淺析預應力砼管樁在地基處理中的應用

1、丈逹理丄丈彥網絡教育學院 專科生畢業(yè)大作業(yè)g:淺析預應力徑管樁在地基處理中的應用學習中心：層次：高中起點?？茖I(yè)：土木工程年級：2010年春季學 號：學 生：指導教師：完成日期：2012年02月27日容摘要地基基礎與樁基礎工程施工技術對于土木工程施工具有極為重要的作用，因 此很有必要對其進行探討。本文首先闡述了地基基礎與樁基礎土建定義；其次對 土木工程地基的加固與處理技術進行了分析，同時，著重對利用預應力論管樁進 行地基基礎處理的應用情況進行詳細闡述，以便能讓我們清楚地掌握住相關的一 些工藝技術要求，為日后在進行類似工程的施工控制時能起到參考借鑒的作用。關鍵詞：地基基礎；地基處理；樁基礎；預應

2、力栓管樁目 錄容摘要I引 言11地基基礎與樁基礎21.1 地基與基礎21. 1. 1地基、基礎21.1.2地基承載力21.2樁基礎及其分類21.2.1 樁基礎的含義21.2.2 樁基礎的分類32預應力混凝土管樁42.1預應力栓管樁的簡介42.2預應力殮管樁樁體特點42.3預應力栓管樁施工工藝技術要求52.4預應力栓管樁質量檢測要求72.5預應力栓管樁在地基處理中存在的問題及預防措施8參考文獻10引 言隨著我國國民經濟的高速增長，建筑業(yè)也得到了蓬勃的發(fā)展，各大城市高樓 林立，大型公共建筑、工業(yè)廠房、各類橋梁不斷涌現(xiàn)。提高天然地基的承載能力 或加固軟弱地基，保持地基的穩(wěn)定，減少基礎的沉降和不均勻沉

3、降，以滿足建筑 物上部荷載的要求，確保建筑物（構筑物）的工程質量是首要工作。目前針對軟 弱地基的不同構成有很多不同的處理方法，其中，最省時、最節(jié)約的是樁基處理, 因此樁基礎在地基處理中的使用已日益普及，現(xiàn)結合我的工作，淺析預應力栓管 樁在現(xiàn)代工程建設地基處理中的應用。1 地基基礎與樁基礎1.1 地基與基礎1.1.1 地基、基礎地基是指建筑物荷載作用下基底下方產生的變形不可忽略的那部分地層，而基 礎則是指將建筑物荷載傳遞給地基的下部結構。作為支承建筑物荷載的地基，必 須能防止強度破壞和失穩(wěn)，同時，必須控制基礎的沉降不超過地基的變形允許值。 在滿足上述要求的前提下，盡量采用相對埋深不大，只須普通的

4、施工程序就可建 造起來的基礎類型，即稱天然地基上的淺基礎；地基不能滿足上述條件，則應進 行地基加固處理，在處理后的地基上建造的基礎，稱人土地基上的淺基礎。當上 述地基基礎形式均不能滿足要求時，則應考慮借助特殊的施工手段相對埋深大的 基礎形式，即深基礎（常用樁基），以求把荷載更多地傳到深部的堅實土層中去。1. 1.2地基承載力各種土木工程在整個使用年限都要求地基穩(wěn)定，要 求地基不致因承載力不足、滲流破壞而失去穩(wěn)定性，也 不致因變形過大而影響正常使用。地基承載力是指地基 承擔荷載的能力。在荷載作用下，地基要產生變形。隨 著荷載的增大，地基變形逐漸增大，初始階段地基尚處 在彈性平衡狀態(tài)，具有安全承載

