預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在中高層建筑中的應(yīng)用

　　摘要：本文通過預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在工程造價(jià)、設(shè)計(jì)施工、施工工期等方面與其它樁型相比較，并通過市場調(diào)查和案例分析，得出預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在中高層建筑中應(yīng)用的優(yōu)勢，能夠有效的縮短工期、節(jié)約造價(jià)。

　　關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁； 造價(jià)； 工期； 施工； 設(shè)計(jì)

1預(yù)應(yīng)力管樁的概況和發(fā)展歷史

　　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是近十多來年來發(fā)展起來的一種新型的樁基形式，是采用高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)度的預(yù)應(yīng)力鋼棒，在工廠用預(yù)應(yīng)力預(yù)制而成?？偣卜譃槿N，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（代號(hào)PHC）、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（代號(hào)PC）、預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁（代號(hào)PTC），應(yīng)用最廣泛的為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(代號(hào)PHC)，按外徑分有以下規(guī)格：300mm、400mm、500 mm、550mm、600 mm、800 mm、1000 mm，按樁身混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力值或其抗彎性能分為A型、AB型、 B型、 C型。

　　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具備以下特點(diǎn)：

　?、?適應(yīng)性廣。可用于工業(yè)與民用建筑工程基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、橋梁和碼頭的基礎(chǔ)及擋土墻等，尤其對各種地質(zhì)地層有較強(qiáng)的穿透能力；

　　② 單樁承載力高。由于擠壓作用，管樁承載力要比同樣直徑的沉管灌注樁或鉆孔灌注樁高。

　　③ 抗彎抗裂性好。采用高強(qiáng)度鋼筋和預(yù)應(yīng)力工藝，與普通混凝土預(yù)制樁相比具有較強(qiáng)的抗裂性和較強(qiáng)的抗彎性剛度，在運(yùn)輸過程中及施打過程中均能保持樁身完好；

　?、?經(jīng)濟(jì)效益好。因單樁承載能力比同直徑的沉管灌注樁和鉆孔灌注樁高，并可接駁，管樁長度與沉管灌注樁和人工挖孔樁相比受施工機(jī)械和地質(zhì)條件的限制較少；

　?、?符合環(huán)保要求，運(yùn)輸?shù)跹b方便，施工現(xiàn)場整齊文明；

　?、?成樁質(zhì)量可靠，且檢測方便，監(jiān)理強(qiáng)度低；

　?、?縮短工期是預(yù)應(yīng)力管樁的最大優(yōu)勢，施工進(jìn)度快，而且不需等待28天齡期，成樁后即可作樁基檢測。對于現(xiàn)在的商品經(jīng)濟(jì)市場尤為重要。

　　不過預(yù)應(yīng)力管樁也有其局限性，如以下工程地質(zhì)條件不宜使用預(yù)應(yīng)力管樁：①孤石和障礙物多的地層；②有堅(jiān)硬隔層的地區(qū)；③石灰?guī)r地區(qū)；④從軟塑層突變到特別堅(jiān)硬的地區(qū)，主要是上軟下硬、軟硬突變的地區(qū)。

　　預(yù)應(yīng)力管樁作為預(yù)制樁的一種，隨著人們在十多年的工程實(shí)踐應(yīng)用中，解決了預(yù)制樁的許多工藝技術(shù)問題，如接樁和截樁等問題，隨著國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集03SG409和《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》(GB13476 - 92)的頒布，標(biāo)志著預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的使用技術(shù)已經(jīng)成熟。

　　預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、鐵路、公路、橋梁、碼頭、港口等工程建設(shè)。從國內(nèi)各省的應(yīng)用情況來看，以工業(yè)與民用建筑用量最大，約占總量的80%。預(yù)應(yīng)力管樁既適用于多層建筑，也適用于高層建筑，尤其是10層到30多層樓房。預(yù)應(yīng)力管樁最適合應(yīng)用于基巖埋藏深、強(qiáng)風(fēng)化巖層或風(fēng)化殘積土層厚的地質(zhì)條件。目前預(yù)應(yīng)力管樁已經(jīng)成為國內(nèi)12層以及12層以上高層建筑的常用樁基礎(chǔ)之一。

