趙昕彤 尹新生 蔡婧娓

(吉林建筑工程學(xué)院寒地綠色建筑工程技術(shù)研究中心，長(zhǎng)春 130118)

隨著現(xiàn)代高層和超高層建筑的興起，對(duì)地基強(qiáng)度和變形的要求越來越高.目前高層建筑存在的問題都是低能、低耗.作為高層建筑的“樹根”基礎(chǔ)而言，就有了更高的要求.樁基礎(chǔ)具有承載力高，沉降量小，適用于多種復(fù)雜的土體情況.高層建筑對(duì)單樁的承載力有了更高的挑戰(zhàn).因此，人們通過各種方法來提高樁的承載力.如增加樁長(zhǎng)，擴(kuò)大樁徑，樁的長(zhǎng)度已從10余米發(fā)展到60米至70米，甚至更長(zhǎng).樁徑從幾十厘米到1.5米，甚至2米，或者采用新樁型，以克服傳統(tǒng)樁型的一些弊病，例如采用孔底注漿，采用擠擴(kuò)支盤樁等方法.雖然這些做法對(duì)提高樁承載力有一定效果，但同時(shí)增加了混凝土的用量，也增加了工程的造價(jià).而對(duì)擠擴(kuò)支盤樁來說，由于要對(duì)一定深度的土體進(jìn)行擠擴(kuò)，所以對(duì)擠擴(kuò)設(shè)備的要求較高，給施工帶來了不便，不利于現(xiàn)場(chǎng)施工的操作.筆者介紹了一種利用全新的施工工藝設(shè)計(jì)而成的樁——刺身預(yù)應(yīng)力混凝土管樁.

1 刺身預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的施工工藝及突出特點(diǎn)

1.1 施工工藝流程簡(jiǎn)介

(1)在施工前應(yīng)在管樁樁身處預(yù)留出設(shè)計(jì)好的孔洞和適應(yīng)孔洞尺寸的混凝土矩形塊，將矩形塊預(yù)埋至孔洞處，以備下一步擠壓.為了減小擠壓時(shí)混凝土塊與管樁之間的摩擦力，需在混凝土矩形塊的四周用塑料布包裹住;

(2)將樁沉入土體后，施工工人需配置好擠壓設(shè)備千斤頂，緩緩下落到預(yù)埋有混凝土矩形塊的位置處，利用擠壓設(shè)備將矩形塊依次壓入至土體中，從而達(dá)到樁與刺共同承擔(dān)上部荷載的作用.施工完成后的樁形如圖1、圖2所示.為了更好的達(dá)到提高單樁承載力的作用，可在同一截面增加矩形刺的數(shù)量，也可設(shè)計(jì)出兩排刺，三排刺等多排刺的樁形，如圖3、圖4所示.

圖1 刺身預(yù)應(yīng)力混凝土管樁剖面圖

圖2 單排刺側(cè)立面圖

圖3 雙排刺側(cè)立面圖

圖4 三排刺側(cè)立面

1.2 突出特點(diǎn)

刺身預(yù)應(yīng)力混凝土管樁有很多優(yōu)點(diǎn).

(1)提高單樁承載力. 刺身預(yù)應(yīng)力混凝土管樁將傳統(tǒng)的管樁轉(zhuǎn)變成多個(gè)支點(diǎn)的摩擦端承型樁，增加了樁與土之間的咬合力，樁土共同作用的能力大大增強(qiáng).從樁身構(gòu)造及形成機(jī)理可以了解到，該型樁靠增加矩形刺處端阻力來提高單樁承載力，包括豎向抗壓承載力，抗拔承載力，使樁不但具有較高的抗壓能力.同時(shí)，還增加了樁的抗拔能力，也可以減少樁基的沉降量.刺身預(yù)應(yīng)力混凝土管樁也可以提高樁的抗震性能以及樁身穩(wěn)定性.該型樁應(yīng)用范圍廣泛，同時(shí)也便于各地推廣;

(2)操作簡(jiǎn)便，設(shè)備簡(jiǎn)單，施工方便. 刺身預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的施工設(shè)備同現(xiàn)有的擠擴(kuò)設(shè)備比較，施工起來操作簡(jiǎn)便，這是刺身預(yù)應(yīng)力混凝土管樁最顯著地特點(diǎn)之一.其施工工藝是利用施工工人直接進(jìn)入管樁內(nèi)部將混凝土塊擠入土體中，與其他滑道型擠擴(kuò)設(shè)備相比較，擠壓時(shí)的位置更精確，不會(huì)造成擠錯(cuò)位置而發(fā)生的爆樁現(xiàn)象;

(3)適應(yīng)性強(qiáng). 可在多種土層中成樁，不受土層軟硬控制，不受地下水位高低影響;

(4)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著.

筆者建立了無刺管樁和有刺管樁模型進(jìn)行有限元分析.樁長(zhǎng)均設(shè)為12 m，外徑為1.0 m，內(nèi)徑為0.74 m.土體計(jì)算區(qū)域沿水平方向取10 m，深度方向取17 m.有刺樁矩形塊的尺寸是320 mm×250 mm×250 mm(長(zhǎng)×寬×高).在相同的地質(zhì)條件下，無刺管樁的承載力為1 480 kN，而有刺管樁的承載力是2 800 kN.經(jīng)過計(jì)算分析，得到結(jié)論:刺身預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的單樁承載力較同尺寸普通管樁的承載力提高了近一倍.由于單樁承載力大，在荷載相同的情況下，設(shè)計(jì)時(shí)可比普通樁減小樁長(zhǎng)或者縮小樁徑，乃至減小承臺(tái)的尺寸等，從而減少了工程量與資源，材料用量省，使投資得到了節(jié)約.由于施工工藝簡(jiǎn)單易行，操作簡(jiǎn)便，精確，單樁成樁的施工速度快，從而也大大縮短施工工期，進(jìn)而大幅度減少工程造價(jià).

2 結(jié)論與展望

綜上所述，可以看出刺身預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值是可觀的.但是，人們對(duì)其關(guān)注甚少，還需要對(duì)它進(jìn)行深入細(xì)致的理論研究，通過有限元軟件對(duì)各種設(shè)想下的樁形進(jìn)行模擬，再與普通管樁進(jìn)行對(duì)比分析，條件允許的情況下還應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析加以描述，使這種新型的管樁能夠真正地應(yīng)用到實(shí)際工程當(dāng)中，發(fā)揮其社會(huì)價(jià)值，更好地造福于人類.

［1］建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ 94－2008)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］錢永梅，尹新生.擠擴(kuò)多支盤混凝土灌注樁的突出特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀［J］.吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，19(2):29－32.

［3］尹新生，蔡婧娓，錢永梅.植入盤樁承載性能有限元分析［J］.吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，27(5):18－21.