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摘要：近年来,随着预应力管桩技术不断成熟,在工程中的应用越来越广泛,特别是在软土地基地区,呈现出取代沉管灌注桩、夯扩桩的趋势。通过一项工程实例,介绍了预应力管桩的应用。
关键词：预应力软土地基
1 工程概况及工程地质条件
该工程项目占地425413m2 ,总建筑面积为765700 m2 ,包括别墅、小高层建筑、高层建筑及会所、学校等配套工程。
根据岩土工程勘察报告,本工程场区原为水田区、鱼塘区,现经人工吹砂填平。场地土的类型为中软场地土,场地类别为Ⅱ类。地下水位较高,仅低于自然地面0.50～1.10m左右。场地地质分层情况为: ①人工填土层,厚度1.5～5.0m; ②冲积层,其中淤泥层0.5～7.4m,细砂1.1～6.1m,淤泥质土0.7～10.5m,粉质黏土0.6～2.3m厚; ③残积层,其中残积可塑粉质黏土0.5～1.2m,残积硬塑粉质黏土0.7～6.6m,残积坚硬粉质黏土0.7～6.6m; ④白垩系基岩,其中全风化粉砂质泥岩0.5～10.3m,强风化粉砂质泥岩0.16～11.3m,中风化粉砂质泥岩0.6～7.0m,微风化粉砂质泥岩面埋深为14.6～31.6m。
2 预应力管桩简介
预应力管桩应用在我国已有30多年的历史,特别是近几年来发展迅速,已是一种很成熟的桩型。目前,预应力管桩生产和应用十分广泛。市场上用的最多的是先张法预应力高强混凝土预应力管桩(PHC) ,系由专业厂家大批量电脑自动化控制生产,采用先张法预应力,掺加磨细料、高效减水剂等先进工艺,将混凝土经离心脱水密实成型,并经常压、高压两次蒸汽养护而制成的一种空心圆筒体高强度混凝土预制构件,主要由圆筒形桩身、桩头板和钢套箍组成。
预应力管桩沉桩方法主要有锤击法、静压法。锤击法由于噪音大、污染严重,在市区内越来越受到限制,逐渐为静压法所取代。静压法的优点十分突出,无噪音、无振动,通过控制送桩压力,能直观有效地控制和保证成桩质量和承载力,但存在静压桩机架进出场搬运不方便、有部分挤土效应等缺点。预应力管桩管外径有300mm、400mm、500 mm、550m、600m、800m等6种规格,长度有多种规格,按照桩身抗裂弯矩的大小分为A、B、AB型。管桩的接桩一般采用钢端头板焊接连接法。
2.1预应力管桩的优点
(1)单桩承载力高。高强预应力管桩( PHC)混凝土强度等级达到C80,桩身竖向极限承载力非常高,穿越土层能力特别强,能够打入密实的砂层和强风化岩层。桩端进入密实的砂层或强风化层后,经强烈的挤压,改变了桩端周围砂层或岩层的原始状态,使得桩端的承载力提高80%～100%。因此,相同直径的桩,管桩承载力比沉管灌注桩和钻孔灌注桩要高。
(2)桩身混凝土强度高,耐锤击,穿透能力强,成桩质量可靠。预应力管桩混凝土强度等级高,抗裂弯矩远高于方桩,具有较强的工作性能,能确保桩身在锤击及穿越较坚硬的土层中保持完好,大大减少桩裂、断桩事故的发生。
(3)单位承载力造价较低,性价比优越。根据一些统计资料,预应力管桩的单位承载力造价要低于灌注桩,基桩总体经济效益指标优于其他桩型。
(4)施工速度快,工效高。预应力管桩在专业厂家进行生产,相比灌注桩,减少了混凝土浇灌和养护时间。正常施工条下,采用静压法,一个台班可沉桩7～15根。
2.2预应力管桩的局限性
(1)在障碍物多的地区、石灰岩地区,以及从软塑层突变到特别坚硬层的非整合层均不适用。
(2)预应力管桩属于挤土桩,挤土效应若处理不当,会引起工程事故。特别是锤击法沉管方式,所产生的震动和噪音,会对周边环境产生有害影响。
(3)预应力管桩对地质报告要求很高,尤其对持力层起伏变化一定要查清楚、准确,否则将给工程造成被动。
3 从技术角度选择桩型
根据该项目的工程地质情况,我们对建筑物基础的选型,做了多方面的探讨和比较,并征询了本地區同行和勘察单位的意见,参考了周围相同地质条件的建筑物基础型式,决定采用预应力管桩,力求节约投资,缩短工期。根据具体地质条件和建筑物的特性,软土地基上的建筑物基础有以下桩型可供选择。
3.1夯扩桩
