離心混凝土樁（簡稱預應力管樁）承載能力高，施工方便，工期短，適用於多種地質條件的基礎工程。
基本介紹
- 中文名：離心式混凝土樁
- 外文名：The centrifugal concrete pile
- 別名：預應力管樁
- 特點：承載能力高，施工方便，工期短
- 適用：適用於多種地質條件的基礎工程
- 學科：土木工程
內容簡介,預應力管樁的製作,沉樁方法,常見問題及注意事項,錘擊沉樁問題及分析處理,壓樁施工注意事項,
內容簡介
離心混凝土樁（簡稱預應力管樁）承載能力高，施工方便，工期短，適用於多種地質條件的基礎工程。與現淺樁比施工便利，施工期短，質量穩定，安全可靠，與鋼樁比節省鋼材，經濟效果好，抗酸抗鹼性能好，與方樁比接樁方便，混凝土密實質高，抗腐蝕性能強：它是一種較為經濟、理想的基礎樁，深受工程界的歡迎，在高層建築、橋樑、碼頭等基礎工程中得到廣泛套用。
預應力管樁的製作
預應力混凝土管樁製作工藝有後張法和先張法兩種。
後張法的樁徑較大（
800～1200），樁身混凝土採用離心一輥壓一振動複合工藝成型，每節長約4～5m、壁厚12～15cm，在管壁中間預留有15～25個130左右的小孔。使用時通過這些預留孔用高強鋼絞線將各段管連線起來，並在其後張拉過程中再對這些孔道高壓注漿，使之形成一長樁，樁長可達70～80m。習項婆酷寧波北侖港某碼頭曾用後張法管樁。
先張法預應力管樁工藝流程如圖1所示。管樁的生產製作工藝包括鋼筋籠製作、混凝土製備、布趨祖捆料合模、預應力張拉、離心成型、普通蒸養和蒸壓養護6大環節。
圖1
先張法預應力管樁是一種空心圓柱形細長構件，主要由圓筒形樁身、端頭板和鋼套箍組成。
預應力管樁的接頭，一般採用端頭板電焊連線，端頭板厚度一般取18～22mm，端板外緣一周留有坡口，供對接時燒焊用。
高強度等級混凝土的製備。水泥採用不低於42.5級的矽酸鹽水泥，粗骨料在5～20mm間且要求岩石強度在150MPa以上，細骨料砂的細度模數在2.6～3.3，砂石必須篩洗潔淨，混凝土水灰比0.3左右，水泥用量500kg/m左右，砂率控制在32%～36%，摻入高效減水劑，混凝土的坍落度約在主坑3～5cm。
布料合模。用帶電子計量裝置與螺旋輸送裝置的布料機將混凝土均勻地投入鋼模內，保證管節壁厚均勻，布料結束後進行合模。
預應力張拉。用千斤頂張拉並錨定在端頭板上。
離心成型。離心過程主要是低速、中速、高速3個階段，離心時間長短與混凝土坍落度、樁直徑、離心機轉速等有關。在離心過程中離心力將混凝土料擠向模壁，排出多餘的空氣和多餘的水，使其密實度大大提高。一般從管樁外形可看到，管外壁較光滑，而內壁較粗糙。
初級養護與高壓蒸養。先張法預應力混凝土管樁採用二次養護工藝。先經初級蒸汽養護，使混凝土達到脫遙槓協模強度，放張脫模後再到蒸壓釜內進行高溫高壓（最高壓力1.0MPa，最高溫度約180℃）蒸養10h左右。
上述工藝生產出的PHC（高強度混凝土管樁）管樁強度達C80以上．且從成型到使用的最短時間只需（3～4）d，而PC混凝土管樁有些廠家採用常壓蒸汽養護，脫模後再移入水池養護半個月，所以出廠時間要長。
沉樁方法
預應力管樁的施工方法有錘擊法沉樁和靜力壓樁法（頂壓法和抱壓法）。預應力管樁沉樁過程中要注意土塞效應和擠土效應。
錘擊法沉樁和靜力壓樁法的優缺點見表。
施工方法 | 優點 | 缺點 |
