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预应力混凝土管桩在地基处理中的应用研究

2015-07-15 84 0

1 概述
　　预应力混凝土管桩（简称预应力管桩）是预应力技术与离心制管技术相结合的产物。按照预应力张拉工艺，预应力管桩可分为后张法预应力管桩和先张法预应力管桩。后张法预应力管桩又称大直径预应力管桩，桩身采用离心--辊压--振动复合工艺成型，先张法预应力管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型制成的一种空心圆筒体细长混凝土预制构件，主要有圆筒形桩身、预应力钢筋及箍筋、端头板和钢套箍等组成，我们一般说的预应力管桩都是指先张法预应力管桩。
　　预应力管桩按混凝土强度等级及壁厚分为预应力混凝土管桩（PC桩）、预应力高强度混凝土管桩（PHC桩）和预应力薄壁混凝土管桩（PTC桩）。PC桩的离心混凝土强度等级低于C80但不低于C60。预应力薄壁混凝土管桩（PTC桩）是指壁厚小于国家标准《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476）规定最小厚度的管桩。PHC桩的混凝土强度等级不得低于C80。预应力管桩按管桩的抗弯性能或混凝土有效预压应力值分为A型、AB型、B型和C型。桩尖型式有十字型、锥型和开口型。桩节之间的联接采用端头板焊接联接。
　　2 预应力管桩的优缺点
　　2.1 预应力管桩的优点
　　预应力混凝土管桩与传统预制桩型相比，其具有如下的优点：
　　（1）单桩承载力高。由于管桩的桩身混凝土强度等级在C60～C80之间，使用离心成型技术及高压蒸养工艺，桩身强度高，并可打入中实～密实的砂砾层及强风化岩层，桩端持力层经过强大的挤压而极大的改变受力性能，因而可以获得较大的单桩极限承载力。桩端承载力可比原状提高80～100%，所以管桩承载力设计值要比同样直径的沉管灌注桩或钻孔灌注桩高。
　　（2）设计选用范围广。管桩规格多，常见规格中φ30～φ600，单桩承载力从600kN～7200kN，既适用于多层建筑，也适用于高层建筑，且在同一建筑基础中，还可根据荷载的大小采用不同桩径的管桩，既容易解决设计布桩问题，也可发挥每根桩的最大承载力，并使桩基沉降均匀。
　　（3）持力层起伏变化大的地质条件适应性强。因为管桩节长长短不一，搭配灵活，接长方便，可随时根据施工现场持力层深度的变化来调整接桩长度，减少截桩，节约用桩量。
　　（4）单位承载力造价低。一般情况下，相同地质条件下管桩的单位承载力造价比钻孔灌注桩、人工挖孔桩均便宜。
　　（5）运输吊装方便，接桩快捷。管桩节长一般在13m以内，桩身又有预应力，起吊时用特制的吊钩勾住管桩的两端就可以方便地吊起来。
　　（6）成桩长度不受施工机械的限制。管桩成桩长度短者5～6米，长者可达到50米以上，根据地质条件灵活搭配。
　　（7）施工速度快、工效高。工期短。主要表现在：施工前期准备时间短；施工速度快；监测时间短。
　　（8）桩身耐打、穿透力强。由于管桩桩身强度高，加上有一定的预应力，桩身可承受较大的压力或冲击力而不破裂，可以穿透5～6米厚的密实隔砂层。
　　（9）施工现场文明，现场整洁。
　　（10）成桩质量较可靠。由于工厂生产，桩身质量稳定可靠，加上管桩的耐打耐压性，只要桩基施工时操作规范。认真，成桩质量是各种桩基中最为可靠。
　　（11）监测方便。
　　2.2 预应力管桩的缺点
　　预应力管桩也有其局限性，主要表现在：
　　（1）所需的生产。施工设备投资大。
　　（2）用锤击法施工时，震动剧烈。噪声大，不能在城区内打桩；用静压法施工时，震动和噪音较小，但静压桩架进出场搬运不方便。预应力管桩施工属挤土桩，会给周围环境造成不利影响。
　　（3）打桩时送桩深度受限制，在深基坑开挖后截去的节桩较多，同时基坑开挖时，若每次开挖的深度及开挖的顺序不当时，易产生桩体倾斜。
　　（4）有地质条件限制，如石灰岩地区岩溶地层作持力层时，是不宜采用管桩。
　　3 预应力管桩的适用性
　　预应力管桩适应的地质条件一般情况下，软土、粘性土、粘土、砂土及风化基岩等地层条件可采用管桩，但对以下情况不宜采用预应力管桩。
　　3.1 孤石、老基础及地下障碍物多的地层不宜采用。这种地质会造成管桩施工困难，并容易产生如下质量问题：（1）管桩不能全部进入设计持力层，有些管桩可以打到设计持力层，并能满足设计承载力的要求，但是有些管桩打不下去，管桩长度与设计长度相差较多，其承载力也不能满足设计要求；（2）管桩桩尖接触到孤石或地下障碍物时，桩身会突然偏离原位产生较大幅倾斜，甚至会折断桩身，造成断桩现象；（3）管桩桩尖容易破损，桩头容易打烂。
　　3.2 有坚硬的夹层且该夹层又不能作为持力层时，不宜选用或慎用管桩。有些场地存在有一层或多层次密实状态的沙砾层或卵石夹层，由于厚度薄或下有软弱层，不能作为持力层，桩基必须穿越此坚硬夹层到下部坚硬的持力层，较厚的硬夹层会给施工带来麻烦，要么穿不了，要么破损率很高，不能保证工程的质量。
　　3.3 持力层太深。一些管桩的持力层超过40m时，其经济效果将明显降低，并且其长径比也难以满足相关规范的要求。
　　3.4 从软土层直接进入中风化或微风化基岩的地基，应慎用管桩。在上软下硬、软硬突变的地层中，采用锤击法进行预应力管桩施工时，由于缺少一层“缓冲层”，桩尖一接触硬岩层，贯入度就立即变小，甚至为零，使得管桩桩身容易破损；另外，由于桩端进入持力层深度浅，桩的稳定性差，当布桩较密时，先打的桩容易被后打的桩挤斜，桩基质量得不到保证。
　　3.5 石灰岩地区（岩溶发育的地区）。由于石灰岩较发育，造成的石芽和石沟使基岩岩面起伏变化极大，并发育浅部溶洞现象，加上石灰岩是水溶性岩石，不存在强风化层，基岩表面直接是新鲜的岩石，强度高。在这样的地质条件下进行管桩施工，桩长很难控制，容易发生断桩、斜桩、桩身跑位及桩身稳定性差等现象。
　　4 结语
　　目前，预应力管桩在地基处理中大面积的被推广，许多省市也出版了各个地区的地方标准来指导设计和施工，工程人员需根据不同的地质条件选择相适用地基处理方案，以保证结构物的安全性。
　　参考文献：
　　[1]建筑地基处理技术规范[S]（JGJ79-2012），中国建筑工业出版社.
　　[2]地基处理手册[M]（第三版），中国建筑工业出版社.
　　[3]工程地质手册[M]（第四版），中国建筑工业出版社.

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