夯扩桩实际是在沉管灌注桩基础上增加一内夯管进行夯击施工的桩型。通过增大桩端截面积和挤密地基土,使桩的承载力有较大幅度的提高。同时,桩身混凝土在锤击和内夯管的压力作用下成型,使桩身质量得以保证。在本地区的中、低层建筑中有较广泛的应用。由于是灌注桩,对桩周土有较高的要求,在饱和软土中,极容易出现抽管过程中桩周土内涌现象,使桩身产生颈缩,甚至于形成断桩,成桩质量难以保证。有些工程桩的成功率低,造成较大的补桩数量,或降低承载力而导致加大承台、加高地梁等现象。此外,夯扩桩还受桩机高度所限。一般桩机高度为25m以内,夯扩桩桩长只能控制在18m以内。夯扩桩混凝土强度需有足够的养护期,总的施工工期较长。基于以上诸多不利因素,在本工程中不予采用。
3.2 人工挖孔桩和机钻扩底桩
根据本工程的地质情况,这两种桩型不适用。
3.3CFG类型桩
CFG类型桩是由碎石等为骨料,掺入适量的粉煤灰、水泥,加水拌和而成,也可加入砂子,用振动沉管打桩机或其他方式成桩,并在桩顶铺设一定厚度的褥垫层。桩与桩周土形成复合地基,共同承受上部建筑荷载。这种桩型在北方应用较多,软土淤泥的地质条件不适合。本工程不予采用。
3.4复合地基
在天然地基中设置一定比例的增强体构成复合地基。增强体可由碎石、石灰、粉煤灰、水泥、混凝土等强度和模量不同的材料组成,原地基土和增强体来共同承担由基础传来的荷载。复合地基施工工艺十分复杂,质量难以保证,尤其是其均匀性较差,并要求二次作业作褥垫层,对变形和沉降要求严格的建筑物不适合,在本工程中不宜采用。
通过比较分析,确定采用不同直径的预应力混凝土管桩方案,得到各方的认可,认为在本工程采用是合适的。相对其他桩型有货源充足、成功率高、无工后沉降、不需作二次处理、施工快等特点。
4 综合效益比较分析
采用不同的桩型,承台、地梁、配筋等都是不同的,综合考虑以上因素,选取一栋多层建筑为例进行测算,基础造价如下：
(1)预应力管桩: 315万;
(2)夯扩桩: 427万;
(3)人工挖孔桩: 430万;
(4)大口径沉管桩: 412万;
(5)复合地基: 521万。
以上数据是基于特定地质条件、特定建筑,按照特定地区综合价格考虑的,但总体上反映了各种桩的经济性,具有参考价值。
本工程采用各种桩的综合效益比较如表1所示。
5 结束语
本文通过一工程实例,介绍了预应力混凝土管桩在工程中的应用。预应力混凝土管桩技术成熟、综合社会经济效益良好、适用范围广,值得大力推广。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：预应力软土地基
1 工程概况及工程地质条件
该工程项目占地425413m2 ,总建筑面积为765700 m2 ,包括别墅、小高层建筑、高层建筑及会所、学校等配套工程。
根据岩土工程勘察报告,本工程场区原为水田区、鱼塘区,现经人工吹砂填平。场地土的类型为中软场地土,场地类别为Ⅱ类。地下水位较高,仅低于自然地面0.50～1.10m左右。场地地质分层情况为: ①人工填土层,厚度1.5～5.0m; ②冲积层,其中淤泥层0.5～7.4m,细砂1.1～6.1m,淤泥质土0.7～10.5m,粉质黏土0.6～2.3m厚; ③残积层,其中残积可塑粉质黏土0.5～1.2m,残积硬塑粉质黏土0.7～6.6m,残积坚硬粉质黏土0.7～6.6m; ④白垩系基岩,其中全风化粉砂质泥岩0.5～10.3m,强风化粉砂质泥岩0.16～11.3m,中风化粉砂质泥岩0.6～7.0m,微风化粉砂质泥岩面埋深为14.6～31.6m。
2 预应力管桩简介
预应力管桩应用在我国已有30多年的历史,特别是近几年来发展迅速,已是一种很成熟的桩型。目前,预应力管桩生产和应用十分广泛。市场上用的最多的是先张法预应力高强混凝土预应力管桩(PHC) ,系由专业厂家大批量电脑自动化控制生产,采用先张法预应力,掺加磨细料、高效减水剂等先进工艺,将混凝土经离心脱水密实成型,并经常压、高压两次蒸汽养护而制成的一种空心圆筒体高强度混凝土预制构件,主要由圆筒形桩身、桩头板和钢套箍组成。
预应力管桩沉桩方法主要有锤击法、静压法。锤击法由于噪音大、污染严重,在市区内越来越受到限制,逐渐为静压法所取代。静压法的优点十分突出,无噪音、无振动,通过控制送桩压力,能直观有效地控制和保证成桩质量和承载力,但存在静压桩机架进出场搬运不方便、有部分挤土效应等缺点。预应力管桩管外径有300mm、400mm、500 mm、550m、600m、800m等6种规格,长度有多种规格,按照桩身抗裂弯矩的大小分为A、B、AB型。管桩的接桩一般采用钢端头板焊接连接法。
