经过十年来的推广应用,预应力混凝土管桩作为一种较新型的基桩已被广东土木界所接受。广东现有管桩厂四五十家,年生产量四百万米左右,占全国的三分之二以上。目前广东高层建筑桩基主要采用人工挖孔桩、冲钻孔灌注桩和预应力管桩。在10-40层楼房的基础工程中,原来采用人工挖孔桩和冲钻孔灌注桩的,有不少已被预应力管桩所替代,这是因为预应力管桩具有工程造价较便宜、质量较可靠、长度易调整、施工速度快、监理方便、检测时间短、现场简洁等优点。但是,若对管桩的应用条件认识不清,对使用方法掌握不当,也会发生工程质量问题。下面就设计预应力管桩基础应注意的问题谈一些看法。
一、管桩的应用条件
了解管桩的应用条件,对控制管桩基础的设计质量非常有益。 管桩的制作质量要求已有国家标准《先张法预应力混凝土管桩》(GB13476-92)。管桩按混凝土强度等级分为:预应力混凝土管桩和预应力高强混凝土管桩。前者代号为PC桩,其混凝土强度等级一般为 C60或C70;后者代号为PHC桩,混凝土强度等级为C80,一般要经过高压蒸养才能生产出来,从成型到使用权用的最短时间只需三四天。管桩按抗裂变距和极限变距的大小又可分为:A型、AB型、B型,有效预压应力值约3.5~6.0Mpa的有效预压应力,打桩时桩身混凝土就可能不会出现横向裂缝,所以,对于一般的建筑工程,采用A类或AB类型桩就行。目前,广东地区常用的管桩规格如表1。
管桩的施工方法即沉桩方式有六七种之多。广东前几年主要采用打入法,过去用过自由落锤,目前几乎都采用柴油锤。柴油锤的极限贯入度厂家规定为20㎜/10击,过小的贯入度作业会损坏柴油锤,减少其使用寿命。
管桩用柴油锤施打,震动大,噪音大。近年来,广东开发了一种静压沉桩工艺,即采用液压式静力压桩机将管桩压到设计持力层。前几年在广东应用的静压桩机,最大压桩力只有1600kN~2400 kN,现在,静压桩机的最大压桩力增大到5000 kN,可以将500 和550的预应力管桩压下去,单桩承载力可达2000~2500 kN,适用于15~30层的高层建筑,特别适用于市区施工。
管桩桩尖形式主要有三种:十字型、圆锥型和开口型。前两种属于封口型。穿越砂层时,开口型和圆锥型比十字型好。开口型桩尖一般用在入土深度为40m以上且桩径550㎜的管桩工程中,成桩后桩身下部约有1/3-1/2桩长的内腔被土体塞住,从土体闭塞效果来看,单桩承载力不会降低,但挤土作用可以减少。封口桩尖成桩后,内腔可一目了然,对桩身质量及长度可用目测法检查,这是其他桩型所没有的。十字型桩尖加工容易,价钱便宜,破岩能力强,故广东省约90%以上的管桩采用十字型桩尖。桩尖规格不符合设计要求,也会造成工程质量事故。
管桩桩端持力层可选择为强风化岩层、坚硬的粘土层或密实的砂层,广东汕头、湛江及珠江三角洲某些地区,基岩埋藏太深,管桩桩尖一般座落在中密至密实的砂层上,桩长约30~40m,这是以桩侧摩阻力为主的端承摩擦桩。广东其他许多地区基岩埋藏较浅,约10~30m,且基岩风化严重,强风化岩层厚达几米、十几米,这样的工程地质条件,最适合预应力管桩的应用。预应力管桩一般可以打入强风化岩层1-3m,即可打入N=50~60的地层;管桩不可能打入中风化岩和微风化岩层。这是一个基本概念,弄不清这个概念就无法正确应用预应力管桩。
预应力管桩的应用,同基他任何桩型一样都有基局限性。有些工程地质条件就不宜用预应力管桩。主要有下列四种:(1)孤石和障碍物多的地层不宜应用;(2)有坚硬夹层时不宜应用或慎用;(3)石灰岩地区不宜应用;(4)从松软突变到特别坚硬的地层不宜应用。详见下节2.4条.