2預(yù)應(yīng)力管樁的設(shè)計(jì)和施工

　　2.1預(yù)應(yīng)力管樁的設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)方要根據(jù)工程地質(zhì)詳細(xì)勘查報(bào)告，判斷地質(zhì)情況是否適合采用預(yù)應(yīng)力管樁，并分析關(guān)于管樁的各種計(jì)算參數(shù)，以及預(yù)應(yīng)力管樁可以達(dá)到的承載力特征值。

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　　預(yù)應(yīng)力管樁的承載力由樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力設(shè)計(jì)值和單樁承載力特征值決定。其中樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力設(shè)計(jì)值可以查國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集03SG409確定，其中常用的如表1所示：

　　而單樁承載力特征的計(jì)算在國家規(guī)范中無明確規(guī)定，按照力學(xué)性能分析，可以參照鋼管樁的計(jì)算公式初步估算，公式如下：

　　考慮到預(yù)應(yīng)力管樁的擠土效應(yīng)， λs、λp都可以取1。

　　但是一般按照施工圖詳勘報(bào)告的參數(shù)計(jì)算，計(jì)算出來的結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于預(yù)應(yīng)力管樁實(shí)際能達(dá)到的承載力。實(shí)際設(shè)計(jì)施工過程中，承載力特征值的選定一般根據(jù)地質(zhì)報(bào)告、規(guī)范參數(shù)、本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)綜合選定，在施工之前進(jìn)行試樁，再根據(jù)試樁的靜壓試驗(yàn)確定承載力特征值。在正式施工中，往往以最后三陣的標(biāo)準(zhǔn)貫入度控制，最終以靜壓試驗(yàn)為準(zhǔn)。當(dāng)工程地質(zhì)情況較好的情況下，單樁承載力特征可以達(dá)到樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力。

　　管樁樁尖的選擇：管樁樁尖的形式主要有三種:十字型、圓錐型和開口型。前兩種屬于封口型穿越砂層時(shí),開口型和圓錐型比十字型好,開口型樁尖一般用在入土深度為40m 以上且樁徑≥550mm的管樁工程中,成樁后樁身下部約有1/ 3～1/ 2 樁長的內(nèi)腔被土體塞住,從土體閉塞效果來看,單樁承載力不會(huì)降低,但擠土作用減少。封口樁尖成狀后,內(nèi)腔可一目了然,對樁身質(zhì)量及長度可用目測法檢查,這是其他樁型所沒有的。

　　2.2預(yù)應(yīng)力管樁的施工

　　施工工藝

　　2.2.1測量定位

　　2.2.2樁機(jī)就位

　　2.2.3管樁起吊，對中和調(diào)直

　　2.2.4沉樁

　　根據(jù)設(shè)計(jì)文件、地堪報(bào)告、施工場地周邊環(huán)境選擇合適的沉樁機(jī)械。沉樁機(jī)械分錘擊沉樁和靜壓沉樁兩種。錘擊法沉樁機(jī)械通常采用柴油錘、液壓錘，不宜采用自由落錘打樁機(jī)；靜壓法沉樁機(jī)械采用液壓式機(jī)械。

　　樁間距小于3.5d（d：樁徑）時(shí)，宜采用跳打。

　　施打時(shí)應(yīng)保證樁錘、樁帽、樁身中心線在同一條直線上，保證打樁時(shí)不偏心受力。沉樁過程中應(yīng)經(jīng)常觀測樁身的垂直度，若垂直度超過1％，應(yīng)找出原因并設(shè)法糾正

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　　2.2.5接樁

　　工程中應(yīng)盡量減少接樁，任一單樁的接頭數(shù)量不宜超過4個(gè)，應(yīng)避免樁尖接近硬持力層或樁尖處于硬持力層時(shí)接樁。

　　接樁分為端板焊接連接和機(jī)械快速連接兩種。

　　接樁時(shí)焊縫要連續(xù)飽滿，焊渣要清除；焊接自然冷卻時(shí)間應(yīng)不少于1min，地下水位較高的應(yīng)適當(dāng)延長冷卻時(shí)間，避免焊縫遇水如淬火易脆裂；對接后間隙要用不超過5mm鋼片數(shù)填，保證打樁時(shí)樁頂不偏心受力；避免接頭脫節(jié)。

