預應力混凝土管樁與鉆孔灌注樁的工程特性對比研究

歐陽偉波 城地建設集團有限公司

1 前言

為確保工程的高質量建設，有效發揮作用，采用符合實際情況的施工方案。具體在樁基工程建設過程中，預應力混凝土管樁與鉆孔灌注樁較為常見，不同樁施工技術具有不同特點，本文對預應力混凝土管樁與鉆孔灌注樁的工程特性進行對比分析，相關內容如下。

2 預應力混凝土管樁PHC技術及其應用

2.1 技術概況

預應力混凝土管樁PHC技術是指結合PHC管樁的應用，即結合混凝土材料制備成PHC管樁，該管樁的制備過程中通常應用離心工藝來實現。由于混凝土在實際的制備過程中會受到環境以及養護措施的影響，因而在對PHC管樁進行制備的過程中，需要滿足蒸汽養護的條件，將環境控制在10個大氣壓、1800℃的范圍之內，而在這個條件下對管樁進行制備，能夠使其最終形成混凝土預制構件，這種預制構件通常呈空心圓筒型。而根據混凝土原料、壁厚的不同將管樁分為預應力混凝土管樁、預應力高強混凝土管樁、薄管管樁等；而根據施工工藝，又可以分為先張法和后張法預應力管樁。

預應力管樁在實際施工過程中，常見的施工方法主要有靜壓法與錘擊法，均屬于沉樁工藝，一般主要結合地質條件的實際情況進行施工方法的選擇。

2.2 工程案例

某樁基工程項目，總占地面積48860.80m2，總建筑面積118957.49m2，主要有綜合樓、1#車間、2#車間、3#車間、110降壓站、地下水池及泵房、門衛室等組成。建筑高度22.82m，建筑面積3151.32m2，地下室水池及泵房周長233m，建筑面積2905.7m2，埋地油罐4.9m，消防水池開挖深度6.4m，泵房7.2m，吸水溝7.8m。基礎形式為樁承臺基礎，主體結構為框架結構，局部框剪結構，抗震等級為一級和二級。

2.2.1 地質條件

勘察資料揭露場地地面下65.50m以內的地層，按其沉積環境、成因類型以及土的工程特性，自上而下可分為8個工程地質層及6個亞層。具體如表1所示。

綜上，考慮項目地質較差，樁基擬采用預應力管樁，工程抗壓樁為摩擦樁。

2.2.2 預應力管樁施工及其質量控制

項目樁基設計為預應力管樁PHC-600（130）AB-C80，樁長為42m～47m，入土深度為45m～50m，樁較密，場地東側為已建廠房，該廠房距離現施工樁最近距離為5m，且為淺基礎，廠房跨度大，設備多，對變形比較敏感，減少樁基施工對東側廠房的影響成為該樁基施工的重點和難點。

施工過程中，東側設置應力釋放孔+輕型井點降水井減壓的方式減少靜壓樁所產生的應力，采用Φ400的樁孔，樁孔深為30m，間距1m，布置2排呈梅花型布置，排距1m，輕型井點沿東側應力釋放孔外側每40m布置一套，根據監測情況，輕型井點按需降壓。為了確保施工質量，科學合理的安排施工順序，如采用入土深度先長后短、先高后低的施工方式，與此同時，確保打樁速率的科學合理。施工過程中，嚴格按照施工圖紙要求，確保預應力管樁安裝位置的準確，加強測量放線工作的管控，以測量3次取平均值為準。統籌規劃，避免施工交叉影響、施工次序混亂的現象發生。

表1地基土承載力特征值表（部分）

3 鉆孔灌注樁技術及其應用

3.1 技術概況

鉆孔灌注樁是指在工程現場通過機械鉆孔、鋼管擠壓或人工開挖等方式在地基土中形成孔洞，放置鋼筋芯，并灌注混凝土，達到加固樁基的效果。具體施工階段，要對施工現場的樁孔位置進行設計，確保樁孔位置的設計合理，只有在鉆孔大小和尺寸符合工程設計標準的情況下，才能進行下一階段的灌注工作。

