預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)注意的問題

             Rk=100NAp+UpΣqsiLi

式中Rk——管樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

N——樁端處強(qiáng)風(fēng)化巖的標(biāo)貫值；

Ap——樁尖（封口）投影面積；

Up——管樁樁身外周長；

Li——各土層劃分的各段樁長；

qsi——樁周土的摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值，按GBJ7-89規(guī)范附錄十五所列數(shù)值的上限（高

值）取用，強(qiáng)風(fēng)化巖的qs值取150 kPa。

公式適用范圍：

a、管樁樁尖必須進(jìn)入N≥50的強(qiáng)風(fēng)化巖層，當(dāng)N﹥60時，取N=60；

b、當(dāng)計算出來的Rk大于樁身額定承載力Rb時，取Rk為額定承載力Rb。

所謂樁身額定承載力就是樁身最大允許軸向承壓力，目前我國管樁生產(chǎn)廠家流

行的算式是套用日本和英國的公式，即

Rb=1/4*（fce-σpc）·A

式中Rb——管樁樁身額定承載力；

fce——管樁樁身混凝土設(shè)計強(qiáng)度，如C80時，取fce=80 kPa；

σpc——樁身有效預(yù)應(yīng)力；

A——樁身有效橫截面積。]

　?、跇堕g距大小影響管樁的承載力

　　規(guī)定樁的最小中心距是為了減少樁周應(yīng)力重迭,也是為了減少打樁對鄰樁的影響.<建筑樁基技術(shù)規(guī)范>(JGJ94-94)規(guī)定擠土預(yù)樁排數(shù)超過三排(含三排)且樁數(shù)超過9根(含9根)的摩擦型樁基，樁的最小中心距為3.0d。目前，大面積的管樁群，在高層建筑的塔樓基礎(chǔ)中被廣泛應(yīng)用，有的一個大承臺含有管樁200余根。如果此時樁間距仍為3.5甚至3.0，打樁引起的土體上涌現(xiàn)象很明顯，有時甚至可以將施工場地地面抬高1米左右，這樣不僅影響樁的承載力，還可以將薄弱的管樁接頭拉脫。因此高層建筑主樓的管樁基礎(chǔ)，最小樁間距為4.0,有條件時采用4.5，這樣擠土影響可大大減少，對保證管樁的設(shè)計承載力很有幫助。當(dāng)然，太大的樁間距又會增加樁承臺的造價。

　?、蹖o載試樁荷載最大值的不同理解將會引起對管樁承載力的不同評價

　　現(xiàn)行基礎(chǔ)規(guī)范采用RK和R兩種不同承載力表達(dá)方式，Rk是單樁的豎向承向承載力標(biāo)準(zhǔn)值，R是單樁豎向承載力設(shè)計值，對樁數(shù)為3根或3根以下的樁承臺，取R=1.1 Rk，四根或四根以上的樁承臺取R=1.2 Rk。檢驗(yàn)單樁豎向承載力時是用2 Rk還是用2R來進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)？不少設(shè)計人員往往要求將二倍的單樁承載力設(shè)計值作為靜載試驗(yàn)荷載值來評價樁的好壞。這是一種誤解。按規(guī)范要求，應(yīng)以2 Rk作為最大荷載值來檢驗(yàn)樁的承載力，因?yàn)? Rk等于單樁豎向極限承載力。如果用2倍單樁承載力設(shè)計值，也即用2.4 Rk或2.2 Rk(大于極限承載力)為最大荷載來試壓，對一些承載力富余量較多的管樁，是可以過關(guān)的；對一些承載力沒什么富余的管樁，按2 Rk來試壓，是可以合格的，按2.4 Rk來試壓是不合格的，結(jié)論完全不一樣。

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　　2.3收錘標(biāo)準(zhǔn)問題

　　收錘標(biāo)準(zhǔn)即停止施打的控制條件與管樁的承載力之間的關(guān)系相當(dāng)密切，尤其是最后貫入度，常常被作為收錘時的重要條件，但將最后貫入度作為收錘標(biāo)準(zhǔn)的唯一指標(biāo)的觀點(diǎn)值得商榷，因?yàn)樨炄攵缺旧砭褪且粋€變化的不確定的量：

　?、俨煌裼湾N貫入度就不同

　　重錘與輕錘打同一根樁，貫入度要求不一樣。

　　②不同樁長貫入度要求不同

　　同一個錘打長樁和打短樁，貫入度要求不一樣。根據(jù)動量原理，沖擊能相同，質(zhì)量大（長樁）的位移小即貫入度小，反之貫入度大。所以，承載力相同的管樁，短樁的貫入度要求可大一些，長樁的貫入度應(yīng)該小一些。