5、能力。當荷載增大到地 基中開始出現(xiàn)某點或小區(qū)域各點某一截面上的剪應力 達到土的抗剪強度時，該點或小區(qū)域各點就剪切破壞而 處在極限平衡狀態(tài)，土中應力將發(fā)生重分布。這種小 圖1地基容許承載力 圍的剪切破壞區(qū)，稱為塑性區(qū)。地基小圍的極限平衡 狀態(tài)大都可以恢復到彈性平衡狀態(tài)，地基尚能趨于穩(wěn)定，仍具有安全的承載能力。 但此時地基變形稍大，尚須驗算變形的計算值不超過允許值。當荷載繼續(xù)增大， 地基出現(xiàn)較大圍的塑性區(qū)時，將顯示地基承載力不足而失去穩(wěn)定。此時地基達到 極限承載能力。地基承載力是地基土抗剪強度的一種宏觀表現(xiàn)，影響地基土抗剪 強度的因素對地基承載力也產生類似影響。1.2樁基礎及其分類1.2. 1樁基

6、礎的含義樁基礎是一種既古老又現(xiàn)代的高層建筑物和重要建筑物工程中被廣泛采用的 基礎形式。樁基礎的作用是將上部結構較大的荷載通過樁穿過軟弱土層傳送到較深的堅硬土層上，以解決淺基礎承載力不足和變形較大的地基問題。樁基礎具有 承載力髙，沉降量小而均勻，沉降速率緩慢等特點。它能承受垂直荷載、水平荷 載、上拔力以及機器的振動或動力作用，已廣泛用于工業(yè)廠房、橋梁、水利等工 程中。樁基礎的分類1. 摩擦型樁外部荷載主要通過樁身側表面與土層之間的摩擦阻力傳遞給周圍 的土層，樁端只承受部分荷載，一般 不超過10%。端承摩擦樁在外部荷載 作用下，樁的端阻力和側摩阻力都同 時發(fā)揮作用。圖2樁基礎(a)端承樁 (b)摩

7、擦樁1樁2承臺3上部結構2. 端承型樁外部荷載通過軟弱土 層，由樁身直接傳給樁端的基巖，樁 的承載力由樁端基巖提供，一般不考 慮樁側摩擦阻力的作用。摩擦端承樁 樁頂荷載主要由樁端承受，如通過軟 弱土層樁端嵌入基巖的樁，由于樁的 長細比很大，在外部荷載作用下，樁側摩擦阻力也起到部分作用，但樁側阻力小 于樁端阻力。3. 按樁身材料分為混凝土樁和鋼樁。混凝土樁又分為預制混凝土樁和灌注混 凝土樁。預制観樁可在工廠集中生產，也可在場地附近預制，預應力混凝土薄壁 管樁現(xiàn)已廣泛應用于小高層建筑中；灌注混凝土樁是用樁機設備在施工現(xiàn)場就地 成孔或采用人工挖孔，在孔放置鋼筋籠，其深度和直徑根據(jù)工程地質勘察報告，

8、由設計單位確定。鋼樁主要采用型鋼和鋼管兩大類，作臨時支檔結構或永久性的 碼頭工程。型鋼又分為H型鋼和I型鋼。2預應力混凝土管樁2. 1預應力殮管樁的簡介預應力混凝土管樁是體現(xiàn)當代混凝土技術進步與混凝土制品髙新工藝水平的 一種預制混凝土樁。預應力混凝土管樁可分為后 預應力混凝土管樁和先法預應力混凝提管樁。先 法預應力管樁是采用先法預應力工藝和離心成 型法制成的一種空心筒體細長混凝土預制構件， 主要由圓簡形樁身、端頭板和鋼套箍等組成。預應力混凝土管樁的分類：（1）按外型（壁厚）可分為先法預應力混凝土 圖3預應力栓管樁 管樁（PHC.PC）和先法預應力混凝土薄壁管樁（PTC） o（2）按混凝土強度等

9、級可分為預應力混凝土管樁（PC）和預應力高強混凝土 管樁（PHC）o（3）按抗彎性能或混凝土有效預壓應力可分為A、AB、B、C型。使用多數(shù)為 A型，A型樁的有效預應力約為4. OX/mmlAB型為6. 0N/nun2,B型約為8. 0N/mmC型 為10. ON/mm2,打樁時樁身混凝土可有效地抵抗仃樁拉應力，所以，對于一般建設 工程，選用我國規(guī)定的A或AB型的管樁就可以。每節(jié)管樁都有出廠標記，表示在管樁表面距端頭1.0米左右的地方。標記示 例：生產廠家、產牌、生產日期、外徑、壁厚、長度型號預應力高強混凝土管樁 的標記為：比例簡寫PHC-A600-110。PC樁和PTC樁蒸汽養(yǎng)護一般采用蒸壓蒸