2.1预应力管桩的优点
(1)单桩承载力高。高强预应力管桩( PHC)混凝土强度等级达到C80,桩身竖向极限承载力非常高,穿越土层能力特别强,能够打入密实的砂层和强风化岩层。桩端进入密实的砂层或强风化层后,经强烈的挤压,改变了桩端周围砂层或岩层的原始状态,使得桩端的承载力提高80%～100%。因此,相同直径的桩,管桩承载力比沉管灌注桩和钻孔灌注桩要高。
(2)桩身混凝土强度高,耐锤击,穿透能力强,成桩质量可靠。预应力管桩混凝土强度等级高,抗裂弯矩远高于方桩,具有较强的工作性能,能确保桩身在锤击及穿越较坚硬的土层中保持完好,大大减少桩裂、断桩事故的发生。
(3)单位承载力造价较低,性价比优越。根据一些统计资料,预应力管桩的单位承载力造价要低于灌注桩,基桩总体经济效益指标优于其他桩型。
(4)施工速度快,工效高。预应力管桩在专业厂家进行生产,相比灌注桩,减少了混凝土浇灌和养护时间。正常施工条下,采用静压法,一个台班可沉桩7～15根。
2.2预应力管桩的局限性
(1)在障碍物多的地区、石灰岩地区,以及从软塑层突变到特别坚硬层的非整合层均不适用。
(2)预应力管桩属于挤土桩,挤土效应若处理不当,会引起工程事故。特别是锤击法沉管方式,所产生的震动和噪音,会对周边环境产生有害影响。
(3)预应力管桩对地质报告要求很高,尤其对持力层起伏变化一定要查清楚、准确,否则将给工程造成被动。
3 从技术角度选择桩型
根据该项目的工程地质情况,我们对建筑物基础的选型,做了多方面的探讨和比较,并征询了本地區同行和勘察单位的意见,参考了周围相同地质条件的建筑物基础型式,决定采用预应力管桩,力求节约投资,缩短工期。根据具体地质条件和建筑物的特性,软土地基上的建筑物基础有以下桩型可供选择。
3.1夯扩桩
夯扩桩实际是在沉管灌注桩基础上增加一内夯管进行夯击施工的桩型。通过增大桩端截面积和挤密地基土,使桩的承载力有较大幅度的提高。同时,桩身混凝土在锤击和内夯管的压力作用下成型,使桩身质量得以保证。在本地区的中、低层建筑中有较广泛的应用。由于是灌注桩,对桩周土有较高的要求,在饱和软土中,极容易出现抽管过程中桩周土内涌现象,使桩身产生颈缩,甚至于形成断桩,成桩质量难以保证。有些工程桩的成功率低,造成较大的补桩数量,或降低承载力而导致加大承台、加高地梁等现象。此外,夯扩桩还受桩机高度所限。一般桩机高度为25m以内,夯扩桩桩长只能控制在18m以内。夯扩桩混凝土强度需有足够的养护期,总的施工工期较长。基于以上诸多不利因素,在本工程中不予采用。
3.2 人工挖孔桩和机钻扩底桩
根据本工程的地质情况,这两种桩型不适用。
3.3CFG类型桩
CFG类型桩是由碎石等为骨料,掺入适量的粉煤灰、水泥,加水拌和而成,也可加入砂子,用振动沉管打桩机或其他方式成桩,并在桩顶铺设一定厚度的褥垫层。桩与桩周土形成复合地基,共同承受上部建筑荷载。这种桩型在北方应用较多,软土淤泥的地质条件不适合。本工程不予采用。
3.4复合地基
在天然地基中设置一定比例的增强体构成复合地基。增强体可由碎石、石灰、粉煤灰、水泥、混凝土等强度和模量不同的材料组成,原地基土和增强体来共同承担由基础传来的荷载。复合地基施工工艺十分复杂,质量难以保证,尤其是其均匀性较差,并要求二次作业作褥垫层,对变形和沉降要求严格的建筑物不适合,在本工程中不宜采用。
通过比较分析,确定采用不同直径的预应力混凝土管桩方案,得到各方的认可,认为在本工程采用是合适的。相对其他桩型有货源充足、成功率高、无工后沉降、不需作二次处理、施工快等特点。
4 综合效益比较分析
采用不同的桩型,承台、地梁、配筋等都是不同的,综合考虑以上因素,选取一栋多层建筑为例进行测算,基础造价如下：
(1)预应力管桩: 315万;
(2)夯扩桩: 427万;
(3)人工挖孔桩: 430万;
(4)大口径沉管桩: 412万;
(5)复合地基: 521万。
以上数据是基于特定地质条件、特定建筑,按照特定地区综合价格考虑的,但总体上反映了各种桩的经济性,具有参考价值。
本工程采用各种桩的综合效益比较如表1所示。
5 结束语
本文通过一工程实例,介绍了预应力混凝土管桩在工程中的应用。预应力混凝土管桩技术成熟、综合社会经济效益良好、适用范围广,值得大力推广。
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