[摘要] 建筑工程建設中樁基礎應用十分普遍，但是，普通擠土樁在工程實踐中存在擠土效應、單樁及群樁承載力不高等諸多問題，帶砂襯齒紋面排水樁承載力高、防擠土效應、經(jīng)濟性較好優(yōu)點。本文就帶砂襯齒紋面排水樁的工程應用進行了探討。

[關鍵詞] 預應力管樁 帶砂襯齒紋面排水樁

隨著我國改革開放的深入發(fā)展，建筑工程領域的各項新技術、新工藝、新材料也在飛躍的發(fā)展，在短短的幾年內，預應力管樁基礎由于其為工廠化生產(chǎn)，具有質量容易保證，單樁承載力高，貫入性能好，接樁容易， 造價低，工期短，環(huán)保好，抗震性能好等優(yōu)點，而被廣泛應用。然而由于其擠土樁的擠土特性，使其仍存在一些問題。

一、普通擠土樁施工中的常見問題

2003年初昆明開始引進“先張法預應力混凝土管樁”靜壓樁施工技術，但應用后出現(xiàn)兩個現(xiàn)象，一是在軟弱地基施工中，樁打得很深，但單樁承載力仍然不高，也就是說，預應力管樁本身強度再大，但在軟弱地基中卻發(fā)揮不出來，單樁承載力很低；二是擠土效應嚴重，頭天打下的樁，第二天會冒出地面一截。究其原因主要有以下問題：

1、擠土樁在沉入地下時，樁身置換了等體積的土體，因此沉樁會使周邊一定范圍內的地面發(fā)生豎向隆起和水平位移（樁周土體受剪切破壞，樁周一定范圍內的土體受到擾動產(chǎn)生變形，這種變形表現(xiàn)為地面隆起和土體水平位移），并可能使鄰近已壓入的樁上浮形成懸樁、樁位偏移和樁身翹曲，嚴重時甚至斷樁。

2、擠土樁在施工過程中，使樁周土體中的應力狀態(tài)發(fā)生改變，樁入土過程樁周土體尤其在靠近樁表面處產(chǎn)生很高的孔隙水壓力。

3、壓樁過程樁周土體被重塑和擾動，土的原始結構遭到破壞，土的工程性質與沉樁前相比有了很大的改變。

4、壓樁后樁周土體中孔隙水壓力的緩慢消散，土體會再固結，可能使樁側受到負摩阻力的作用，并導致樁周土體下沉，土體與承臺脫離，同時可能導致建筑物出現(xiàn)不均勻沉降。

實際上上述問題的長期存在一直沒有較好和徹底的解決辦法，尤其是在軟弱土層、粉質粘土土層、淤泥質土層等飽和含水土層中，問題更為突出。

眾所周知，地基土是由土壤、空氣和水組成，在地下水位以下的土層中，空氣含量極少，在飽和含水條件下根本就無空氣。要想改善擠土效應，必須將被壓縮土體中的水排出，而“帶砂襯的齒紋面排水樁”就有效地解決了這一問題。

二、帶砂襯齒紋面排水樁能提高承載力的機理分析

（一）帶砂襯齒紋面排水樁如下圖所示：

先張法預應力混凝土“帶砂襯齒紋面排水樁”

帶砂襯齒紋面排水樁的特征是樁身按一定規(guī)律制作成梯形截面的齒紋。它可以有效地將樁周的砂石裹挾帶入樁周的土層中。

帶沙襯：指在施工中，樁的齒紋面帶著砂襯（砂和碎石的混合物或者破碎的建筑垃圾）進人地下，在樁體外面形成一透水層。

（二）帶砂襯齒紋面排水樁施工情況如下圖所示：

壓樁的同時將砂石澆灌在樁身周圍并裹挾進入樁周土內形成砂襯

經(jīng)齒形管樁砂襯透排出的孔隙水（可用水泵抽出）

（三）帶砂襯齒紋面排水樁能提高承載力的機理

1、在可塑、硬塑的粘土、粉質粘土中：齒形管樁的齒面部分，產(chǎn)生作用于土體的錐形擴散力。又根據(jù)力的分解，反作用力可分解為兩個力：一個是垂直于樁體的水平擠壓力，一個是豎直向上的端承力。沿樁身有多少個齒，就有多少個環(huán)狀小端承力，這些小環(huán)狀端承力的總和，調動了沿樁身自下而上所有土體，共同來承擔荷載，所以齒形樁承載力能提高。