3.2 工程案例

以某主題樂園工程項目為例，建筑面積200000m2，共計18個單體。其樁基工程為灌注樁工程，樁徑為600mm/700mm灌注樁，總計85759.62m3，樁長約45m、67m和69m。結合實際施工情況，由于樁長較長且土質不好，導致樁的垂直度控制較困難，而這種情況也會導致出現孔斜的現象，給鉆孔作業增加不必要的負擔。對此，采取措施如下。

（1）枕木在鉆孔灌注樁的施工中發揮著重要的作用。為了減少樁基出現的問題，可以通過增加枕木的數量來提高鉆塔的穩定性。作為樁基作業的基礎性工程，鉆塔的穩定性對鉆機的加固和穩定具有重要的作用。

（2）在一般的樁孔施工過程中，鉆頭是否帶有導正性能也會對樁孔是否發生傾斜產生一定的影響。為了盡量減少孔斜現象的發生，在樁基鉆孔的過程中注意選擇具有導正性能的鉆頭來進行施工作業。現階段解決這種問題的方案是采用導正性能較好的籠式雙腰帶鉆頭，在應用這種鉆頭時，保證導正器腰帶與鉆頭腰帶之間的間距控制在3m，還要注意保證鉆頭的翼板能夠在作業的過程中均勻受力。

（3）鉆桿的接管應采用高強度的法蘭和帶鋸齒的法蘭，并有良好的導正性，鉆桿連接后，鉆桿支柱應垂直保持。

（4）全孔減壓狀態下鉆進，鉆桿柱懸掛起來，以保證鉆機在施加鉆壓時的垂直鉆進。

（5）如果在接觸面的孔段遇到地層變化，應放慢進尺速度，在鉆桿穿過接觸面到下一個地層后，拉起鉆桿重復鉆進，以避免接觸面不平整造成孔的傾斜。

通過采取可靠的措施，有效地解決了孔斜的問題，保證了施工質量，也確保了工期。

4 預應力混凝土管樁和鉆孔灌注樁工程特性對比

根據上述工程樁基方案的落地，圍繞在不同工況下樁基施工技術的應用優勢，歸納如下。

4.1 工程地質適應條件比較

受限施工方式，預應力混凝土管樁通常會采用靜壓和錘擊施工，這就對地質條件要求相對較高，故大多情況下適應于普通地質結構，即一般適應于軟土、黏土、砂土、風化基巖地質，方能夠呈現出良好的應用效果。但如果在實際施工過程中遇到地層內部存在難以消除的障礙物、大塊孤石時，這種技術的應用效果不理想。

相對于復雜的地質環境，選用鉆孔灌注樁施工技術可有效避免對地質結構造成影響。

（1）當地基施工過程中存在厚土層、暗流、深坑等自然地質情況時，不能將基層用作持力層，在地基的實際施工場地出現可液化土層時，為了確保樁基施工階段的穩定、可靠，可以結合鉆孔灌注樁技術的應用。當山區工程的施工，存在坡地覆土層薄厚不一，梯度較大時，也可以結合鉆孔灌注樁技術的應用。

（2）針對倉庫、港口等大面積的建筑工程，地層若存在軟土地基形式，容易受到不均勻沉降的影響，產生地面的凹陷等問題，此時可應用鉆孔灌注樁技術解決有關問題。

（3）對某些具有特殊要求的建筑，可以結合鉆孔灌注樁技術的應用，如對地基沉降具有嚴格要求的廠房、一些承受動力載荷的設備基礎等。

4.2 兩種樁結構的優、缺點比較

4.2.1 PHC管樁的技術優點和缺點

PHC管樁是結合生產工藝制備而成的樁體，生產階段，通過嚴格的技術標準要求，確保質量。故管樁本身在工程項目的施工過程中就需要滿足較高的可靠性要求，因而在樁基的施工速度、施工質量等方面具有較大的優勢。與此同時，PHC管樁與其他材質的管樁最大的區別就是其應用的PHC材料能夠滿足不同的設計要求、較高的施工效率還能夠減少施工的周期，并且能夠最大限度地控制和減少材料成本的消耗。

而從缺點來看，PHC管樁在實際的施工過程中由于制作的工藝比較復雜，因而需要消耗一定的資金來實現PHC材料的制作。而在具體的PHC管樁施工過程中，無論是錘擊法還是靜壓法都會因噪聲污染或施工設備搬運困難而給實際的施工作業造成影響。除此之外，擠土效應以及送樁深度等都會對PHC管樁的施工作業造成一定的影響，因而這種管樁仍具有一定的限制條件。

