淺析高強預應力管樁設計要點與施工偏差處理

叩立剛

摘 要：在樁基工程中，合理選擇樁基礎形式，保證安全，節約投資、降低造價。本文就以下幾方面對高強預應力管樁基礎設計時值得注意的問題進行探討；高強預應力管樁施工時的垂直度偏差為重要控制指標，需嚴格控制。

關鍵詞：高強預應力管樁；高層建筑基礎；施工偏差處理

1 引言

隨著經濟發展，各類高層建筑拔地而起，基礎部分往往在整個建筑物投資中占據了很大的比例，高層建筑往往采用高強預應力管樁基礎，如何選擇合理的樁基礎形式，對于保證安全，節約投資、降低造價起著舉足輕重的作用。筆者就以下幾方面對高強預應力管樁基礎設計值得注意的問題與施工偏差處理進行探討。

2 管樁的應用范圍

高強預應力混凝土管樁主要適用于人工填土、軟土、粘性土、粉土、粉砂、細砂、中砂為覆蓋層的地區；持力層一般選為粗砂、礫砂、圓礫、風化巖。另外預應力混凝土管樁在一些特殊的地質條件下應用時，曾出現過不少斷樁、裂縫、樁身傾斜等質量事故。通過對這些質量事故的原因分析，列出了以下四種不宜應用管樁的地質條件：（1）含有較多孤石和障礙物的地層；（2）有不適宜作持力層且管樁又難以貫穿的堅硬夾層；（3）基巖上無適合作管樁持力層的石灰巖地區；（4）從松軟地層突變到特別堅硬的地層。

3 管樁基礎設計應注意的問題

3.1 工程勘察問題

勘察是設計的前提。不嚴謹勘察必然會導致錯誤的設計。工程勘察存在以下問題：

①勘察點過少。就是一些小型工程，勘察點也不宜少于五個。有些建設單位為省勘察費用而減少必要的勘察點，結果導致打樁施工時的更大浪費甚至失敗。

②標貫試驗次數少。管樁工程要求地質勘察報告中多提供有用的N值，所謂有用的N值，主要是遇到砂夾層、下臥軟弱層、殘積層及強風化巖層時多做一些標貫試驗，殘積層最好每2m、強風化巖層最好每1m測一次N值，有利于配樁和打樁收錘。有些勘察單位往往在持力層上面的軟土層中做了許多標貫試驗，而在硬夾層和強風化巖層中一個也不做，這樣會給設計和施工帶來許多困難，甚至會引起工程質量中故。

③提供的巖土力學指標不符合實際。目前有些勘察人員對建工方面的巖土標準不熟，加之現行規范對管樁基礎沒有專門的規定，給出的設計參數比實際偏小許多，不利于管樁的推廣應用。

3.2 單樁承載力問題

①管樁的豎向承載力按現行規范公式計算普遍偏低 。管樁穿越土層的能力比預預制方樁強得多，管樁樁尖進入風化巖層后，經過劇烈的擠壓，樁尖附近的強風化巖層已不是原來的狀態，巖體承載力幾乎達到中風化巖體的原狀水平。

②樁間距大小影響管樁的承載力。規定樁的最小中心距是為了減少樁周應力重迭，也是為了減少打樁對鄰樁的影響。《建筑樁基技術規范》（JGJ 94-2008）規定飽和黏性土，擠土預樁排數不少于三排且樁數不少于9根的摩擦型樁基，樁的最小中心距為4.5d，其他情況最小中心距為4d（根據土質區分）。目前，大面積的管樁群，在高層建筑的塔樓基礎中被廣泛應用，有的一個大承臺含有管樁200余根。如果此時樁間距仍為4.0d，打樁引起的土體上涌現象很明顯，有時甚至可以將施工場地地面抬高1米左右，這樣不僅影響樁的承載力，還可以將薄弱的管樁接頭拉脫。因此高層建筑主樓的管樁基礎，最小樁間距為4.5d，有條件時采用5d，這樣擠土影響可大大減少，對保證管樁的設計承載力很有幫助。

③有無送樁器測出的貫入度不一樣。因為送樁器與樁頭的連接不是剛性的，錘擊能量在這里的傳遞不順暢，所以，同一大小的沖擊能量，直接作用在樁頭上，測出的貫入度大一些，裝上送樁器施打，測出的貫入度小一些。為要達到設計承載力，使用送樁器時的收錘貫入度應比不用送樁器的收錘貫入度要嚴些。

④如何確定收錘標準？一般的規范都提出“宜通過試打樁確定”。通過試打樁可以了解管樁的可打性，驗證選錘的合理程度，提出較適合實際的收錘標準。整個場地幾根試打樁完成后，經過綜合分析，可提出整個場區的統一收錘標準，也可根據不同情況，分別提出不同的收錘標準。全部工程樁打完后，再選一些試打樁作靜載試驗，進行動靜對比。這樣做，一般不會出什么問題。

4 關于樁偏差的控制和處理：

樁基施工中對樁的偏差必須嚴格控制，特別是對于承臺樁及條形樁，樁位的偏差都將產生很大的附加內力，而使基礎設計處于不安全狀態。對于樁位偏差我們主要控制兩個方面，其一是豎向偏差，一般規定控制樁頂標高的允許偏差為-50～+100mm，但實際施工中偏差這么大將引起繁重的施工任務及損失。當樁頂標高高于設計標高，則需要破樁，特別對于預應力管樁等空心樁來說，樁頂有樁帽破樁既困難又不經濟；而當樁頂標高低于設計標高時，又需要補樁頭，這既影響工期又浪費金錢。這就要求施工單位在施工過程中必須嚴格控制樁頂標高，盡可能地使工程樁標高同設計一致，特別是施工過程中必須考慮到樁在卸載后的回降量，否則不加考慮則每根樁都將高于設計標高。而我們設計人員在設計過程中對施工誤差亦應有所考慮，筆者建議針對目前的施工質量，設計中可以考慮 2mm 左右的偏差容許，這樣就可以免除大量小偏差樁的劈樁，這在實踐工程中具有相當的可操作性，避免了大量不必要的工作。其二則是樁位的水平偏差。根據 JGJ94-2008 第 7.4.5條控制各樁位偏差， 施工過程中發現樁位偏差較大則應及時補樁處理。這里針對 4～16 根承臺的樁基，JGJ94-2008 規范第 7.4.5 條中規定允許偏差為 1/3 樁徑或 1/3 邊長，而根《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》GB50202-2002 第 5.1.3 條則規定允許偏差為 1/2 樁徑或邊長。這顯然是矛盾的，在實際過程中很容易與施工驗收方產生不同的理解，因此筆者強調在設計過程中可以明確樁位偏差允許值所執行的標準。對于小直徑（D≤250）筆者強調必須對其偏位進行嚴格控制而不應按上述規范標準，筆者建議對承臺樁可控制 70mm；而對于條形承臺則區分垂直于條形承臺方向 50mm，平行于承臺方向為 70mm，當然這些要求必須在施工前予于明確。當然樁位偏差滿足規范或設計要求僅僅代表樁基本身驗收合格，而對于由此引起的承臺整體偏心或基礎高度損失，我們必須另行處理。對于樁偏心我們可以采取增加承臺剛度或加大拉梁剛度、配筋來解決，這在實際工程中需針對具體情況相應處理。

5 結束語

高強預應力管樁的設計過程復雜， 設計人員一定要詳細考慮， 統籌兼顧，從各方面使之合理化。不僅要保證建筑物安全，也要使設計經濟合理。

參考文獻：

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