錘擊法沉樁 | 打樁機械簡單、打樁速度快、對場地地質承載力要求低、打樁單價低，適用於對打樁振動要求低的工地 | 打樁振動噪聲大，有打樁擠土效應對周邊環境影響大，樁頂易打碎，打樁時只能記錄錘擊數和貫人度，不能記錄最終壓樁力，所以錘擊法在城市中心區和老城區無法使用 |
靜力法沉樁 | 無振動噪聲、能記錄最終壓樁力，壓樁直觀、一般樁頂完整、能滿足環保要求，所以在老城區可以適用 | 對場地地面承載力有要求(常要填塘渣平整)，否則要發生壓樁機本身沉陷，有打樁擠土效應，沉樁成本比錘擊法高一些，有地下硬夾層時無法壓樁 |
值得注意的是，預應力幾境笑管樁或預製樁均屬於遙兵詢寒擠土道婚棕樁，不論採用錘擊法施工或靜壓法施工都應注意打樁擠土問題和挖土鑿樁引起的偏位及破損問題。要注意打樁順序、打樁節奏、打樁速度及每天打樁數和最後打樁貫入度或壓樁力的控制及防擠土（如泄壓孔、防擠孔）措施的採取。
預應力管樁沉入土中第一節樁稱為底樁，端部設十字形、圓錐形或開口型樁尖，前兩種屬閉口型。十字形樁尖加工容易，造價較低，破岩能力強，其缺點是在穿越砂層時，不如其他兩種樁尖。閉口樁尖，樁端力穩定。開口管樁不需樁尖，所以套用較廣。樁剛打入土中時，由於管樁開口使土不斷湧入管內，形成土塞，土塞長度約為樁長的1/2～1/3，因土質而定，但形成穩定土塞後再向下沉樁，管樁就變成實心樁，擠土效應明顯。單根管樁在沉樁過程中剛開始時擠土效應少，但隨著樁人土深度增加擠土效應就很明顯。另外一點值得注意，管樁內土塞效應是使短期單樁承載力增加的主要原因，但假如管樁上段節頭內漏水使管樁內充水長期浸泡時，土塞中土體由於樁側內壁水的作用將降低單樁承載力，所以在打樁施工中應引起重視。
常見問題及注意事項
錘擊沉樁問題及分析處理
（1）樁頭破損。除因為樁尖遇到孤石、障礙物外，其原因往往是樁頭鋼筋設定不合要求、混凝土強度不足、錘擊偏心、樁墊厚度不足等。
1)樁頭鋼筋設定不合要求。非預應力鋼筋混凝土樁的主筋端部與樁頂應留有適當距離，而且每根主要主筋端部到樁頂距離是相等的。樁頭處箍筋要加密放置，並增置鋼筋網片。否則可能造成樁頭在捶打時受力不均，強度不夠而引起樁頭破損。
2)混凝土強度不足。樁身混凝土必須達到設計標號才能準予沉樁。如採用蒸汽養護，則出池後應放置一個月左右，達到100%強度後才能適用。在澆搗樁身混凝土時，尤其要注意對兩端鋼筋密布處的振搗，不能因振搗不密實而引起施打中混凝土提早破損。
3)錘擊偏心：樁頂不平，樁與地面不垂直，樁帽、樁墊位置不正確等原因，都能造成錘擊偏心，造成樁頂受力不均而提早破損。
（2）樁身斷裂。
在打樁過程中，若樁尖沒遇到地質勘查中所指明的軟層，而貫入度突然增大，同時錘彈跳起後，樁身隨之出現回彈現象，這就表明樁身可能已經斷裂。其主要原因是樁身在施工中出現較大彎曲；打樁中，樁頭處錯誤地施加了牽引力進行校正，使樁身彎曲，在反覆衝擊中的集中荷載作用下，超過了樁身的抗彎強度，樁身出現了橫向裂縫，並不斷擴大最後造成樁身斷裂破壞。
另外，接樁一定要保證上下節樁在一條軸線上，不能成為折線。接樁時，樁尖所在位置應避免是硬層或夾砂層，因為停錘接樁，會使擾動了的樁周土體得到一定程度的恢復，使本來就難於穿過的中間硬層或夾砂層變得更難穿過，不得不拚命錘擊，造成樁頭破損或樁身斷裂。因此選配樁節長度時，要結合地質勘查報考進行。
（3）樁頂移動。樁頂位移除了樁位定的不準外，往往由下列原因造成。