　?、凼斟N時間不同貫入不一樣

　　在粘土層中打管樁，剛打好就立即測貫入度，貫入度可能比較大，由于粘土的重塑固結(jié)作用，過幾小時或幾天再測試，貫入度就小得多了，在一些風(fēng)化殘積土很厚的地區(qū)打樁，初時測出的貫入度比較大，只要停一二個小時再復(fù)打，貫入度就銳減，有的甚至變?yōu)榱?。而在砂層中打樁，剛收錘時貫入度很小，由于砂粒的松馳時效影響，過一段時間再復(fù)打，貫入度可能會變大。

　?、苡袩o送樁器測出的貫入度不一樣

　　因?yàn)樗蜆镀髋c樁頭的連接不是剛性的，錘擊能量在這里的傳遞不順暢，所以，同一大小的沖擊能量，直接作用在樁頭上，測出的貫入度大一些，裝上送樁器施打，測出的貫入度小一些。為要達(dá)到設(shè)計承載力，使用送樁器時的收錘貫入度應(yīng)比不用送樁器的收錘貫入度要嚴(yán)些。

　?、莶煌O(shè)計在承載力貫入度要求也不同

　　一般來說，同一場區(qū)同一規(guī)格承載力設(shè)計值較低的樁，收錘貫入度要求大一些，反之，貫入度可小一些。

　　⑥不同設(shè)計承載力貫入度的“靈敏度”不同　

　　以樁側(cè)摩阻力為主的端承摩擦樁，對貫入度的“靈敏度”較低，摩阻力占的比例越大，“靈敏度”越低；而以樁端阻力為主的摩擦端承樁，由于要有足夠的端承力作保證，收錘時的貫入度要求比較嚴(yán)格，也可說這類樁對貫入度的“靈敏度”高。

　　廣東近十年來應(yīng)用管樁已有1000多萬米，大多數(shù)（80%）管樁的樁尖座落在強(qiáng)風(fēng)化基巖上，一般來說，樁尖進(jìn)入N=50～60的強(qiáng)風(fēng)化巖層中，單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值可達(dá)到或接近管樁樁身的額定承載力，貫入度大多數(shù)為15～50㎜/10擊，說明樁錘選小了，換大一級柴油錘即可解決問題。用重錘低擊的施打方法，可使打樁的破損減少到最低程度，承載力也可達(dá)到設(shè)計要求。

　　收錘標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與場地的工程地質(zhì)條件、單樁承載力設(shè)計值、樁的種類規(guī)格長短、柴油錘的沖擊能量等多種因素有關(guān)，收錘標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括最后貫入度、樁入土深度、總錘擊數(shù)、每米錘擊數(shù)及最后1m錘擊數(shù)、樁端持力層及樁尖進(jìn)入持力層深度等綜合指標(biāo)。這些綜合指標(biāo)不是無側(cè)重的，據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，樁端持力層、最后貫入度或最后1m錘擊數(shù)這幾個指標(biāo)是收錘標(biāo)準(zhǔn)中的主要指標(biāo)。樁端持力層是定性控制，最后貫入度或最后1m錘擊數(shù)是定量控制。當(dāng)然，主要指標(biāo)也會隨著工程條件不同而不所不同，如摩擦樁，上述三個指標(biāo)都不是主要指標(biāo)，樁長才是主要控控制指標(biāo)。就是摩擦端承樁，上述三個主工指標(biāo)也會隨著地質(zhì)條件的變化而變化，如強(qiáng)風(fēng)化巖上面有10多米甚至更厚的堅(jiān)硬風(fēng)化殘積土層，管樁樁端持力層并非一定要打到強(qiáng)風(fēng)化巖層，大致進(jìn)入堅(jiān)硬風(fēng)化殘積土層，管樁樁端持力層并非一定要打到強(qiáng)風(fēng)化巖層，大致進(jìn)入堅(jiān)硬的風(fēng)化殘積土層8m左右即要滿足設(shè)計承載力和沉降要求，若死死抱住非打到強(qiáng)風(fēng)化殘積土層不可的觀點(diǎn)，有時樁的總錘擊數(shù)可高達(dá)3000～4000擊，這對工程質(zhì)量并無益處，每米進(jìn)尺錘擊數(shù)也是一個不可忽視的參考指標(biāo)，通過觀察樁的每米進(jìn)尺錘擊數(shù)，可以清楚地看出樁長范圍內(nèi)土層的軟硬及厚度，甚至可以判斷樁尖進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層的深度，為打樁收錘提供直觀的信息。所以，一定要具體情況具體分析，不能認(rèn)為列出這么多收錘指標(biāo)，收錘驗(yàn)收時一定要全部達(dá)以這些指標(biāo)不可，應(yīng)該有所側(cè)重，突出重點(diǎn)，抓住主要矛盾，參考其他指標(biāo)，作綜合評定。否則，又會走向事物的另一端，引起新的工程質(zhì)量問題。

