預應力混凝土管樁在建筑基礎中的應用優勢探析

任強

（山西機械化建設集團有限公司，山西太原 030009）

0 前言

預應力混凝土管樁是建筑預制鋼筋混凝土的重要的構件，其特點是強度較高、施工方式快捷方便，而且單樁的承載能力較好。在工業以及民用建筑中具有比較廣泛的應用。在近年來我國建筑基礎施工中常見黏性土、粉土、雜填土等濕陷性黃土地基，通過應用預應力混凝土管樁能夠發揮較好的優勢，提高建筑穩定性和安全性，并對環境和成本控制具有一定意義。

1 工程概況

本次工程為山西省某產業園內廠房建筑建設項目。其地面以上高度為23.7m，4 層建筑，主體為框架結構。在其地基施工中，基礎埋深深度為1.5m。經勘察發現該建筑基礎區域存在非自重濕陷性黃土，自然地面以下25m 深度內的地基土巖性為黃土狀粉土、粉砂以及礫砂等，共有7 層。同時該場地內未揭露穩定的地下水，在實際施工中可忽視地下水對基礎材料的腐蝕現象。為加強該建筑的穩定性和安全性，施工企業綜合考慮下，選擇在建筑基礎中應用預應力混凝土管樁工藝。

2 地基基礎處理方案比選

針對本次工程的實際情況，結合建筑的地質條件、上部結構、荷載特征以及環境等，提出兩種地基基礎處理方案，施工企業以經濟性、技術性和工期等為指標，對三七灰土換填墊層加固方案和管樁基礎加固方案進行比選。綜合各方面因素，施工企業選定預應力混凝土管樁施工方案，具體分析如下：

根據該建筑地基的巖土工程勘察結果，其天然地基呈現不均勻的現狀，并且承載力相對較低，難以滿足基底壓力設計的具體要求。同時場地下還存在非自重濕陷性黃土，為保證建筑地基基礎的穩定性，可選用三七灰土墊層處理工藝，符合相關規范和標準。但由于該地基基礎埋深1.5m，必須要增加基坑支護，導致造價成本提高，并且該工藝施工周期較長，可能會對整體施工進度產生影響。因此施工企業對該方案不予采用。

而選擇管樁基礎加固，其是因為該建筑的單柱荷載較大，同時相對集中。能夠嚴格控制地基強度和變形情況，保證絕對沉降與不均勻沉降在允許范圍之內[1]。同時管樁自身的承載力較高，具有良好的抗彎性能、成樁質量較為可靠，安全性好，適用于本場地的地基地質條件。另外管樁基礎加固相比于三七灰土換填墊層加固工藝，更符合環保要求，且施工速度快、周期較短等，在成本、進度、文明施工等方面更具優勢。

3 管樁基礎及成樁施工

3.1 管樁基礎施工方案

按照本次建筑的設計要求，其地基基礎形式設置為管樁+承臺基礎的形式。對于管樁成樁選擇靜壓法成樁技術。由于該廠房建筑的絕對高程為812.60m，樁端持力層為粉土層，可確定有效管樁樁長為10m、樁徑為500mm。并結合施工現場巖土工程勘察報告，得到管樁樁基參數，如表1 所示。并在施工前開展相應的試樁活動，根據單樁豎向承載力極限值計算公式，即是Quk=u∑qsikli+qpkAp=0.5×3.14×（25×2.0+30×2.2+110×3.3+65×2.5）+0.252×3.14×2100=1419kN。以此明確本次建筑基礎設置管樁的總樁數為388 根，單樁極限承載力應當在1400kN 以上，設計等級為乙級。

表1 本工程靜壓管樁極限側阻力與極限端阻力標準值

3.2 管樁靜壓成樁施工工藝

在開展管樁靜壓成樁施工工藝時，其主要流程如圖1 所示，在本次工程中具體步驟如下：

圖1 本工程管樁靜壓成樁施工工藝流程

（1）樁機就位。施工人員嚴格按照相關程序和說明書安裝靜力壓樁機，將其配重平衡配置在平臺上。當樁機就位以后要對準樁位并啟動平臺支腿油缸，保持其水平狀態。然后啟動門架對油缸進行支撐，為保證管樁的有效吊插可適當微傾門架[2]。

（2）起吊管樁。操作人員先對吊裝鋼絲繩以及索具等進行拴好固定，在利用索具捆綁樁上約50cm 的部分。再啟動吊機對管樁進行吊起，保證樁尖對樁位對準，緩緩插入土層中。這一過程需要保證樁帽與樁的周邊留有約5～10mm 間隙，并設置相應的襯墊。在本次工程中可采用10cm 厚度的硬木板。