1)第一節樁沒有從兩個垂直方向校準好垂直度，造成樁身傾斜，以後幾節樁往往只能順著第一節樁的軸線接長，造成樁頂偏位。所以應嚴格控制第一節樁的垂直度及平面位置，如有超過允許偏差，應拔出，採取措施後再重新插入。
2)樁頭不平，樁尖製作歪斜，造成施打過程中樁頂位移。
3)土層中有較陡的傾斜面，使樁沿斜面滑下。
4)密集群樁採用了逐排連續打樁的施工流程，使土體擠向一側。引起樁頂偏移。因此在軟土地基中打密集群樁，一定要組織好施工流程。
（4）擠土隆起和樁身上抬。當大量的預製樁連續沉入土中時，土體壓縮，黏性土中孔隙水壓力提高，土體被壓縮到一定程度後，只能向周圍排擠或向上湧起。伴隨著土體的隆起，樁也可能被向上涌抬，對密集群樁，應儘可能用擠土效應較小的鋼管樁或鋼筋混凝土預應力管樁，同時應選用焊接接樁，接縫質量一定要可靠，避免樁身向上涌抬時接頭被拉
裂。上抬的樁，經過荷載試驗一般極限承載力不會減小，但沉降量有所增加，所以打樁流程要儘可能對稱，避免建築物不均勻沉降。
壓樁施工注意事項
壓樁施工應注意如下事項。
（1）壓樁施工前應對現場的土層地質情況了解清楚，同時應做好設備的檢查工作，保證使用可靠。以免中途間斷壓樁。
（2）最終壓力值和樁的接頭節點處理必須符合設汁要求和施工規範。
（3）壓樁過程中，應隨時保持軸心受壓，若有偏移，應及時調整。
（4）接樁時應保持上下節樁的軸線一致，並儘可能地縮短接樁時時間。
（5）測量壓力等儀器應注意保養，及時報修和定期標定，以減少量測誤差。
（6）當壓樁阻力超過樁機能力，或由於來不及調整平衡，使樁機發生較大傾斜時，應立即停壓並採取安全措施，以免造成斷樁或其他事故。
沉樁方法
預應力管樁的施工方法有錘擊法沉樁和靜力壓樁法（頂壓法和抱壓法）。預應力管樁沉樁過程中要注意土塞效應和擠土效應。
錘擊法沉樁和靜力壓樁法的優缺點見表。
施工方法 | 優點 | 缺點 |
錘擊法沉樁 | 打樁機械簡單、打樁速度快、對場地地質承載力要求低、打樁單價低，適用於對打樁振動要求低的工地 | 打樁振動噪聲大，有打樁擠土效應對周邊環境影響大，樁頂易打碎，打樁時只能記錄錘擊數和貫人度，不能記錄最終壓樁力，所以錘擊法在城市中心區和老城區無法使用 |
靜力法沉樁 | 無振動噪聲、能記錄最終壓樁力，壓樁直觀、一般樁頂完整、能滿足環保要求，所以在老城區可以適用 | 對場地地面承載力有要求(常要填塘渣平整)，否則要發生壓樁機本身沉陷，有打樁擠土效應，沉樁成本比錘擊法高一些，有地下硬夾層時無法壓樁 |
值得注意的是，預應力管樁或預製樁均屬於擠土樁，不論採用錘擊法施工或靜壓法施工都應注意打樁擠土問題和挖土鑿樁引起的偏位及破損問題。要注意打樁順序、打樁節奏、打樁速度及每天打樁數和最後打樁貫入度或壓樁力的控制及防擠土（如泄壓孔、防擠孔）措施的採取。
預應力管樁沉入土中第一節樁稱為底樁，端部設十字形、圓錐形或開口型樁尖，前兩種屬閉口型。十字形樁尖加工容易，造價較低，破岩能力強，其缺點是在穿越砂層時，不如其他兩種樁尖。閉口樁尖，樁端力穩定。開口管樁不需樁尖，所以套用較廣。樁剛打入土中時，由於管樁開口使土不斷湧入管內，形成土塞，土塞長度約為樁長的1/2～1/3，因土質而定，但形成穩定土塞後再向下沉樁，管樁就變成實心樁，擠土效應明顯。單根管樁在沉樁過程中剛開始時擠土效應少，但隨著樁人土深度增加擠土效應就很明顯。另外一點值得注意，管樁內土塞效應是使短期單樁承載力增加的主要原因，但假如管樁上段節頭內漏水使管樁內充水長期浸泡時，土塞中土體由於樁側內壁水的作用將降低單樁承載力，所以在打樁施工中應引起重視。
