文摘:管樁作為壹種新型樁型，以其施工方便、承載力高、質量可靠、經濟等優點得到越來越廣泛的應用。根據管樁的承載力特點和受力狀況，分析了影響管樁承載力的因素和提高管樁承載力的方法，並對施工中常見的問題進行了探討，提出了有效的預防措施。
關鍵詞:管樁；承載能力；建築；質量管理
1前言
管樁作為壹種地基處理和樁基形式，自上世紀初產生以來，得到了極大的發展。它被廣泛應用於各種建築基礎中，發揮著巨大的作用。從國外管樁的發展來看，從1920年澳大利亞發明離心法制作混凝土制品，到1925年日本為鋼筋混凝土管樁引進這壹技術，1962年開發出預應力混凝土管樁(PC管樁)至今已有890年。目前，管樁已經朝著完全取代傳統實心樁的方向發展。中國於1944年開始生產混凝土離心(RC)管樁。到二十世紀八十年代末，預應力約束管樁研究成功，即采用後張法對管樁混凝土施加預應力。近15年，我國生產的預應力混凝土管樁在產品性能和產量方面均達到世界前列，呈現出布局廣、產品品種規格齊全、生產技術成熟、配套應用技術日益完善的特點。資料顯示，2004年福建省預制高強混凝土管樁實際使用量達到2500萬米。為了更合理地利用管樁技術，有效地推廣管樁的使用，對管樁進行研究是極其必要的。
管樁的類型分為鋼管樁、預制混凝土管樁和鋼管混凝土樁。鋼管樁和鋼管混凝土樁具有強度高、抗沖擊疲勞性能好、貫入能力強、切割方便、質量可靠、運輸方便、沈樁速度快、擠土影響小等優點，但造價約為預應力混凝土管樁的3-10倍。因此，壹般只在需要穿越砂層或其他樁型無法施工且質量難以保證時，或工期緊迫時，或在壹些重要的特殊工程基礎上，如海上鉆井平臺、港口平臺等工程。預制混凝土管樁的快速發展和廣泛應用主要得益於以下優點:
(壹)建設周期短，施工方便，不受季節限制，工業化生產:
(b)對施工現場無汙染，如果采用靜壓施工，不會產生噪音，符合綠色施工的要求；
(三)經濟效益可觀。同樣的地基處理效果(豎向承載力和水平承載力)所用的混凝土比實心樁少30%-60%，抗腐蝕性強，工作性能與鋼管樁基本相似。
(d)對持力層起伏較大的地質條件適應性強。壹般來說，可以采用軟土、粘性土、粉土、砂土、全風化巖體等地層條件。因此，如高層建築、碼頭工程、橋梁工程、高速公路、鐵路工程等。，除了鋼管樁這種特殊的基礎，鋼管樁在工程中已大多被預制混凝土管樁所取代。目前，預制混凝土管樁在我國的使用已經相當可觀。
2根管樁的承載特性及承載力分析
2.1管樁的承載特性
管樁底樁的樁端(靴)形式主要有十字形、錐形和開口式。前兩種屬於密封型。樁尖封閉管樁的承載力主要由樁周側摩阻力和樁端阻力組成。對於開樁靴的管樁，沈樁時樁身下部(1/3-1/2)內腔填土，擠土作用弱(與沈樁和靜力夯實混凝土樁相比)，對周圍建築物和環境影響小，環保性能高。而內腔的土塞為管樁提供了內摩擦，使得管樁承載力的構成更加復雜。影響管樁承載特性的因素很多，如樁側土體性質、樁端土體性質、樁徑、開口管樁壁厚、土層深度、施工順序等。預制混凝土管樁通常只有開樁的效果。
2.2管樁受力分析
2.2.1確定管樁豎向承載力和單樁極限承載力的方法很多。最可靠的方法是平板載荷試驗法。目前常用的公式有兩種:壹是以土的物理力學指標和大量試樁數據為基礎，通過統計分析建立樁側和樁端阻力與土體指標的關系；另壹種是基於土的力學性質，如土的標準貫入擊數，中國、歐洲、美國的API-RP2A地基規範都采用第壹種公式。它的表達式是
由於地質條件不同，地質結構復雜，樁型多樣，沈樁工藝多樣，很難用單壹的公式反映工程實際。
根據文獻中進行的破壞荷載試驗，當樁頂豎向受壓時，樁身上部首先發生豎向應力和彈性變形，並傳遞到樁身下部，自上而下逐漸建立起摩擦阻力，使樁身處於彈性受壓階段。荷載較小時，變形較小，樁基基本無位移，樁端阻力為零。隨著荷載的增大，當豎向應力傳遞到樁端時，樁端土逐漸被壓縮，樁土相對變形增大，樁側摩阻力進壹步發揮。在加載的最後階段，隨著樁端阻力的增加，樁頂側阻力先達到極限(摩阻力趨於恒定)，並逐漸向下擴大極限阻力的分布範圍。在這個過程中，與荷載增量相比，摩阻力增量作為阻力的比例越來越小，而樁端阻力增量的比例越來越大。最後，樁端土體出現塑性區並迅速擴展。該樁由於急劇下沈而破壞，樁端土的滲透破壞先於樁身的強度破壞。此時樁上的荷載就是樁的極限承載力。
2.2.2管樁水平承載性狀和單樁極限承載力
