劉澤坤

(中煤科工集團武漢設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 430064)

鋼筋混凝土筒倉是用來貯存糧食、飼料等粒狀、粉狀物料的構(gòu)筑物，目前廣泛地應(yīng)用于糧食倉儲、加工行業(yè)，因其高度大、荷載重的特點，基礎(chǔ)型式一般采用樁基礎(chǔ)；預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作為樁基礎(chǔ)的一種重要類型，因其產(chǎn)品質(zhì)量好、單位造價低、抗震性能好、施工快捷方便、適應(yīng)范圍廣等諸多優(yōu)點在筒倉基礎(chǔ)工程中得到了廣泛的應(yīng)用，在各種樁基礎(chǔ)型式中己占主導(dǎo)地位。本研究結(jié)合相關(guān)國家規(guī)范、行業(yè)標準及工程實際資料，總結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在筒倉基礎(chǔ)工程應(yīng)用中的注意事項，并對筒倉基礎(chǔ)工程中如何安全適用、經(jīng)濟合理地應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁提出建議。

1 管樁基礎(chǔ)的設(shè)計

1.1 管樁適用范圍

管樁的樁徑一般在300～700 mm，屬于小直徑樁型，一般樁端阻力較小，使用時基本按摩擦型樁基考慮，上部荷載主要由樁側(cè)阻力來承受；管樁的樁側(cè)阻力主要來源于管樁與樁側(cè)土層之間由于擠密效應(yīng)而產(chǎn)生的摩檫力，如果樁側(cè)土層主要為淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土?xí)r，管樁與樁側(cè)土層之間擠密效應(yīng)不明顯，摩檫力很小，不建議采用。

管樁的樁長一般在7～15 m，樁基持力層較深樁長不足時，需要進行接樁處理；管樁接樁接頭一般采用端板焊接連接，現(xiàn)場施工時質(zhì)量難以把控，此部位為管樁的薄弱環(huán)節(jié)，承受水平力和拉力時效果不佳，所以相對于其它樁型，管樁在作為抗剪樁和抗拔樁使用時應(yīng)謹慎對待。

1.2 筒倉管樁單樁承載力特征值的確定

根據(jù)筒倉規(guī)范規(guī)定，筒倉的地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級，筒倉的單樁承載力特征值應(yīng)通過單樁靜載試驗確定。試樁數(shù)量建議按單個筒倉考慮，每單個筒倉不宜少于總樁數(shù)的1%，且不應(yīng)少于3根，當預(yù)估樁數(shù)少于50根時，不應(yīng)少于2根。試樁時應(yīng)加載至破壞，最后根據(jù)試樁檢測結(jié)果確定筒倉管樁單樁承載力特征值[1]。

1.3 筒倉管樁基礎(chǔ)布置

根據(jù)樁基規(guī)范規(guī)定，基樁的最小中心距在飽和黏性土層中應(yīng)大于4.5 d(d是樁基直徑)，在非飽和土、飽和非黏性土層中應(yīng)大于4.0 d[1]；一般筒倉荷載比較大，倉下樁數(shù)比較多，排列也比較密集，建議有條件時可適當加大樁基間距，更有利于單樁承載力的發(fā)揮。

根據(jù)筒倉基礎(chǔ)形式，筒倉樁基布置一般選用環(huán)狀布置，從中心向外圈數(shù)量逐步遞增；同時，為滿足地基基礎(chǔ)抗傾覆要求，應(yīng)保證筒倉最外圈樁基中心線超過筒倉倉壁外邊一定距離，典型筒倉樁基布置方案詳見圖1。

1.4 變剛度調(diào)平設(shè)計在筒倉基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用

筒倉上部荷載分布一般內(nèi)大外小，在上部荷載作用下基礎(chǔ)的沉降一般中間大、周邊小。如果按照在筒倉下方均勻布設(shè)長度、直徑相同樁基的設(shè)計方式，樁基剛度均勻，但是樁基頂部反力分布呈馬鞍形，內(nèi)側(cè)樁基的反力較大，邊緣樁基的反力較小，樁基受力和沉降存在著分布不均勻的現(xiàn)象。