常見問題及注意事項
錘擊沉樁問題及分析處理
（1）樁頭破損。除因為樁尖遇到孤石、障礙物外，其原因往往是樁頭鋼筋設定不合要求、混凝土強度不足、錘擊偏心、樁墊厚度不足等。
1)樁頭鋼筋設定不合要求。非預應力鋼筋混凝土樁的主筋端部與樁頂應留有適當距離，而且每根主要主筋端部到樁頂距離是相等的。樁頭處箍筋要加密放置，並增置鋼筋網片。否則可能造成樁頭在捶打時受力不均，強度不夠而引起樁頭破損。
2)混凝土強度不足。樁身混凝土必須達到設計標號才能準予沉樁。如採用蒸汽養護，則出池後應放置一個月左右，達到100%強度後才能適用。在澆搗樁身混凝土時，尤其要注意對兩端鋼筋密布處的振搗，不能因振搗不密實而引起施打中混凝土提早破損。
3)錘擊偏心：樁頂不平，樁與地面不垂直，樁帽、樁墊位置不正確等原因，都能造成錘擊偏心，造成樁頂受力不均而提早破損。
（2）樁身斷裂。
在打樁過程中，若樁尖沒遇到地質勘查中所指明的軟層，而貫入度突然增大，同時錘彈跳起後，樁身隨之出現回彈現象，這就表明樁身可能已經斷裂。其主要原因是樁身在施工中出現較大彎曲；打樁中，樁頭處錯誤地施加了牽引力進行校正，使樁身彎曲，在反覆衝擊中的集中荷載作用下，超過了樁身的抗彎強度，樁身出現了橫向裂縫，並不斷擴大最後造成樁身斷裂破壞。
另外，接樁一定要保證上下節樁在一條軸線上，不能成為折線。接樁時，樁尖所在位置應避免是硬層或夾砂層，因為停錘接樁，會使擾動了的樁周土體得到一定程度的恢復，使本來就難於穿過的中間硬層或夾砂層變得更難穿過，不得不拚命錘擊，造成樁頭破損或樁身斷裂。因此選配樁節長度時，要結合地質勘查報考進行。
（3）樁頂移動。樁頂位移除了樁位定的不準外，往往由下列原因造成。
1)第一節樁沒有從兩個垂直方向校準好垂直度，造成樁身傾斜，以後幾節樁往往只能順著第一節樁的軸線接長，造成樁頂偏位。所以應嚴格控制第一節樁的垂直度及平面位置，如有超過允許偏差，應拔出，採取措施後再重新插入。
2)樁頭不平，樁尖製作歪斜，造成施打過程中樁頂位移。
3)土層中有較陡的傾斜面，使樁沿斜面滑下。
4)密集群樁採用了逐排連續打樁的施工流程，使土體擠向一側。引起樁頂偏移。因此在軟土地基中打密集群樁，一定要組織好施工流程。
（4）擠土隆起和樁身上抬。當大量的預製樁連續沉入土中時，土體壓縮，黏性土中孔隙水壓力提高，土體被壓縮到一定程度後，只能向周圍排擠或向上湧起。伴隨著土體的隆起，樁也可能被向上涌抬，對密集群樁，應儘可能用擠土效應較小的鋼管樁或鋼筋混凝土預應力管樁，同時應選用焊接接樁，接縫質量一定要可靠，避免樁身向上涌抬時接頭被拉
裂。上抬的樁，經過荷載試驗一般極限承載力不會減小，但沉降量有所增加，所以打樁流程要儘可能對稱，避免建築物不均勻沉降。
壓樁施工注意事項
壓樁施工應注意如下事項。
（1）壓樁施工前應對現場的土層地質情況了解清楚，同時應做好設備的檢查工作，保證使用可靠。以免中途間斷壓樁。
（2）最終壓力值和樁的接頭節點處理必須符合設汁要求和施工規範。
（3）壓樁過程中，應隨時保持軸心受壓，若有偏移，應及時調整。
（4）接樁時應保持上下節樁的軸線一致，並儘可能地縮短接樁時時間。
（5）測量壓力等儀器應注意保養，及時報修和定期標定，以減少量測誤差。
（6）當壓樁阻力超過樁機能力，或由於來不及調整平衡，使樁機發生較大傾斜時，應立即停壓並採取安全措施，以免造成斷樁或其他事故。
