浅谈复杂岩土地基中静压预应力管桩设计与应用
2015-07-10
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核心提示：建施工过程中应用最为广泛的技术就是预应力管桩建筑桩基技术，由于其具有强度大、质量高和穿透能力强等方面的优点，目前已经在工民建施工中得到了广泛的应用。其实，所谓的预应力管桩就是由一种特殊的工艺手段而形成的一种预制桩，因其具有良好的性能而在工民建施工中得到了较为广泛的应用。本文以廉江市第三建筑工程有限公司承建上海通用梧州圣欣别克4s店工程为例简要介绍复杂岩土地基中静压预应力管桩设计与应用中存在的问题，并提出相关措施进行解决。
一、引言
预应力管桩是通过采用先张法预应力工艺，再经离心成型和蒸汽养护而形成的一种具有很强的混凝土预制基桩，预应力管桩具有几点十分显著的优点，如规格众多、质量保证、单桩承载力高、经济等。预应力管桩已经成为工程设计中使用最多的基桩，尤其是静压预应力管桩，可以有效减少沉桩的动应力，还可以极大地降低打桩产生的噪音，静压预应力管桩的应用可以很好的起到城市施工的环保效果，预应力管桩的应用对工程施工具有十分显著地现实意义。
二、复杂岩土地基中静压预应力管桩的若干设计问题
2.1、静压预应力管桩的设计的相关规定
根据桩身有效预压应力的大小进行排列，预应力管桩主要可以分为三种类型：即A、AB和B型，如果竖向承载力Ra逐渐增大，抗裂弯矩和极限弯矩Mcr和Mu同时也逐渐增大的条件下，桩的耐打性能也会逐渐增强。预应力管桩通常分为两种：摩擦端承桩，端承摩擦桩，施工中最常用的施工方法为锤击法或静压法等，静压法的沉桩主要包括顶压式和抱压式，一般情况下最好使用顶压式。一般情况下，预应力管桩的长径比最好不要超过80，如果静压预应力管桩周为大多是松软的土层时，就应该对其长径比进行更为严格的控制，最好的长径比区间最好在30～60之间。
2.2、确定基桩竖向承载力的的方法：
（1）经验参数法
通过对土的物理指标与承载力参数之间的经验关系的研究，来确定预应力管桩单桩竖向抗压的极限承载力值，根据有关规定的相关公式的计算公式如下：
Quk=u∑qsiklsi+qpkAp（式2.2-1）
公式中：qsik：桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；
qpk：桩端土极限端阻力标准值；
u：桩身周长；
Ap：桩端面积；
lsi：桩身穿过第i层土的厚度。
基桩竖向承载力特征值：
Ra=Quk/2（式2.2-2）
（2）由于负摩擦阻力而产生的不利影响
在计算基桩的竖向承载力时要注意不能忽略由桩侧的负摩擦阻力造成的影响。第一步应该根据桩侧土层的分布特点，按照桩周围土层的沉降的具体情况计算中性点深度ln，在基桩竖向承载力特征值Ra的计算中只需要计算中性点以下部分的侧阻力和端阻力即可。对于端承型的基桩还应将因负摩擦阻力而引起的下拉荷载Qng考虑在内，在不考虑群桩效应的情况下，第i层土的负摩擦阻力的标准值可以通过以下的公式计算出来：
qnsi=ξniσ'i（式2.2-3）
ξni：桩的四周第i层的负摩擦阻力系数，
σ'i：桩的四周第i层平均竖向有效应力。
（式2.2-4）
（3）最小压桩力
①通常情况下，最小压桩力N不宜低于2Ra。
②管桩周围存在的负摩擦阻力的最小压桩力N=2Ra+2Qng；而对端承型的基桩的最小压桩力N=2Ra+4Qng
（4）单桩竖向静载荷试验