為減少筒倉基礎(chǔ)的差異沉降，調(diào)整筒倉基礎(chǔ)的內(nèi)力分布，可采用變剛度調(diào)平的設(shè)計思想進行樁基設(shè)計，按照內(nèi)強外弱的原則布置樁基：筒倉核心區(qū)的樁基間距減小或者筒倉核心區(qū)的樁基長度加大，以增加核心區(qū)樁基的剛度，減少筒倉核心區(qū)與周邊的差異沉降，使筒倉基礎(chǔ)受力更均勻。

2 施工

2.1 錘擊法

錘擊法是管樁沉樁常用的一種方法，優(yōu)點是打樁機重量輕，對場地的地基承載力要求不高，打樁機通過性能相對較好，特別適合軟土地區(qū)的樁基施工；另外，由于沉樁采用的是沖擊荷載，管樁能夠穿透較厚的砂層或礫石層，對入土深度要求高的工程更適用；其主要設(shè)備有樁架、樁錘、動力設(shè)備等，樁錘的選擇是其重點，樁錘選用見表1。

表1 樁錘選用表[1]

錘擊沉樁除與錘擊能量有關(guān)外，還受樁身結(jié)構(gòu)強度、樁群密集程度、打樁順序等多種因素制約，尤以樁端持力層土的工程性質(zhì)影響最大，樁端土層越硬，樁尖壓應(yīng)力越大，樁端土層越軟，樁身拉應(yīng)力越大，故選擇樁錘時必須掌握準確、可靠的地質(zhì)資料。

錘擊法沉樁控制有兩個原則：其一是樁端必須達到設(shè)計標高，進入樁端持力層一定深度，其二是通過貫入度控制持力層的強度應(yīng)達到設(shè)計要求；實際工程中樁端為堅硬土層時，例如硬塑黏性土、碎石土、中密以上砂土、風(fēng)化巖層等，可以貫入度控制為主，標高為輔；樁端為軟土層時，可以標高控制為主，貫入度供參考[3]。

2.2 靜壓法

靜壓法是利用靜力壓樁機在靜壓作用下的沉樁方法，壓樁時利用靜壓機的自重，通過液壓裝置將樁壓入土中；優(yōu)點是噪聲小、無振動、無污染、施工速度快，可以連續(xù)施工縮短建設(shè)工期；另外，由于送樁器與工程樁樁頭接觸面吻合度高，送樁器在送樁過程中不會晃動和跳動[4]，送樁深度大，基槽開挖后樁基截樁量少。

靜壓樁的終壓條件應(yīng)根據(jù)管樁類型及施工現(xiàn)場工程地質(zhì)條件等因素綜合確定；對于端承型樁基，在樁端進入持力層后，應(yīng)以終壓力控制，對于摩擦型樁基，應(yīng)以樁長控制為主，終壓力控制為輔；終壓力應(yīng)大于單樁極限承載力標準值，穩(wěn)定壓樁時間應(yīng)控制在5～10 s，復(fù)壓次數(shù)應(yīng)根據(jù)樁長控制在2～5次。

2.3 壓樁順序

筒倉由于上部荷載較大，大部分樁基礎(chǔ)均為滿堂布樁，樁間距較密，所以施工時不宜采用由四周向中心的壓樁順序，因為這樣會限制樁側(cè)土向外的側(cè)向變形，容易造成大面積樁側(cè)土體隆起，加大施工斷樁的可能性[5]；建議采用由中心向外、對稱逐圈完成的壓樁順序，這樣施工時是由中心向四周均勻地擠土,樁側(cè)土壓力逐步減少,能夠有效地控制先沉樁的涌起量。

3 工程樁驗收檢測

管樁全部施工完畢后應(yīng)進行工程樁的驗收檢測，驗收檢測主要包括承載力檢測、樁身質(zhì)量檢測、斜樁傾斜度檢測、樁位偏差檢測4項。承載力檢測是采用靜載試驗的方法檢驗工程樁單樁豎向抗壓承載力，檢測數(shù)量為每個筒倉總樁數(shù)的1%且不少于3根；樁身質(zhì)量檢測常采用低應(yīng)變法，抽檢數(shù)量每個筒倉不應(yīng)少于總樁數(shù)的20%，且不應(yīng)少于 10 根；筒倉管樁傾斜度和樁位偏差檢測應(yīng)在開挖基坑后進行，傾斜度檢測數(shù)量不應(yīng)小于總樁數(shù)的5%，偏差不應(yīng)大于傾斜角正切值的15%，樁位偏差應(yīng)全部檢測，并應(yīng)符合表2要求[1]。

