應用新技術推動預制樁產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展

  管樁以高性價比、高承載力、成樁質量好、施工速度快、無震動、無噪聲、監(jiān)理檢測方便等優(yōu)越性，從1987年開始在廣州等城市房屋建筑中推廣應用以來，目前在全國諸多省市房屋建筑中廣泛應用。作為建筑基礎行業(yè)核心組成部分的混凝土預制樁行業(yè)發(fā)展欣欣向榮、井然有序，混凝土預制樁技術綠色、環(huán)保、節(jié)能，混凝土預制樁產(chǎn)品代表了先進技術方向，符合國家產(chǎn)業(yè)政策。近年來在行業(yè)龍頭企業(yè)引領下規(guī)范發(fā)展，并在產(chǎn)品創(chuàng)新、工法創(chuàng)新等方面取得佳績。但在發(fā)展過程中也會存在一些問題，如產(chǎn)品市場混亂、重宣傳、輕研發(fā)，為使混凝土預制樁企業(yè)和混凝土預制樁使用單位對混凝土預制樁有進一步的了解，本版邀請4位專家，分別從混凝土預制樁的結構特性、工程應用及新產(chǎn)品和新技術等方面進行分享，并綜合混凝土預制樁發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題和技術進步，為混凝土預制樁的未來發(fā)展指明方向，推動混凝土預制樁高質量發(fā)展。

  預制管樁產(chǎn)品工法推陳出新

  ■北京建華建材研究院副院長 毛由田

  預制管樁新產(chǎn)品包括PRC管樁、預應力空心方樁、預應力實心方樁、PHC管樁、SC管樁、超高強混凝土管樁及高性能混凝土管樁等。

  PRC管樁是通過合理組合配筋方式、調整混凝土配方而生產(chǎn)形成的一種新型預應力混凝土樁。其樁身的延性和水平承載力得到較大幅度的提高?？蓮V泛應用抗震烈度8度及8度以上地區(qū)建筑物樁基，公路、鐵路橋梁樁基，基坑支護（懸臂樁、樁錨結構），以及碼頭樁基等需要著重考慮抗彎抗剪性能的項目中。

  高延性樁主筋采用鋼絞線替換原鋼棒，利用離心工藝生產(chǎn)，具有較高的延性，兼具管樁優(yōu)異的樁身力學性能，適用于8度及8度以上抗震設防區(qū)域的工業(yè)與民用建筑、市政、公路、電力等工程的樁基礎。

  SC管樁采用離心工藝制作，通過外部鋼管對內部混凝土產(chǎn)生約束，使混凝土處于三向應力狀態(tài)，其強度大大提高，塑性和韌性明顯改善，具有優(yōu)良的延性，多用于碼頭、海工等工作條件復雜的地區(qū)。

  高性能混凝土管樁具有抗腐蝕、抗凍性能，主要應用在強腐蝕性、凍土區(qū)域。

  超高強管樁將現(xiàn)有的管樁混凝土強度由C80提升至C105~C125，使應用載體樁和勁性復合樁的豎向抗壓承載力大幅提升，不僅可解決管樁穿透密實砂層、粘土層問題，還可使管樁豎向抗壓承載力得到充分發(fā)揮，在樁基礎工程中更具明顯優(yōu)勢。

  預制管樁施工方法主要包括中掘工法、旋挖植樁工法及勁性復合管樁工法。中掘工法是針對PHC管樁和SC樁施工的一種方法，通過邊鉆挖土邊連續(xù)沉樁，最后在樁端修筑擴大球根，使樁端產(chǎn)生較高的承載力。

  中掘工法適合施工PHC或SCФ800以上大直徑管樁；樁端持力層適用于粉土、砂土、礫石、碎石、砂泥巖及花崗巖風化層等地層。中掘工法具有節(jié)能環(huán)保，施工現(xiàn)場噪聲低，振動極小，無粉塵及排漿污染，成樁后無需樁頭敲渣；施工數(shù)據(jù)化可視操作，質量可控；沒有擠土效應，施工工效高等特點。目前，又創(chuàng)新研發(fā)了新工法——中掘擴底工法。

  旋挖植樁工法就是用旋挖機鉆孔成孔，灌入水泥砂漿，再將管樁植入，充分發(fā)揮持力層和管樁樁身的承載力。旋挖植樁工法適用于樁端持力層為石灰?guī)r、砂巖、花崗巖及密實的卵礫石、中粗砂等。

  旋挖植樁工法具有樁身強度高，單樁豎向承載力高，每KN造價低等特點；與灌注樁相比，不存在塌孔、縮頸、混凝土離析等現(xiàn)象，施工質量可靠、可控；施工工期短。

  勁性復合管樁就是在旋噴樁、水泥土攪拌樁、注漿中插入高強度預應力管樁作為勁性體形成的復合基樁，適用于淤泥、淤泥質土、填土、粘性土、粉土、砂土、強風化軟質基巖等。勁性復合樁適合抗震烈度7度及7度以上地區(qū)建筑物樁基，公路、鐵路橋梁樁基，基坑支護，地質條件復雜地區(qū)，以及環(huán)境條件復雜地區(qū)。

