任泉軍

0 引言

近年來，中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，土地價格不斷飆升，不管是住宅、寫字樓，還是賓館，其規(guī)模越來越大，層數(shù)越來越高，總荷重也越來越大。如在軟土地區(qū)，結(jié)構(gòu)工程師需選用臥于軟土層下的亞砂土或粉砂層作為樁基持力層。以獲得較高的單樁承載力來滿足設(shè)計的需求。如果要采用穿過硬土層并進(jìn)入其下面的亞砂土或粉砂層內(nèi)一定深度的打入式預(yù)制鋼筋混凝土樁時，往往需要用較大噸位的錘來把這類樁打入土中，并達(dá)到樁尖的設(shè)計標(biāo)高處。這無疑對樁頂、樁身、樁尖的設(shè)計與施工，提出了更高的要求。在過去，設(shè)計人員一般采用提高混凝土的標(biāo)號，加大配筋等方法來處理。即使如此，在實(shí)際打樁的過程中，樁頂混凝土被錘打碎，或樁身斷裂，仍時有發(fā)生。一旦發(fā)生這種情況時，施工人員就必須在工地上臨時用鋼材加固樁頂樁身后再繼續(xù)將樁打下，甚至另行補(bǔ)樁。這樣既延誤了工期，又造成了經(jīng)濟(jì)損失。設(shè)計人員常為之困惑不已，極其希望能有一種方法來提高鋼筋混凝土樁的抗沖擊性能。

結(jié)合高層建筑下鋼筋混凝土長樁的特點(diǎn)與要求，經(jīng)試驗采用新型的復(fù)合材料——鋼纖維混凝土，加強(qiáng)40 m鋼筋混凝土長樁的樁頂與樁尖，取得了良好的效果。

1 概況

在國際上，纖維混凝土是近幾十年來迅速發(fā)展起來的一種新型復(fù)合材料，尤其是鋼纖維混凝土，稱得上纖維增強(qiáng)混凝土中最有效的一種。它不僅具有普通混凝土的優(yōu)良特性，同時顯著的提高了混凝土的抗拉、抗彎、抗疲勞等強(qiáng)度與抗沖擊性能，并具有比較好的特性及控制裂縫的能力。因此，它的用途廣泛，應(yīng)用它的工程實(shí)例已很多，效果良好，各國競相開放與研究。近年來，我國也有學(xué)者與科技人員在進(jìn)行這方面的研究與應(yīng)用，并已經(jīng)取得可喜的成果。

本工程利用鋼纖維混凝土的特性，來加強(qiáng)水泥廠筒倉下的40 m鋼筋混凝土長樁樁頂與樁尖。共選三根工程樁作為試驗樁。樁的尺寸為450×450×40 000，其細(xì)長比為89。混凝土標(biāo)號為C35。單樁容許承載力為160 t/根。在樁頂與樁尖兩處局部用鋼纖維混凝土加強(qiáng)。其地質(zhì)分布情況具有一定的代表性與特點(diǎn)。工程地質(zhì)概況見表1。

為了獲得較高的單樁承載力，減少樁的根數(shù)，特選用第⑥a層亞砂土夾亞粘土作為樁基的持力層。樁尖進(jìn)入該層深度約2.0 m。若與以⑤b層為持力層的方案相比較，僅樁基一項可以節(jié)約造價約90余萬元。

從表1可以看出，欲將樁尖打至⑥a層內(nèi)，必須穿過第③層(5.7 m厚)，以及第⑤b層(2.5 m 厚)這兩層硬土，具有一定難度。我在該工程中的普通鋼筋混凝土長樁上采取了一些措施，終于將全部長樁順利打下，并使樁尖都到達(dá)其設(shè)計標(biāo)高處。但在上述的三根試驗樁上，則用鋼纖維混凝土加強(qiáng)樁頂與樁尖，在此加強(qiáng)的區(qū)段內(nèi)，特將原有的配筋適當(dāng)減少，并除去樁頂原有的預(yù)埋鋼板，以考驗鋼纖維混凝土在重錘打擊下的效果如何。

表1 水泥廠工程地質(zhì)概況

2 效果

水泥廠工程共有729根長樁。由于土層分布有起伏，故樁長共有39 m，39.5 m與40 m三種。

結(jié)合施工程序與打樁流水，三根試驗樁被安排在打樁的最后階段試打。整個工程均采用KB45柴油機(jī)錘擊打。

要說明兩個情況:

1)試驗樁周圍的普通鋼筋混凝土樁的長度均為39.5 m。而試驗樁的長度則已早先被施工單位按40 m長的模板制作的。因此，它比周圍的樁長了50 cm，也就是試驗樁進(jìn)入第⑥a層硬土的深度多了50 cm。顯然，這樣更增加了沉樁的難度。對鋼纖維混凝土性能的考驗也更加嚴(yán)峻。

2)三根試驗樁是被安排在整個場地已打下700余根長樁的情況下才施打的。這意味著場地已被約5 700余立方米的混凝土所擠實(shí)，也就是說試驗樁比早先打下的樁在沉樁方面要困難得多。

結(jié)果顯示，即使在上述兩種不利的情況下，試驗樁的平均總錘擊數(shù)比普通鋼筋混凝土長樁的錘擊數(shù)反而少8%左右，其最后貫入度還略小于普通鋼筋混凝土長樁的貫入度。這充分說明，經(jīng)過鋼纖維混凝土加強(qiáng)后的長樁的穿透力有較大提高。其對加快打樁進(jìn)度、縮短工期，有著實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益。

再從現(xiàn)場開挖后的情況來看，試驗樁的樁頂表面夾帶，棱角保持挺直，四周無缺損現(xiàn)象。而其周圍的普通鋼筋混凝土長樁的樁頂，則有多根頂端被錘擊碎或缺角。

因此，試驗結(jié)果完全達(dá)到了預(yù)期的要求，取得成功。值得一提的是，僅以樁頂部分為例，采用鋼纖維混凝土加強(qiáng)后，還可節(jié)約鋼材 7.325 kg/根。

在實(shí)際工程設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)工程具體情況、樁長的選用、持力層的物理與力學(xué)性能、場地地層分布特性，以及造價等問題，全面地綜合考慮后來決定采用鋼纖維混凝土僅單獨(dú)加強(qiáng)樁頂部分或同時加強(qiáng)樁頂與樁尖兩部分，做到設(shè)計安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

3 結(jié)語

通過本工程，充分體現(xiàn)了鋼纖維混凝土加強(qiáng)長樁樁頂與樁尖有著顯著的實(shí)效。即如用鋼纖維混凝土加強(qiáng)后，可避免眾多樁頂被打碎的損失。其次，應(yīng)用到高層建筑下的鋼筋混凝土長樁與超長樁上，特別是在樁要穿透較厚較深的硬土層的情況下，更能發(fā)揮鋼纖維混凝土的效能。

［1］ GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］ JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］ 陳慧清.銑削鋼纖維混凝土的施工與應(yīng)用［J］.山西建筑，2010，36(11):168-169.