　　2.2.6截樁

　　截樁宜采用鋸樁器，嚴(yán)禁采用大錘橫向敲擊截樁或強(qiáng)行扳拉截樁。應(yīng)確保截樁后管樁的質(zhì)量

　　2.2.7檢查驗(yàn)收

　?、?當(dāng)采用送樁時(shí)測試的貫入度應(yīng)參考同一條件的樁不送樁時(shí)的最后貫入度予以修正。

　?、?根據(jù)設(shè)計(jì)及試打樁標(biāo)準(zhǔn)確定的標(biāo)高和最后三陣貫入度來確定可否成樁，滿足要求后，做好記錄，會(huì)同有關(guān)部門做好中間驗(yàn)收工作。

　?、?實(shí)際控制成樁標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)高和最后三陣貫入度與設(shè)計(jì)及試樁標(biāo)準(zhǔn)出入較大時(shí)，應(yīng)會(huì)同有關(guān)部門采取相應(yīng)措施，研究解決后移至下一樁位。

　?、?打樁過程中，遇下列情況之一應(yīng)暫停打樁，及時(shí)會(huì)同有關(guān)部門解決：

　　a、貫入度突變；

　　b、樁頭混凝土剝落、破碎、樁身出現(xiàn)裂縫；

　　c、樁身突然傾斜、跑位；

　　d、地面明顯隆起，臨樁上浮或位移過大；

　　e、PC樁總錘擊數(shù)超過2000，PHC樁總錘擊數(shù)超過2500；

　　f、樁身回彈曲線不規(guī)則。

3預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與人工挖孔樁、夯擴(kuò)樁技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較（見表2） 

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4市場調(diào)查案例

　　通過廣泛的市場調(diào)查，對湖南建筑市場預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行了調(diào)查分析，現(xiàn)結(jié)合案例分析，將預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與人工挖孔樁、沉管灌注夯擴(kuò)樁，主要從工程造價(jià)、施工工期等方面進(jìn)行比較分析。

　　案例一：長沙某住宅小區(qū)(33層)

　　長沙某住宅小區(qū)，共12棟高層住宅，每棟地上33層，地下一層，標(biāo)準(zhǔn)層層高3m，建筑高度99m，結(jié)構(gòu)形式采用剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式均采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。以其中5＃棟的基礎(chǔ)為例：

　　基礎(chǔ)形式采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，型號(hào)PHC-AB-500-125，外徑500mm，壁厚125mm。樁長為10m左右，單樁承載力特征值取2700kN。由于持力層比較平緩，鋸樁數(shù)量很少。施工完成后，靜載試驗(yàn)檢測結(jié)果，單樁承載力特征值可到達(dá)3000kN。

　　總樁數(shù)為205個(gè)，按照樁長為10m，初步估算樁的造價(jià)（不包括承臺(tái)）為205X10X190＝389，500元。工期按照兩臺(tái)捶擊打樁機(jī)，每天施工40根樁，工期只要5d，施工完成后即可進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測試驗(yàn)。

　　如果采用人工挖孔樁，樁徑為1.0m，擴(kuò)底尺寸為1.6m，單樁承載力特征值經(jīng)計(jì)算為6000kN。總共需要人工挖孔樁數(shù)為：205X2700÷6000=92根樁，考慮到至少15%的樁不需要擴(kuò)底，樁總數(shù)為1.15X92=105。初步估算樁的造價(jià)為494，550元，還不包括施工過程中的降水費(fèi)用。工期按照每天施工5根樁，工期需要21d，施工完成后28d后才能進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測試驗(yàn)。

　　由于柱（墻）底內(nèi)力比較大，可不考慮采用夯擴(kuò)樁。

　　案例二：長沙某小區(qū)A區(qū)2棟(18層)

　　長沙某小區(qū)A區(qū)2棟住宅樓，地上18層，地下一層，標(biāo)準(zhǔn)層層高3m，建筑高度56m，結(jié)構(gòu)形式采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式均采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。

　　基礎(chǔ)形式采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，型號(hào)有2種，其一為PHC-AB-500-125，外徑500mm，壁厚125mm，單樁承載力特征值取2500kN；其二為PHC-AB-400－95，外徑400mm，壁厚95mm，單樁承載力特征值取1500kN。樁長為8－15m左右，持力層為強(qiáng)風(fēng)化礫巖，樁端土的承載力特征值3500 kPa。