　　如何確定收錘標(biāo)準(zhǔn)？一般的規(guī)范都提出“宜通過試打樁確定”。通過試打樁可以了解管樁的可打性，驗(yàn)證選錘的合理程度，提出較適合實(shí)際的收錘標(biāo)準(zhǔn)。問題是大多數(shù)工程，試打樁以后沒有立即進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，一般要等工程樁全部打完以后再做靜載荷抽檢，萬一當(dāng)初試打樁時收錘標(biāo)準(zhǔn)定得不當(dāng)，等最后的靜載荷試壓結(jié)果出來，發(fā)現(xiàn)樁的承載力達(dá)不到設(shè)計要求，為時已晚，挽救非常困難，因而不少設(shè)計人員在試打樁時往往將收錘標(biāo)準(zhǔn)定得非?？量?，從而與施工發(fā)生矛盾，為解決這一矛盾，筆者推薦有PDA打樁分析儀配合柴油打樁機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場試打樁，可以盡快地得出比較合理的收錘標(biāo)準(zhǔn)，方法是：①試打樁應(yīng)選在地質(zhì)鉆探技術(shù)孔附近，按不少于1%工程樁數(shù)量且不少于3根進(jìn)行；②按地質(zhì)資料提供的樁入土深度再加長3～4m作為配樁長度，用柴油錘按常規(guī)方法施打；③樁尖接近持力層時樁頭外裝上傳感器，啟動PDA，繼續(xù)錘擊；④根據(jù)土的性質(zhì)估計土的恢復(fù)系數(shù)，如在粘性土層，取恢復(fù)系數(shù)α=1.2～1.25；砂土層取α=0.9～1.0；⑤當(dāng)PDA顯示瞬時阻力為2 Rk/α?xí)r停止錘擊，記下每米錘擊數(shù)、入土深度，測出最后貫入度，分析樁尖進(jìn)入持力層深度；⑥經(jīng)過24h再復(fù)打一次，若PDA測出的瞬時阻力達(dá)到2 Rk時，說明恢復(fù)系數(shù)估計正確，前一天測得的收錘指標(biāo)可以作為今后施打試樁附近的管樁的收錘驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。⑦整個場地幾根試打樁完成后，經(jīng)過綜合分析，可提出整個場區(qū)的統(tǒng)一收錘標(biāo)準(zhǔn)，也可根據(jù)不同情況，分別提出不同的收錘標(biāo)準(zhǔn)。⑧全部工程樁打完后，再選一些試打樁作靜載試驗(yàn)，進(jìn)行動靜對比。這樣做，一般不會出什么問題。

　　2.4不宜應(yīng)用管樁的工程地質(zhì)條件問題

　　設(shè)計者如果不了解不宜應(yīng)用預(yù)應(yīng)力管樁的地質(zhì)條件而設(shè)計應(yīng)用預(yù)應(yīng)力管樁，那么一定不會出現(xiàn)工程質(zhì)量事故。廣東地區(qū)有過不少的失敗實(shí)例。筆者有過這方面的總結(jié)文章，談了四類不宜應(yīng)用管樁的工程地質(zhì)條件，其中孤石和障礙物多的地層、有堅(jiān)硬夾層且又不能做持力層的地區(qū)不宜應(yīng)用管樁，道理顯而易見，此外不再贅述。

　　下面重點(diǎn)探討其他兩類不宜應(yīng)用預(yù)應(yīng)力管樁的工程地質(zhì)條件。

　　2.4.1石灰?guī)r(巖溶)地區(qū)

　　石灰?guī)r不能做管樁的持力層，除非石灰?guī)r上面存在可作管樁持力層的其他巖土層。大多數(shù)情況下，石灰?guī)r上面的覆蓋土層屬于軟土層，而石灰?guī)r是水溶性巖石（包括其他溶巖）幾乎沒有強(qiáng)風(fēng)化巖層，基巖表面就是新鮮巖面；在石灰?guī)r地區(qū)，溶洞、溶溝、溶槽、石筍、漏斗等等“喀斯特”現(xiàn)象相當(dāng)普遍，在這種地質(zhì)條件下應(yīng)用管樁，常常會發(fā)生下列工程質(zhì)量事故：

　　①管樁一旦穿過覆蓋層就立即接觸到巖面，如果樁尖不發(fā)生滑移，那么貫入度就立即變得很小，樁身反彈特別厲害，管樁很快出現(xiàn)破環(huán)現(xiàn)象：或樁尖變形、或樁頭打碎、或樁身斷裂，破損率往往高達(dá)30～50%。

