建筑工程中预应力高强度混凝土管桩的应用

2015-11-30郭忠宾安徽华东工程建设项目管理有限公司安徽合肥230000

江西建材 2015年16期

■郭忠宾 ■安徽华东工程建设项目管理有限公司，安徽合肥 230000

随着城市化的大发展，对土地的需求越来越大，进而也造成了施工用地的紧张环境，所以更高层的建筑形式，也逐渐的成为城市建设中的发展趋势，但是当楼层增高的时候，其上部结构的荷载也会随着不断增大，但是浅基础的设计没有办法满足荷载的设计和要求，所以应用高强度混凝土管桩技术就成为了一种必然的趋势。

1 预应力混凝土管桩技术

1.1 预应力混凝土管桩的构造

随着高层建筑的兴起，预应力的混凝土管桩技术也逐渐被建筑设计人员们所热衷，其组成部分主要有高强度的混凝土，还有钢筋骨架，一些钢结构，比如端板，桩套箍等三部。预应力混凝土管桩是选用了先张法的，通过离心成型的预应力混凝土桩，其形状是环形的截面桩。和其他普通的土桩比起来，这种混凝土的预应力管桩，不仅拥有绿色环保，施工效果好，以及工程中造价低廉的优点，而且这些当初设计的理论效果，也已经在很多的建设工程项目中，得到了充分的验证。

1.2 预应力混凝土管桩所拥有的优点

在不同的外直径预应力的混凝土管桩中，它们的力学性能也有非常大的差异，即使是相同的外直径管桩，根据管桩壁厚度的不同，它的桩体本身所能承载力的大小也会随之变化的。预应力混凝土管桩技术和其他传统的桩型相比较，预应力混凝土管桩的优点还是非常明显的。首先混凝土这种管桩的桩长不是固定不变的，其是可以不同程度的伸长而进行随意的搭配，比如对这种持力层起伏变化非常大的地质条件，这种技术可根据实际起伏的具体情况，从而选择合适的单节桩长，以此来适应这种地层变化的客观要求，进而达到设计中想要的最佳经济效果。第二点，混凝土管桩技术是选用工业化的生产模式，利用机械加工的技术成桩，所以在质量方面还是比较可靠，而且其桩身的强度要求也是相当的高，而且这种技术，即使是单桩的承载力，也要远大于相同规格的其他桩种，并且在施工中，还有很强的穿透土层能力。和其他的方法相比较，这种技术成桩效果好，而且质量非常可靠，再加上沉降量小，所以基本上是可以满足工程在各种复杂多变的环境要求下施工。

2 对预应力混凝土管桩的承载力特性的分析

2.1 承载力影响因素

(1)挤土效应对承载力的影响。预应力混凝土管桩技术是属于挤土桩的类型，在施工成桩的过程中，一定会产生很强的挤土作用力，这种情况也就导致桩周围的土受到不同程度的扰动，然后再重新发生固结的作用，这些问题，在实际的操作中，不仅会让预应力混凝土桩周围的土体强度发生改变，而且混凝土桩侧面的摩擦阻力也会改变。这种情况通常都被称为挤土效应。通过仔细的分析便可以知道，在混凝土桩没有因为挤土效应而发生上浮的问题时，这种管桩的挤土效应，在很大程度上都会增大桩体本身在竖向方向的承载力。而如果在桩身发生了上浮问题时，预应力的混凝土桩的端阻力就会有效的减弱，这样单桩竖直方向的承载力就降低了。

(2)土塞效应对承载力的影响。通过上面的分析可以知道，土塞就是管桩通过和管桩内壁产生的侧摩阻力，它们之间的相互作用，从而就会增加管桩的桩端，和桩下土体的接触面积，这也在一定的程度上，提高了管桩在竖直方向的承载力。