①通常情况下，单桩竖向极限承载力的特征值为Qu除以安全系数2，即Ra=Qu/2。
②桩的周围存在负摩擦阻力时，在计算单桩竖向承载力的特征值时应注意要扣除负摩擦阻力，也就是Ra=Qu/2-Qng。
2.3、设置合理的布桩原则
因为静压预应力管桩会产生较为明显的挤土效应，因此要对布桩密度进行严格的控制。要在符合相关规范标准的基础上，相邻两桩之间的中心距不得小于3.5D。在实际施工过程中应该制定一个合理的打桩顺序，也可以采取原位引孔、设置防震沟和泄压孔等措施来减弱挤土效应。
三、复杂岩土地基中管桩的施工常见问题及对策
3.1、浮桩
在管桩的施工过程中，很容易受到地基应力以及由于压桩过程中桩体对土体的挤压作用，进而给地基造成了较大的超孔隙水压力u。管桩分布的越密集，产生的超孔隙水压力u就越大。如果管桩周围含有较厚的淤泥、粘土等土层时，超孔隙水压力u的消散速度就会极大地减慢，使得桩的周围的土体形成竖向隆起以及水平位移，这种情况就很容易使周围的管桩产生移位和桩身断裂的现象，给工程施工埋下了安全隐患。现阶段，对静压预应力管桩会产生浮桩的特性一般可以采用以下五种措施解决：
（1）加强对静压预应力管桩的监测，对压桩顺序和进度进行有效调整。
（2）设置泄压孔以实现加快孔隙水压力u的消失速度的目的。泄压孔的选择通常为塑料排水板、竖向砂井等。
（3）增加压桩力度，尽可能的提高静压预应力管桩的竖向抗拔力，可以有效防止管桩上浮。
（4）复打复压。对那些已经产生浮桩的预应力管桩进行复打或复压，进行复压时，压桩力一般为极限承载力的1.1～1.2倍。
（5）对已经产生浮桩的预应力管桩采用桩底注浆、补桩的方法也可以起到加固的作用。
3.2、露桩、短桩
在复杂的岩土地基进行施工，静压预应力管桩很容易出现持力层起伏较大、桩身的土层分布不均等现象。如果施工单位的施工方案设计不完善、配桩不够准确时，工程在实际施工过程中就很容易造成露桩或短桩，这样会造成不必要的浪费的同时，还可能会对工程的质量造成十分不利的影响。
3.3、挤土和振动对管桩造成的影响
管桩在沉桩过程中，由于受到周围土的挤压会出现周围的道路路面隆起、地下管线受到挤压导致破裂的现象，虽然管桩是空心桩，但是由于挤土效应而产生的影响也是不容忽视的。另外，如果采用锤击法进行施工，由于锤击而产生的振动也会对附近的建筑物造成不同程度的影响，因此必须采取适当的保护措施，主要的方法如下：
（1）控制布桩的密度（Ws），通常情况下Ws要小于5%，桩与桩中心的距离不应小于4。如果Ws>5%，可以对那些距离较密的管桩采用预先钻孔取土的办法进行解决。
（2）控制沉桩的速度，控制桩的日生成量，如果使用的是长为30米的Ф500管桩，那么日沉桩量最好不要超过15根。沉桩的顺序一般为先中间、后两边，如果有需要也可以采取间隔跳打的方法。
（3）挖防震沟，沟的深度一般以超过地下管线的埋置深度为宜，宽度最好在0.8～1.0m之间。如果挖凿的防震沟没有达到预期效果时，可以采取在桩位与建筑物之间打1—2排应力释放孔的办法进行解决。
四、结束语
综上所述，由于预应力管桩所具备的施工简便、质量高和穿透能力强等方面的优势，也在很大程度上对相关施工技术人员的施工素质提出了更高的要求，施工人员应该对施工过程中的所有环节都应该进行严格的检查，并将可能的影响因素都进行充分的思考，使用一切办法使预应力管桩所具有的优势充分发挥出来。
参考文献：
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