4.2.2 鉆孔灌注樁的技術優點和缺點

（1）承載力高，施工建設過程中樁的布置間距較大，適宜大面積建筑施工；（2）適應性良好，鉆孔灌注樁的應用中可以穿越復雜的地層環境，樁的端部可有效嵌入地層中，包括嵌入基巖中，隨時觀察地層情況進而利于及時解決施工中的問題；（3）施工設備簡單，鉆孔灌注樁在實際應用過程中需要結合太過復雜的設備，施工階段無噪音現象，也無濃煙排放，這對環境的影響小，對周圍建筑、路面等也不會產生危害，可以保障較高的施工效率；（4）具有經濟優勢，成本投入相對預制樁而言，可以節約20%的成本，另外，灌注樁的配筋率相對較低，有利于減少成本投入；（5）抗震性良好，鉆孔灌注樁既能夠豎向載荷，也能夠承受橫向載荷，因此，實際應用中不僅能夠起到支護樁的作用，還能夠為工程項目的地下室等工程的施工提供一定的便利條件。

從灌注樁的不足來看，由于在實際的施工過程中會存在許多不確定的現場因素，因而影響灌注樁質量的因素也比較多，無論是縮徑、斷樁還是樁身局部夾泥、樁身混凝土離析等情況和事故的發生，都會對灌注樁的質量造成一定的影響，而像樁底沉渣問題由于難以控制而成為灌注樁在施工過程中的難點問題。

4.3 兩種樁結構的承載特性比較

預應力管樁在實際的沉樁過程中容易出現的土塞現象也會對樁基的質量和穩定性產生一定的影響。基于外界載荷的綜合作用下，會產生樁土的差異性沉降，促使管樁的摩擦阻力得到提升。管樁在沉樁過程中出現的土塞現象會受到荷載力大小的影響而呈現出不同的現象，當荷載力較小時，土塞現象不會對管樁的質量產生較大的影響，當土塞底部受到較大的反力作用時，土塞和管樁之間會因出現差異沉降而影響樁基的質量。而在這個過程中，判斷荷載力大小的主要標準就是土塞對管樁內壁產生的摩擦阻力。

鉆孔灌注樁成樁工藝中，結合鉆孔機械設備的應用，在土中鉆成樁孔，而后在孔內放入筋骨架，再注入混凝土材料，混凝土材料凝固后成樁，可以有效提升土地結構的承載力、穩定性，沉降量也相對較小。同樣，鉆孔灌注樁一般直徑較大，除了可以承載巨大的垂直負荷，還也承受巨大的水平負荷。

4.4 承載力增長機制比較

預應力管樁與灌注樁施工后，承載力均會得到提高，針對預應力管樁分析可知，承載力升高的主要原因為土的固化，凝結。從施工特點來看，施工階段水的壓力消散，樁側會發生固結，隨之土的有效應力、密實度會增大。鉆孔灌注樁的施工應用后，在孔內放入筋骨架，再注入混凝土材料，混凝土材料凝固成樁，基于樁體本身的強度，進而提升工程結構的承載力。施工過程中，并不會引起超孔隙水壓力，與此同時，在經過預應力管樁以及灌注樁的施工后，土層也不會受到太大的影響，這樣就能夠將地基的承載力提高幅度控制在合理的范圍之內，而樁孔灌注樁的承載力在發生觸變影響之后還能夠恢復原狀。

5 比較結果分析

結合預應力PHC管樁施工方案，具有單樁承載力高、適用范圍廣、施工速度快的優勢，在經濟價格上也具有優勢。結合灌注樁施工工藝，具有適應性良好，承載力高等特點。

基于此，根據對比結果的分析可知，在實際應用這兩種方法時，要根據不同工程項目對樁基的施工要求來選擇合適的方法，在綜合分析后，再分析不同施工技術的適用性，合理選擇樁基的施工工藝。

6 結束語

綜上所述，樁基施工對保證建筑工程項目的建設質量、工程的穩定性、安全性具有重要影響。結合實際工況條件，可以采用靈活采用預應力混凝土管樁與鉆孔灌注樁兩種方案，不同結構樁基的特點不同，但均能滿足設計要求。