10、汽養(yǎng)護，要經過28天才能施打。而 PHC樁脫模后要進入高壓釜蒸養(yǎng)，經10個大氣壓蒸養(yǎng)緩期時間出蒸壓釜后，混凝 土強度等級達C80可以直接運到工地施工，也有用蒸汽養(yǎng)護的，但會降低模具周 轉率。2.2預應力殮管樁樁體特點預應力混凝土管樁，從這個名稱上可以看出，這類樁體其實已經概括出它的 幾項顯著的結構特點了，即包含了 “預應力”、"髙強度”、及“圓管形”這三個顯 著樁體特征。由于這類樁體以前主要是用于房屋建筑的基礎處理，在最近幾年才逐漸被引 用到公路工程這個領域疇中來，因此，對于預應力碗管樁的具本控制要求，目前 我們交通部暫時還沒有一套自已的行業(yè)標準，只能暫時參照建設部現(xiàn)有的幾套技 術標

11、準進行現(xiàn)場控制。下面，就介紹一下預應力混凝土管樁的一些結構特性。單樁承載力高，樁身混凝土強度等級為C80,具有高強性能，600的預應力栓 管樁的單樁允許承載力達到2500-3200kNo可作為高速公路橋涵結構物處的軟基處 理。其單位承載力的造價比預制混凝土方樁和鉆孔灌注樁低，且僅為鋼樁的1/3 2/3,并節(jié)省鋼材。抗彎性能好。預應力栓管樁選用高強度、低松馳的陰螺紋鋼筋作為預應力主 筋，使樁身具有較高的預壓應力，其抗彎、抗裂性能良好，預應力論管樁有卓絕 的貫人性能，能穿透密實的砂層，能適應復雜的環(huán)境與地理條件。質量穩(wěn)定可靠。由于采用工廠預制的生產方式，能利用先進的工藝和設備， 質量容易控制，產品

12、質量容易保證，且成樁質量監(jiān)測方便。應用圍廣。樁身耐防腐性能好，規(guī)格長度容易調整，使設計選用圍廣，容易 布樁，對樁端持力層起伏變化大的地質條件適應性強。施工速度快，工期短。預應力栓管樁在工廠商品化生產，能按施工要求及時 供樁，施工前期準備時間短，一般能縮短工期12月。施工現(xiàn)場文明。施工現(xiàn)場無砂石、水泥，無泥漿污染，對施工現(xiàn)場狹窄的工 程特別有利。2.3預應力殮管樁施工工藝技術要求管樁沉樁方法有多種，在我國國施工過的方法有：錘擊法、靜壓法、震動法、 射水法、預鉆孔法及中掘法等，而以靜壓法用得最多。由于柴油錘打樁時震動劇 烈、噪音大，為適應市區(qū)施工需要，近幾年來我國各地開發(fā)了大噸位的靜力壓樁 機施壓

13、預應力管樁的工藝，靜力壓樁機可分為頂壓式和抱壓式，抱壓式是樁機的 夾板夾緊樁身，依靠持板的摩擦力大于入土阻力的原理工作，靜力壓樁機最大壓 樁力可達5000-6000KN,可將直徑500、600的預應力管樁壓到設計要求的持力層, 從而大大推動了預應力管樁的應用和發(fā)展。在每一處管樁正式開工前，應按不少于1%的工程樁數(shù)量且不少于3根的數(shù)量 進行試樁。試樁樁位應選在地質勘探孔附近，且試樁的長度及地質條件應具有代 表性。管樁施打前，應在樁身上劃出以米為單位的長度標記，并按從下至上的順序 標明樁的長度，以便觀察樁的入土深度及記錄每米沉樁錘擊數(shù)。施打時，應由專 職施工員及時準確地填寫施工記錄表，并經駐地監(jiān)理