表2 樁位偏差表

4 檢測不合格樁基的處理措施

(1)當?shù)蛻?yīng)變檢測中發(fā)現(xiàn)Ⅱ、Ⅲ類樁時，應(yīng)采取以下處理措施：

①當樁身缺陷部位在淺部時，應(yīng)根據(jù)場地工程地質(zhì)條件進行開挖檢查處理，截除缺陷部位以上的樁身，再次進行低應(yīng)變及樁身傾斜度檢測，如果檢測結(jié)果滿足規(guī)范要求，對截樁后樁基進行接樁處理；接樁處理時，應(yīng)將樁基外包混凝土延伸至接樁斷面處以下至少一倍樁身直徑且不應(yīng)少于0.5 m，混凝土強度等級不應(yīng)低于C30且應(yīng)滿足樁基承載力要求，外包混凝土的外徑應(yīng)大于樁身直徑加300 mm，箍筋可采用φ8@100 mm，縱向鋼筋配筋率不宜小于0.6%；另外，應(yīng)在管樁內(nèi)孔采用強度等級不低于C30 的混凝土進行灌芯處理，灌芯長度自接樁斷面處算起不應(yīng)小于1.2 m[2]。

②其他情況的Ⅱ、Ⅲ類不合格樁，應(yīng)在管樁內(nèi)孔采用強度等級不低于C30的補償收縮混凝土進行灌芯處理；當樁基為封閉式樁尖時，灌芯長度應(yīng)為樁基全長，當樁基為開口式樁尖時，灌芯長度可為樁頂至缺陷部位斷面處以下2 m[2]。

③以樁身強度控制或受力較大的Ⅲ類不合格樁經(jīng)處理后應(yīng)重新進行單樁承載力檢測，檢測數(shù)量不應(yīng)少于2根[2]。

(2)當檢測發(fā)現(xiàn)傾斜度偏差不合格的管樁時，應(yīng)對全部管樁進行傾斜度檢測，并應(yīng)對傾斜度大于1%的管樁進行低應(yīng)變檢測；傾斜率大于3%的管樁應(yīng)作為廢樁處理，重新補樁；傾斜率在1%～2%及2%～3%的管樁應(yīng)分別進行各自不少于2根的單樁靜載荷試驗，將由試驗得出的單樁承載力乘以折減系數(shù)，作為該批次管樁的使用依據(jù)；另外，如發(fā)現(xiàn)樁身有質(zhì)量缺陷，還應(yīng)在管樁內(nèi)孔采用強度等級不低于C30的補償收縮混凝土進行灌芯處理，當樁基為封閉式樁尖時，灌芯長度應(yīng)為樁基全長，當樁基為開口式樁尖時，灌芯長度可為樁頂至缺陷部位斷面處以下2 m[2]。

(3)當檢測發(fā)現(xiàn)樁位偏差超限的管樁時，應(yīng)根據(jù)樁基實際位置重新核算該基礎(chǔ)下每根工程樁的承載力，如承載力不滿足規(guī)范要求，應(yīng)作補樁處理；另外，如果樁基偏位向內(nèi)，導(dǎo)致偏位樁與周圍樁基樁間距小于規(guī)范限值，應(yīng)根據(jù)樁基影響范圍(以最小樁間距為直徑的圓)重疊面積的比值確定該范圍內(nèi)樁基承載力的折減系數(shù)，對該范圍內(nèi)的樁基承載力進行折減，重新核算承載力。

5 結(jié)論

從設(shè)計、施工和檢測等方面分析了預(yù)應(yīng)力管樁在筒倉基礎(chǔ)工程應(yīng)用中的注意事項，得出以下幾點：

(1)筒倉地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級，單樁承載力特征值應(yīng)通過試樁確定。

(2)筒倉樁基布置宜選用環(huán)狀布置，從中心向外圈遞增。

(3)筒倉基礎(chǔ)采用變剛度調(diào)平的設(shè)計思想進行樁基設(shè)計，按照內(nèi)強外弱的原則布置樁基，可減少筒倉核心區(qū)與周邊的差異沉降，使筒倉基礎(chǔ)受力更均勻。

(4)管樁的施工應(yīng)根據(jù)場地工程地質(zhì)條件選擇合適的施工方法并注意施工機械的選型。

(5)應(yīng)重視樁基的檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果對不合格樁基進行有效處理。