（3）穩樁與壓樁。當樁尖順利插入到樁位后，應當先扣好樁帽，再啟動壓樁油缸。當樁入土深度達到50cm 時，應當對樁的垂直度和平臺水平度進行校正，控制其縱橫雙向垂直偏差在0.5%以內。并啟動壓樁油缸，控制壓樁速度在2m/min。

（4）壓樁順序。本次工程樁數較多，為保障施工作業的有序性和高效性，將樁基進行分段。在各段進行連續壓樁，同一根樁的中間停歇時間不得超過30min[3]。

（5）接樁。該環節施工人員可采用鋼端板焊接法，即是在樁段的頂端與地面距離在1m 時，進行接樁。實際操作方法是先將下段樁頂進行清洗，并安裝定位板。再將上段樁吊放在下段樁端板上，按照定位板進行接直。如果接頭處有空隙存在，可利用楔形鐵片進行全部填實和焊牢，在拼接處的坡口槽位置實施分層對稱。并且在焊接時，需要控制焊接變形，保證焊縫具有連續性和飽滿性。在焊接后應當清除焊渣。另外，在接樁的過程中，需要在樁尖穿過硬土層以后再開展，保證上下段的中心線偏差控制在5mm 以下。同時節點彎曲矢高應當小于樁段的0.1%。等到接樁焊縫自然冷卻10～15min 時，對外露鐵件進行刷防銹漆[4]。

（6）送樁。在該環節中，應當保障送樁工具中心線與樁身相吻合，如果在施工中出現樁頂不平整，則需要利用麻袋或者厚紙等進行墊平。其送樁深度不能超過2m，最后回填留下的樁孔。

（7）穩壓。如果壓樁力達到兩倍設計荷載，或者是樁端達到持力層時，可立即進行穩壓工作。一般情況下，樁長小于15m 且其為黏性土持力層時，應當取2 倍設計荷載作為穩壓力，控制穩壓次數不低于5 次，每次維持1min。

（8）預應力混凝土管樁質量檢測。在預應力混凝土管樁施工結束后，需要對其質量進行檢測。在本次工程中采取單樁豎向抗壓靜載荷試驗法，即是綜合考慮動測結果、施工情況以及平面分布等因素，可選擇3 根管樁進行試驗。操作中可將3 根管樁最大加荷到兩倍設計值，分為9 級加載，測得管樁累計沉降值為9.24mm、8.37mm 以及7.58mm。以此為依據判斷管樁的承載力。同時預應力混凝土管樁從成樁到質量檢測的間歇時間，應當不少于15d，當樁身與土體充分結合并趨向穩定狀態時，可進行試驗。在本次工程的質量檢測中，3 根樁在各級荷載下，均有較小的沉降量，說明其承載力符合設計要求。而且在卸載后發現沉降的回彈力相對較小，則管樁的樁周摩擦阻力和端承力能夠正常發揮。

4 預應力混凝土管樁的應用優勢分析

結合本次工程實踐，在建筑基礎中應用預應力混凝土管樁具有諸多優勢。首先管樁的強度較高，而且造價較低，在實際運用過程中，單樁承載力能夠滿足設計要求。同時管樁的適用范圍較廣，在非自重濕陷性黃土中仍能發揮良好的作用，對工業和民用建筑的基礎處理應優先選擇預應力混凝土管樁；其次，在特殊地質的建筑基礎施工中，應用管樁基礎，能夠順利傳統濕陷性黃土等土層，促使樁端能夠支撐在非濕陷性、壓縮性較低的巖土層中，可最大限度保障建筑基礎的穩定性和安全性；再次，在非自重濕陷性黃土地基場地，對管樁單樁豎向承載力進行計算時，對于濕陷性黃土層內的樁長部分可樁周土在飽和狀態下的樁側正摩阻力，便于施工快捷、高效的推進；最后，在建筑基礎中應用靜壓成樁工藝，具有噪聲低、無振動、對環境產生污染小、施工速度快等優勢。可全天不間斷開展作業，有利于縮短工期進度，增加時間效益，進而實現工程整體效益得到提升。

5 結語

綜上所述，在建筑基礎施工中，如出現非自重濕陷性黃土，則需要采取有效的加固方案，以保障上部建筑的穩定性和安全性。而管樁相比于其他加固方案具有明顯的優勢，尤其是預應力混凝土管樁。在實際工程建設環節，通過采用管樁+承臺基礎的形式、利用靜壓成樁施工工藝，能夠有效的提高單樁承載力，滿足相關設計要求。同時應用預應力混凝土管樁方案，有利于降低造價、提高效率，并符合文明施工規定，對工程的經濟效益和社會效益的提升具有積極作用。