2、使用砂襯后，有以下作用：

①就是改變土體與樁之間的摩擦材料，尤其是在淤泥質土層，對樁的摩擦系數(shù)很顯然小于砂襯，所以放砂襯能增大摩擦系數(shù)，提高單樁承載力。

②放砂襯后，增大了樁體表面積相當于增加了樁的直徑，樁周摩阻力也就有效增加。

③能改變土體的物理力學性能，因為砂襯可以很快排除打樁過程中所產(chǎn)生樁周超孔壓水，因此土體物理性能快速恢復，物理力學性能得到改善后的土體，其摩阻力也增大。

④由于超孔壓水的迅速排除，大大降低了擠土樁的地基土壓力，提高了土體的壓縮性，大大緩解了樁上浮形成懸樁、樁位偏移和樁身翹曲和斷樁的現(xiàn)象。

3、由于齒形管樁樁周土體物理力學性能的迅速恢復，齒形上側面形成反向土壓力，阻止了樁身上浮，也同時提高了抗拔力。

見下圖。

三、齒紋面樁與砂襯相結合便產(chǎn)生了質的飛躍，與光面管樁比較具有以下優(yōu)勢：

1、單樁承載力提高：根據(jù)大量的試驗和工程實踐證明，砂襯齒形樁其單樁承載力為同直徑、同長度、同地質條件下光面管樁單樁承載力的1.6～2倍以上。

2、抗拔力強：齒形樁的齒面部分產(chǎn)生若干個環(huán)狀端承力。而抗拔的原理，也同樣是環(huán)狀齒面產(chǎn)生反向抗拔力，只是方向不同。

3、提高抗地震能力：

①許多建筑物的樁基礎中有液化層，這些液化層正常條件下具有承載力，當遇地震時，由于地震波的作用液化層會迅速液化，失去承載力，因此建筑物會因樁基礎失去承載力而被破壞。而砂襯齒形樁在遇到地震時，液化層產(chǎn)生的液化水，將沿砂襯迅速消散，能保護建筑物在地震中不至破壞。

②地震、風力造成建筑物搖擺時，由于砂襯齒形樁抗壓、抗拔的優(yōu)良性能，所以能起到保護建筑物的作用。

③砂襯齒形樁，其承載力主要靠樁身上若干個齒的小端承力之和，而不是完全靠樁底部的端承力，在持力層較薄時對整根樁承載力的影響并不大，因此能抵抗地震作用。

4、防擠土效應：樁基礎施工中，由于擠土，便產(chǎn)生超孔隙壓力水，會產(chǎn)生破壞作用，把已施工好的樁擠歪，擠斷、擠上?。话训缆窋D變形；對附近建筑物造成破壞等等，而采用砂襯、齒形樁做基礎，施工中產(chǎn)生的超孔壓水會沿著砂襯迅速上升消散，所以砂襯齒形樁具防擠土效應。

5、群樁效應?。汗饷婀軜叮鋯螛冻休d力主要靠底部某持力層承載，如果群樁皆靠該持力層時，會因該層受力過大而變形破壞。砂襯齒形樁，調動了沿樁身所有環(huán)狀齒面的端承力，所以，受力狀態(tài)好，荷載不是靠某持力層，故群樁效應小。

6、降低材料消耗、節(jié)約投資、降低造價：砂襯齒形樁與同規(guī)格的光面管樁比較，由于單樁承載力的提高，將減少樁的用量，從而降低材料消耗、節(jié)約投資、降低造價。

7、對持力層要求不嚴，便于設計：由于齒形樁身上的齒有小端承力，它可調動沿樁身所有厚薄持力層及土體共同承載，其各齒面面積之和為底部面積的許多倍。所以承載力主要靠齒面而不是底部，故對持力層的要求不高，設計中可充分利用各層土層的狀況進行設計。

8、砂襯齒形樁群樁效應減少，受力均勻：由于砂襯齒形樁群樁效應減少，所以每根樁承受荷載的能力是比較均勻的，同時充分利用了全樁的各齒形端承力，使得沉降均勻，減少了不均勻沉降。

四、結論及建議

由于砂襯齒形樁的諸多優(yōu)點，并可降低建筑造價，其承載原理及理論是站得住腳和可以解釋的，因此應當是一種先進的樁基礎形式。在軟弱土層、粉質粘土土層、淤泥質土層、尾礦堆積土層等飽和含水土層的建構筑物項目中，可以嘗試使用砂襯齒形樁，并在取得經(jīng)驗和實際試驗資料的情況下積極推廣使用，以降低開發(fā)成本，提高經(jīng)濟效益。