14、驗證簽名后方可作為有效的 施工記錄。管樁施打時，應按以下原則確定施打順序：若樁距離周圍建筑物較遠、施工 場地較開闊時，宜從中間向四周進行；若樁的其中一側靠近建筑物時，宜從毗鄰 建筑物一側開始由近及遠的進行。另外，選樁時應根據(jù)試樁的長度，宜先選長后 選短。預應力管樁沉入土中的第一節(jié)樁稱為底樁。底樁下端部都要設置樁尖（靴）。 管樁樁尖（靴）形式主要有三種：十字型、圓錐型和開口型。十字型和圓錐型也 稱閉口型。地區(qū)采用開口型樁尖（靴）比較多，、及港澳地區(qū)，采用十字型樁尖（靴） 較多，開口型樁尖（靴）沉入土層中后樁身下部約有1/3樁長的腔被土體塞住， 沉樁時發(fā)生的擠土作用比封口型樁尖（靴）要小一些。封口

15、型樁尖沉入土層中， 樁身腔在電燈和手電光的照射下一目了然，因此，可用目測法檢查成樁的樁身質 量，并用直接量測法復測沉樁長度。樁尖規(guī)格不符合設計要求，也會造成工程質 量事故，所以國家標準預應力混凝土管樁C03SG409對常用樁尖規(guī)格做出了規(guī) 定。圖4預應力栓管樁焊接接長當管樁需要接長時，其入土部分樁 段的樁頭宜高出地面0. 5-1. 0m,且任一 單樁接頭的數(shù)量不宜超過4個。當管樁采用焊接連接方式接長時， 焊接層數(shù)不得少于2層，層焊渣必須清 理干凈后方能施焊外一層，且焊縫應飽 滿連續(xù)。焊好的樁接頭應待自然冷卻后 方可繼續(xù)錘擊，自然冷卻時間不宜少于 8min,嚴禁用水冷卻或焊好即打。當樁達到收錘標

16、準而尚存有較長的樁長時，外露部分應進行切割，樁頭的切 割宜采用鋸樁器進行，嚴禁采用大錘橫向敲擊截樁或強行扳拉截樁。為了避免因碰到地下孤石而致使打入困難，應在每根管柱的底樁配備樁尖， 以確保管樁的順利施打。樁尖宜采用鋼板制作，其規(guī)格及類型應根據(jù)地質條件及 設計要求選用，建議使用封口型樁尖（十字型或圓錐形）。收錘標準應滿足設計要求，即以進入樁端持力層2叭最后貫入度不得超過80cm / 10擊為控制標準（錘擊能宜采用錘重2. 5t,沖程0. 8-1. 2m） o用于施打預應力混凝土管樁的樁機可根據(jù)PHC樁的設計長度與施工成本，結 合實際現(xiàn)場地質情況選用。目前，管樁施打的方式主要有錘擊式和液壓式兩種。

17、 而具體采取何種形式，應根據(jù)地質條件予以選用。在選擇樁錘時，必須充分考慮 樁的形狀、尺寸、重量、入土長度、結構形式以及土質、氣象等條件，并掌握各 種錘的特性。樁錘的夯擊能量必須克服樁的貫入阻力，包括克服樁尖阻力、樁側 摩阻力和樁的回彈產生的能量損失等。如果樁錘的能量不能滿足上述要求，則會 引起樁頭部的局部壓曲，難以將樁送到設計標高。在進行錘擊沉樁時，因地層較軟，初打時可能下沉量較大，宜低錘輕打，隨 著沉樁加深，沉速減慢，起錘髙度可漸增。在整個打樁過程中，要使樁錘、樁帽、 樁身盡量保持在同一軸線上。必要時應將柱錘及樁架導桿方向按樁身方向調整。 要注意盡量不使管樁受到偏心錘打，以免管樁彎扭破壞。打