  混凝土預制樁技術取得突破性進展

  ■鄭州大學綜合設計研究院有限公司 周同和

  近年來，預應力預制混凝土樁產(chǎn)生與施工工藝取得突破性進展，這些進展改善混凝土性能（脆性），保證樁身混凝土強度（強度回縮），保證樁的連接質量，減少施工損傷，滿足各種地質條件與工程條件需求。支護樁與帷幕結合技術、預制復合樁技術等預應力預制混凝土樁新技術在復合地基工程、樁承式路基工程、復合樁工程、根固樁工程及基坑支護工程等項目中廣泛應用。

  PRC樁、SC樁、超高強度PHC樁及各種異形樁等產(chǎn)品多樣化，改善樁身延性，超高強度、超高延性，滿足不同作用選型需求，工程應用領域與范圍不斷擴大。

  預制樁承載力估算理論與參數(shù)、復合樁與根固樁承載力計算理論、樁身強度控制設計理論、抗震設計與支護設計理論等理論問題得到深入研究。

  但我國預應力樁還存在一些問題，如產(chǎn)品市場混亂、重宣傳、輕研發(fā)；有些工藝落后、偷工減料帶來的混凝土強度問題未能得到很好解決，壓蒸養(yǎng)護條件下強度回縮問題嚴重；有的施工工藝與裝備落后，對樁體損傷較大（斜、偏、爆、裂、?。?，影響預應力混凝土樁承載力發(fā)揮和耐久性；有的連接技術薄弱、檢驗技術落后，仍未達到上個世紀90年代發(fā)達國家水平等。尤其是混凝土強度易受原材料情況（骨料、水泥、添加劑）、混凝土拌和（現(xiàn)場拌和、工廠拌和）、混凝土澆筑與振搗工藝、養(yǎng)護條件（正常養(yǎng)護、蒸汽壓力養(yǎng)護、養(yǎng)護時間）、成樁工藝（頂壓、抱壓、錘擊、高頻振動植入、自重植入）、工作條件（如干燥與飽和狀態(tài)）等影響。與干燥狀態(tài)比較，飽和狀態(tài)混凝土強度下降20%~25%；蒸汽壓力養(yǎng)護條件下，混凝土強度可能發(fā)生回縮（退縮）現(xiàn)象，回縮10%~15%。

  結合管樁現(xiàn)狀和技術進步，未來預應力管樁在逐步提高混凝土強度、管樁抗裂性能、改善延性的基礎上，應加快變節(jié)、擴大端產(chǎn)品的研制及其配套施工技術的研發(fā)，以滿足高承載力樁的需求；可根據(jù)不同需求鼓勵用戶實行產(chǎn)品定制，推廣采用不同型號樁節(jié)進行上下組合形成單根基樁的技術；快速機械連接技術、避免施工過程中樁體損傷的工法，將得到研發(fā)與推廣應用；進一步加強復雜地質條件和腐蝕條件下的產(chǎn)品研發(fā)與應用研究，以及預應力管樁的抗震性能與消震技術的研究（日本研究成果認為預應力管樁抗震性能好于灌注樁）；大力推廣復合樁、根固樁技術。

  鉛筆樁及勁性體樁異軍突起

  ■建華建材遼寧區(qū)域技術部副經(jīng)理 夏慶鵬

  鉛筆樁是在工廠內通過自動化流水線生產(chǎn)出來的，鋼筋籠由滾焊機自動化焊接成型，混凝土由電腦控制配料并由自動化設備泵送喂料，全過程由標準化、工業(yè)化的工藝控制完成，效率高，質量穩(wěn)定，樁尖與樁身融為一體，不可分割，防腐效果極佳，在中、強腐蝕環(huán)境下尤為適用。

  樁尖的類型按照材質分為兩類：鋼材質、混凝土制；按照形狀分為兩類：閉口（平底、尖底）、開口；按照成型方式分為兩類：現(xiàn)場焊接成型、工廠一體化成型。此外，各種類型的樁尖隨著地質和使用條件的不同，也逐漸衍生出不同的形狀和規(guī)格。

  常見的鋼樁尖包括三種類型：十字形鋼樁尖、開口型鋼樁尖、錐形鋼樁尖。在其他工程中，根據(jù)實際需要還有尖底十字型樁尖、鋸齒十字型樁尖、四棱錐型樁尖、六棱錐型樁尖、H鋼型樁尖等。

  混凝土尖頭型一體化樁尖，顧名思義，就是由混凝土制成的與管樁成為一體的尖頭型樁尖，由于這種樁在外形上類似于鉛筆，因此也常簡稱為“鉛筆樁”。

  樁尖是在管樁生產(chǎn)過程中通過特殊工藝埋置在樁身中的，雖然稱作“樁尖”，但其實是管樁樁身上不可分割的一部分，無法用外力把樁尖完整地取下來。因此，在施工過程中，能夠確保所有樁都帶有樁尖，防止偷工減料。此外，鉛筆樁施工所用的機械設備和工藝跟普通管樁沒有區(qū)別，沉樁常用的靜壓法、錘擊法、振動法等均適用，且環(huán)保、高效、便捷。