　?、跇都饨佑|巖面后，很容易沿傾斜的巖面滑移。有時樁身突然傾斜，斷樁后可很快被發(fā)現(xiàn)；有時卻慢慢地傾斜，到一定的時候樁身被折斷，但不易發(fā)現(xiàn)。如果覆蓋層淺而軟，樁身跑位相當(dāng)明顯，即使樁身不折斷，成樁的傾斜率大大超過規(guī)范要求。

　?、凼┕r樁長很難掌握，配樁相當(dāng)困難。樁長參差不齊相差懸殊是石灰?guī)r地區(qū)的普遍現(xiàn)象。

　　④樁尖只落在基巖面上，周圍土體嵌固力很小，樁身穩(wěn)定性差，有些樁的樁尖只有一部分在巖面上而另一部分卻懸空著，樁的承載力難以得到保證。

　　在巖溶地區(qū)打樁，時?？梢姷揭环N打樁的假象：當(dāng)一根樁的樁尖附近的樁身混凝土被打碎以后，破碎處以上的樁身混凝土隨著上部錘擊打樁而連續(xù)不斷地破壞，表面上看，錘擊一下樁向下貫入一點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上這些錘擊能量都用于破壞底部樁身混凝土并將其碎塊擠壓到四周的土層中，打樁入土深度僅僅是個假象而已。1994年廣州市西郊某工程，設(shè)計采用φ400管樁，用D50柴油錘施打，取Rk=1200Kn，其中有一根樁足足打入73m，打樁時每錘擊一次管樁向下貫入一點(diǎn)，未發(fā)現(xiàn)異常，但此地鉆孔資料表明0～19m為軟土，19.90m以下是微風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，管樁不可能打入微風(fēng)化巖。為了分析原因，設(shè)計者組織鉆探隊(duì)在離樁邊約40㎝處進(jìn)行補(bǔ)鉆，當(dāng)鉆到地面以下11～12m處，碰到混凝土破碎造成的，在這個工地上，類似這樣的“超長樁”占整樁數(shù)15%以上，給基礎(chǔ)工程質(zhì)量的檢測和補(bǔ)救工作帶來許多困難和麻煩?？傊?，凡是設(shè)計以石灰?guī)r做持力層的打入式管樁工程，沒有一個設(shè)計師的日子是好過的。

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　　2.4.2從松軟突變到特別堅(jiān)硬的地層

　　大多數(shù)石灰?guī)r地層也屬于這種“上軟下硬，軟硬突變”的地層，但這里指的不是石灰?guī)r，而是其他巖石如花崗巖、砂巖、泥巖等等，一般來說，這些巖石有強(qiáng)、中、微風(fēng)化巖層之分，管樁以這些基巖的強(qiáng)風(fēng)化層作樁端持力層是相當(dāng)理想的，不過有些地區(qū)，基巖中缺少強(qiáng)風(fēng)化巖層，且基巖上面的覆土層比較松軟，在這樣的地質(zhì)條件下打管樁，有點(diǎn)類似于石灰?guī)r地區(qū)，樁尖一接觸硬巖層，貫入度就立即變小甚至為零。石灰?guī)r地層溶洞、溶溝多，巖面地伏不平，而這類非溶巖面一般比較平坦，成樁的傾斜率沒有石灰?guī)r地區(qū)那么大，但打樁的破損率并不低。在這樣的工程地質(zhì)條件下打管樁，不管管樁質(zhì)量多好，施工技術(shù)多高明，樁的破損率仍然會很高，這是因?yàn)橹虚g缺少一層“緩沖層”。這個道理如同釘鐵釘一樣，鐵釘釘入有彈性的木板時，敲一下進(jìn)去一些，不會發(fā)生什么問題；鐵釘若想打入堅(jiān)硬的巖石時，只要敲幾下就被彎而折屈。這樣的工程地質(zhì)條件在廣州、佛山、三水、中山、深圳等地都遇到過，打管樁的破損率高達(dá)10～20%，因此，有些工程半途改樁型，有些做補(bǔ)強(qiáng)措施，有些也弄得難以收場。實(shí)際上，基巖上部完全無強(qiáng)風(fēng)化巖情況比較少見，但有些強(qiáng)風(fēng)化巖層很薄，只有幾十厘米，這樣的地質(zhì)條件應(yīng)用管樁也是弊多利少。有些工程整個場區(qū)的強(qiáng)風(fēng)化巖層較厚，只有少數(shù)承臺下強(qiáng)風(fēng)化的巖層很薄，那么，這少數(shù)承臺中的樁，收錘貫入度要放寬，單樁承載力設(shè)計值要降低，適當(dāng)增加一些樁，也是可以解決問題的。

　　以上探討的是打式管樁不宜實(shí)用的工程地質(zhì)條件，如果是采用靜壓方法情況就不同了，有些不宜應(yīng)用管樁的工程地質(zhì)條件也可以應(yīng)用管樁了，所以大噸位靜力壓樁法是大有發(fā)展前景的。