(3)时间效应对承载力的影响。对预应力的混凝土管桩中的单桩承载力而言，其是会随着时间变化而改变的，具体而言就是时间如果增长，那么单桩承的载力同样会增长，这就是通常所说的时间效应。这种问题产生的主要原因有，土的固结实效问题以及土的触变特性两各方面的影响。很多技术人员进过多年的研究发现，对其的检测时间，如果超过了规定以后，桩的承载力不是没有变化，而还会是不断地提高，所以单纯的用静载试验数据来确定桩的单桩承载力，这种做法本身还是不符合实际的。如果相关的设计人员，对桩的时效影响也能充分的考虑进去，从而提出有效的单桩承载力的设计公式以及方案，一定会创造出很大的经济效益以及社会效益。

2.2 设计方法

在一些地区，一般都是在工程设计过程里，依靠勘察报告里面所提供的地层情况，比如物理力学的实验指标，然后再结合单桩承载力的经验公式，进而估算出单桩的承载力，还有它的特征值，然后再用静载的实验方法来验证和估算它的特征值能否安全可靠，如果可以满足有关的沉降要求，那么桩体在施工的时候，就应该用等于极限值的终压值，当作承载力的评判标准。

3 预应力高强度混凝土管桩的实际应用

3.1 工程概况

施工场地的岩层主要特征，第①层是耕地土，土层的厚度在0.3 到1.3 米。第②层是粉质粘土层，土层的厚度还1 到6.3 米，第③层是粉质粘土，土层的厚度是0 到7.5 米。第④层是粉质粘土层，土层的厚度是0 到5.5 米，而第⑤层是粉质粘土层，其土层的厚度是2.5 到7.9 米。

3.2 场地基础类型分析

根据实际场地土层的具体情况，同时再结合工程单位的施工条件，建议采用桩基础的设计，而且推荐选用预应力混凝土管桩。确定选用管桩方案后，就要用第③层作为桩端的持力层，在桩端进入到这个土层的1.0 到2.0 米的时候，选用复合的地基基础，然后再根据实际的荷载，选择第⑤或者第⑥层的粉质粘土层，作为桩端的持力层。因为在实际的场地中，上部的土层强度比较高，所以在管桩基础进行施工的过程中，非常容易出现因为桩体挤密的作用，而导致桩身开始上浮的问题，所以在实际应用中，每间隔一定的距离，就设置一个防挤沟，以及应力的释放小孔，以此来减小挤土作用效应的强度，必要的时候还可以进行通过取土来达到引孔沉桩的目的，这个工序要合理控制打桩的顺序，对打桩的速度也要加以控制。

3.3 方案具体的实施情况

根据试验相关的规范要求，在工地上随机的抽取了非常具有代表性的四根桩，分别进行实验，因为实际的情况，所以不能对桩体本身做破坏性的极限实验，所以实验只是为了验证，其是否满足当初的设计荷载要求。具体的试验数据如图。

表2 载荷试验数据表

通过以上的分析后，由总结可得:在选择用预应力混凝土管桩基础的时候，一定要用第⑥层的粉质粘土层，作为管桩端面的持力层，而且四根静载桩的累计沉降，在计算结果中都小于40 毫米，所以是满足设计的要求，所以选择这个土层作桩端面的持力层是比较合理的。而一同进行实验的CFG 桩，在施工中出现了空洞，还有缩颈的不良现象，所以桩本身的质量是不能保证的，而且施工过程中，这些产生的多余的泥浆，还会对场地周围的环境造成很大的影响。因为实验结果表明，用管桩的基础方案，其承载力不仅高，而且施工速度还非常的快，在现场施工中还没有污染，再加上静载检测周期较短。所一致推荐预应力的混凝土管桩的基础方案，是非常合理可行的。目前这个项目的桩基础施工技术，已经完成了大约半年的时间，没有发现有桩体出现上浮的问题，所以在这种类型的地层中做基础施工时，可以参照这个案例进行执行，预应力混凝土管桩技术在实际工程施工领域中的应用，不仅可以避免灌注桩泥浆对环境的影响，同时还节约了工期时间，进而产生了很大的经济效益。