  鉛筆樁作為在國內早已成熟應用的樁型，在遼寧、內蒙古、陜西、河南、青海、四川、山東、江蘇、福建、廣東等地區(qū)都有大量應用案例，應用的項目類型不拘一格，在國內已經(jīng)屬于普遍采用的常規(guī)樁型。此外，混凝土樁尖的造價比鋼樁尖低，但卻能起到與鋼樁尖相同甚至更好的作用，是名副其實的“物美價廉”產(chǎn)品。

  勁性體樁采用跟普通管樁（預應力高強混凝土管樁）相同的制造工藝，即經(jīng)過預應力張拉（先張法）、離心法成型、常溫常壓和高溫高壓養(yǎng)護，施工方法為錘擊法和靜壓法。勁性體復合地基是由預應力混凝土勁性體作為豎向增強體的復合地基。

  相關數(shù)據(jù)表明，勁性體與CFG樁地基處理相比較具有以下優(yōu)勢：樁身有預應力，有一定的抗水平能力，工廠預制，質量可控，具有“可看性”，樁徑、樁長易控制，不偷工減料，強度易于保證；樁身混凝土強度高，屬于擠土樁（對土體有擠密效果），單樁承載力高，用樁根數(shù)少、節(jié)省造價；抗裂性能強；運輸?shù)鯓斗奖?、工期大大縮短；減少工序、減少現(xiàn)場用工人員及施工環(huán)保。

  預應力混凝土管樁結構特性及工程應用

  ■遼寧省建筑設計研究院有限責任公司總工程師 李慶鋼

  管樁結構具有抗壓、抗拉、抗剪強度高，抗彎強度弱于抗剪強度，抗裂性能好等特點。綜合管樁的抗彎能力、抗剪能力和樁自身的變形能力，把管樁作為抗彎構件使用時建議采用直徑在500mm及以上的B型或C型PHC管樁。

  從3種樁型試件的延性系數(shù)比較看，實心方樁和混合配筋管樁較為接近，均比PHC管樁的延性系數(shù)要大，因此在原有管樁基礎上增配非預應力鋼筋的混合配筋管樁的延性得到提高，從而改善預應力混凝土管樁的抗震性能。

  《預應力混凝土管樁基礎技術規(guī)程》（DB21/T1565-2015）明確，管樁適用于非抗震設計和抗震設防烈度6度、7度、8度的地區(qū)，抗震設防烈度為8度且建筑場地類別為III、IV類時，不宜采用管樁基礎；管樁基礎設計等級為甲級的樁基礎應選用AB型或AB型以上PHC樁，不得選用直徑300mm的管樁，高層建筑宜選用AB型或AB型以上PHC樁；抗拔樁應選用AB型或AB型以上樁，不得選用直徑300mm的管樁；接頭應采用特殊措施；支護樁宜選用直徑為400mm~600mm的B型或C型樁；管樁作為復合地基中的增強體時，可選用A型樁；直徑為300mm的管樁僅適用于二a環(huán)境類別；在地下水或地基土對混凝土、鋼筋和鋼零部件有弱、中、強腐蝕的環(huán)境下應用的管樁基礎工程，應選用AB型或B型、C型且樁身合縫和端頭不得有漏漿的管樁，不得選用直徑300mm的管樁，同時應按本規(guī)程6.3.6條規(guī)定，根據(jù)不同的腐蝕性等級采用相應的防腐措施。

  對于8度區(qū)應用PHC管樁設計，建議抗震設防區(qū)不應采用A型管樁，其余各型管樁均可應用，但8度設防區(qū)宜采用B型或C型樁，尤其建筑場地類別為III、IV類時，地震力大、地基土對管樁的支持比較弱，地震剪力和彎矩主要由管樁基礎承擔。在8度設防區(qū)采用管樁，建議建筑場地類別為I、II類時，帶地下室的基礎可采用AB型管樁，無地下室的基礎宜采用B型樁；建筑場地類別為III、IV類時，帶地下室的基礎可根據(jù)土對地下室的約束情況采用AB型樁或B型樁，無地下室的基礎宜采用B型樁或C型樁；對于無地下室的基礎管樁進行必要的抗震承載力（抗彎、抗剪）驗算，根據(jù)驗算結果選用B型樁或C型樁，也可根據(jù)需要選用混合配筋樁；同時采取承臺周邊土換填壓實等措施讓部分水平力傳遞給地基。

  近幾年來，管樁的防腐蝕技術有了很大的發(fā)展，按目前的技術水平，在一定條件下，某些強腐蝕情況下也可以采用管樁，如在侵蝕性CO2強腐蝕環(huán)境下，完全可以采用管樁。在pH值強腐蝕環(huán)境下，由于目前的經(jīng)驗還不夠，因此還是“不應”采用。在SO42-、Cl-強腐蝕環(huán)境下，只要采用合適的防腐措施，可以采用管樁。