18、樁較難下沉時，要檢 查落錘有無傾斜偏心，特別是要檢查樁墊樁帽是否合適。如果不合適，需更換或 補充軟墊。每根樁宜連續(xù)一次打完，不要中斷，以免難以繼續(xù)打下。預應力栓管樁混凝土強度宜超過80%時才能吊裝，吊裝有兩種方法：當樁長大 于13m的預應力栓管樁宜采用支點法，兩支點設在離樁兩端0.21L處，當樁長不 大于13m時，可采用直接進行水平起吊，采用專用吊鉤鉤住管樁兩端壁直接進行 水平起吊。預應力栓管樁強度達到100%時方可運輸，樁在運輸過程中支承應滿足 堆放的要求，并且要綁扎牢固。預應力栓管樁堆放場地要堅實平整，且最下層要 在兩支點下放墊木，且墊木支撐點應在同一平面上。預應力栓管樁的吊裝、運輸 及堆

19、放過程中應輕起輕放，應避免振動、碰撞、滾落。2. 4預應力殮管樁質量檢測要求預應力論管樁在施工完成后的質量檢測方法，與CFG樁一樣，一般需要進行（大） 小應變無破損檢測、單樁承載力及復合地基承載力幾項常規(guī)指標的檢測，以進一 步驗證其完工后的處理質量及處理效果。下面，參照預應力混凝土管樁基礎技 術規(guī)程DBJ/T15-22-2008的有關要求，介紹一下預應力混凝土管樁基礎的一些常 規(guī)檢測項目以及各個檢測項目的檢測頻率。一般情況下，在施工完每一處預應力栓管樁后，應按設計要求進行以下幾個 方面的檢測：須進行單樁荷載試驗3根，及復合地基堆載模擬試驗2點，其承載力要求分 別為：單樁承載力不得小于500kN

20、,復合地基承載力不得小于300kPao須進行高應變無破損檢測及低應變無破損檢測，其檢測頻率需視各個項目的 合同協(xié)議書或習慣而定，一般為：高應變檢測0. 5%,低應變檢測5%。當管樁生產數(shù)量達到30000延米時，須作為一個檢驗批隨機抽取2根管樁委 托具有相應檢測資質的檢測單位進行“抗裂彎矩”及"極限彎矩”兩項指標的試 驗，外徑為40era管樁的具體要求為：A類管樁：抗裂彎矩252kNm,極限彎矩 277 kN - m； B類管樁：抗裂彎矩$75 kNm,極限彎矩35 kNm。2.5預應力牲管樁在地基處理中存在的問題及預防措施盡管預應力栓管樁比其它類型樁體具有獨一無二的工程優(yōu)點，但是有些

21、地質 條件預應力混凝土管樁是不宜使用的，由于地質勘探資料太粗或失誤，預應力混 凝土管樁的質量事故時有發(fā)生。例如，在施工過程中，個別已經打入到規(guī)定深度 的管樁總會不可避免的存在上浮現(xiàn)象，給土建工程的總體質量和計劃工期帶來了 一定程度的負面影響。管樁上浮主要原因是擠土效應。由于擠土效應一方面對松 填土有擠密作用，可提高地基承載力，但對于壓實土，在擠密的同時造成樁身上 浮、移位和地面隆起，影響樁的承載力。預防預應力栓管樁上浮的措施有：（1）優(yōu)選樁型和施工方法。首先應從設計方面把關，對沿海填土區(qū)，特別是 新近填土區(qū)又經過強夯或琨壓處理，應盡量避免采用高密度、大管徑的預應力管 樁，優(yōu)先選用其他樁型，如鉆孔灌注樁、沖孔灌注樁或簡樁等。對于管樁也應優(yōu) 先選用靜壓法，以減小施工振動對周圍管樁的影響。（2）嚴格控制壓樁順序。在軟土地基施工較密集的群樁時，沉樁次序不當， 很容易使樁向一側擠壓造成位移或涌起。對群樁承臺應考慮壓樁時的擠土效應， 不同深度的樁基應先深后淺、先大后小、先長后短。同一單體建筑，一般要求先 施壓場地中央的樁，后施壓周邊樁，當一側毗鄰建筑物時，由毗鄰建筑物處向另 一方施壓。（3）適當加大壓樁終壓