　　總樁數(shù)為PHC-AB-500-12585個(gè)，PHC-AB-400-95 342個(gè)。按照樁長為12m，初步估算樁的造價(jià)（不包括承臺(tái)）為85X12X190＋342X12X140＝768，360元。工期按照兩臺(tái)捶擊打樁機(jī)，每天施工40根樁，工期只要11d，施工完成后即可進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測試驗(yàn)。

　　如果采用人工挖孔樁，樁徑為1.0m，擴(kuò)底尺寸為1.5m，單樁承載力特征值經(jīng)計(jì)算為6000kN。總共需要人工挖孔樁數(shù)為：(85X2500+342X1500)÷6000=121根樁，考慮到至少30%的樁不需要擴(kuò)底，樁總數(shù)為1.3X121=157。初步估算樁的造價(jià)為887，365元，還不包括施工過程中的降水費(fèi)用。工期按照每天施工5根樁，工期需要27d，施工完成后28d后才能進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測試驗(yàn)。

　　由于柱（墻）底內(nèi)力比較大，不考慮采用夯擴(kuò)樁。

　　案例三：長沙某房地產(chǎn)小區(qū)F3棟(10層)

　　長沙某房地產(chǎn)小區(qū)F3棟，地上10層，標(biāo)準(zhǔn)層層高3m，建筑高度32m，結(jié)構(gòu)形式采用剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。

　　基礎(chǔ)形式采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，型號(hào)PHC-AB400-95，外徑400mm，壁厚95mm。樁長為7－12m左右，單樁承載力特征值取1400kN。持力層為強(qiáng)風(fēng)化礫巖，樁端土的承載力特征值3000 KPa。

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　　總樁數(shù)為111個(gè)，按照樁長為10m，初步估算樁的造價(jià)（不包括承臺(tái)）為111X10X160＝177，600元。工期按照一臺(tái)捶擊打樁機(jī)，每天施工20根樁，工期只要5.5d，施工完成后即可進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測試驗(yàn)。

　　如果采用人工挖孔樁，樁徑為0.9m，擴(kuò)底尺寸為1.4m，單樁承載力特征值經(jīng)計(jì)算為4600kN?？偣残枰斯ね诳讟稊?shù)為：111X1400÷4600=34根樁，考慮到至少30％的樁不需要擴(kuò)底，則樁總數(shù)估算為1.3X34＝45，初步估算樁的造價(jià)為171，680元，還不包括施工工程中的降水費(fèi)用。工期按照每天施工5根樁，工期需要9d，施工完成后28d后才能進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測試驗(yàn)。

　　如果采用夯擴(kuò)樁，樁徑為0.38m，單樁承載力特征值為600kN?？偣残枰粩U(kuò)樁數(shù)為：111X1400÷600=259根樁。初步估算樁的造價(jià)為：259X10X85=220，150元。工期按照每天施工18根樁，工期需要15d，施工完成后20d后才能進(jìn)行靜載和樁身動(dòng)測試驗(yàn)。

5關(guān)于預(yù)應(yīng)力管樁在中高層建筑中的應(yīng)用

　　通過對預(yù)應(yīng)力管樁的考察和市場案例分析可以得知：

　　5.1對于7－10層的多層建筑，采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁可以大幅度的縮短施工工期，管樁成樁后即可作靜載和樁身動(dòng)測試驗(yàn)，而夯擴(kuò)樁成樁后20多天后方可作檢測。

　　5.2對于11－18的高層建筑，采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁和人工挖孔樁在經(jīng)濟(jì)比較上，可以降低土建的工程造價(jià)10-15%。對于19以上的高層建筑，采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁和人工挖孔樁在經(jīng)濟(jì)比較上，可以降低土建的工程15-30%。

　　綜上所述，預(yù)應(yīng)力管樁在技術(shù)上是一種相當(dāng)成熟的樁基型式，可以給業(yè)主方帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁.GB13476 - 92.
　　[2] 國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集.03SG409.
　　[3] 中南地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì).預(yù)應(yīng)力混凝土管樁.04ZG207.
　　[4] 廣東省標(biāo)準(zhǔn).預(yù)應(yīng)力混凝土管?；A(chǔ)技術(shù)規(guī)程.DBJ／T15-22-98.