制樁位布置，并結合勘察結果進行二次驗算，可得到較為準確的單樁承載力數值。

（4）通過對施工過程的嚴格質量控制，盡可能避免施工質量對檢測數據的影響，以求為設計提供準確的參考數值。這一過程是施工中的重中之重。

參考文獻

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