隨著我國工程技術的快速發展，大陸架淺海石油勘探開發技術的進步和陸地高層建築的發展，這些管樁不僅要承受巨大的豎向荷載，還要承受巨大的水平荷載。樁在水平荷載作用下的分析是工程中壹個非常重要的問題，但壹直沒有得到滿意的解決。4在文獻中，水平千斤頂用於施加水平力試驗，以測量單樁的水平荷載。施加的水平荷載通常被分類為估計水平極限荷載的1/10-15。施加每壹級荷載後，在恒定荷載下測量樁的水平位移4分鐘，然後卸載至零，停止2分鐘後測量樁的殘余水平位移。多級加載後，出現下列情況之壹時可停止試驗:1)樁身斷裂；2)水平位移超過40mm或水平位移允許值符合設計要求。當樁應力達到極限強度時，樁頂水平力使樁頂水平位移超過20-30 mm，或樁側土體破壞引起的上壹級水平荷載為單樁水平極限承載力的標準值。
2.2.3影響管樁承載力的因素
2.2.3.1偏斜
偏斜樁是指樁周土體水平運動的被動樁，樁土之間的水平壓力導致樁身水平撓度和彎矩，從而導致樁的偏斜。預應力管樁變形後的極限承載力低於直樁。斜交預應力管樁承載力的降低程度不僅與斜交程度有關，還與土體性質、埋樁長度、樁帽布置有關。
當遇到超過撓度限值的樁時，無論有無裂縫，都要進行糾偏扶正，使其傾斜度控制在允許範圍內。淺(壹般2-3m)樁可傾斜反轉，然後扶正；深層土可通過鉆孔和高壓水沖洗從樁的對面取出，然後扶正。然後對整改扶正後的樁進行檢測，看整改施工有無異常。如無異常，可進行下壹步施工。
2.2.3.2裂縫
淺裂縫——裂縫壹般出現在4-6m的深度，有些在3m以內。出現這種情況大多是因為在樁裂縫的下部有壹個相對較硬的土層。深裂-裂縫位置出現在8-10m，主要是由地基土上深厚的軟土層造成的。裂縫的存在必然會影響樁基的豎向永久荷載特性。為了保證樁基工程的安全使用，有必要對樁基進行加固。如接樁、修樁等，在壹定情況下需要通過計算來確定。
2.2.3.3偏心載荷
豎向荷載偏心是預應力混凝土管樁產生彎曲荷載的重要原因，荷載偏心必然影響樁的豎向承載力。預應力混凝土管樁基礎常采用柱下多樁承臺。嚴格來說，承臺下的樁大多處於偏心受力狀態。如何正確評價偏心承載樁的承載力，樁在正常使用極限狀態下所能承受的偏心距臨界值是多少，豎向荷載偏心距與樁的承載力之間的關系是預應力混凝土管樁基礎設計中需要特別考慮的問題。
根據材料力學原理和現行鋼筋混凝土結構設計規範，提出了偏心荷載作用下預應力混凝土管樁內力和位移(或樁頂水平位移)的計算方法，包括純彎曲狀態下樁身抗裂彎矩的臨界值；軸力和彎矩共同作用下樁的抗裂彎矩限值；樁頂容許承載力與豎向力偏心距(或樁頂水平位移)的關系等。
3管樁設計和施工中的問題及質量控制
3.1壓實效應
沈樁過程中，周圍土體擁擠，對周圍土體產生嚴重擾動，主要表現為徑向位移。樁端和樁周壹定範圍內的土體受到不排水剪切和較大的水平擠壓，產生較大的剪切變形，形成高孔隙水壓力的擾動重塑區，降低土體的不排水抗剪強度，促使樁周鄰近土體因不排水剪切而破壞。由於群樁施工中的疊加效應，打入的樁會被打入。群樁越密越大，土體位移越大。
施工過程中擠土效應的預防措施如下:
①合理安排沈樁順序，控制日沈樁量，減少孔隙水壓力的疊加；
(2)采用先開挖基坑後沈樁的施工程序，可以減少地基淺層軟土的側向位移和隆起，有利於減少沈樁引起的超孔隙水壓力，從而減少地基深層土的位移。
③在場地內設置袋裝沙井或塑料排水板，創造排水條件，降低孔隙水壓力。
(4)預鉆孔輔助沈樁。
3.2浮樁
浮樁現象是靜壓管樁擠土效應的壹種表現。這個問題非常隱蔽，往往在壓樁工程完成後做靜載試驗時才發現，此時打樁機可能已經離開現場。這時候處理就很被動了。較好的處理措施是:提前選擇有代表性的樁進行測量監控，樁施工後立即用水準儀測量記錄樁頂標高，並在整個施工過程中定期復測，通過對比檢查樁身是否上浮。如發現上浮現象，應采取控制壓樁速度、調整壓樁路線或鉆孔取土等措施，減少擠土效應，進而控制樁身上浮現象。如果采取上述措施後仍不能解決樁身上浮現象，可采用再壓縮的補救方法。
3.3沈樁達不到設計要求。
沈樁達不到設計最終控制要求的主要原因是:
①勘探點不足或勘探資料粗略，工程地質條件不明，特別是持力層標高起伏，導致持力層設計考慮錯誤或樁長選擇錯誤。
②設計持力層選擇不當，預應力管樁持力層應強風化才能達到較高的承載力。但當強風化層埋深較大時，考慮到樁長的限制，需要選擇全風化層作為持力層，這將極大地影響承載力，尤其是全風化層遇水易軟化，地下水可能從樁尖通過樁管滲入，大大降低樁尖承載力。
③設計對單樁承載力預測不準確，導致實際樁長與壓樁力不匹配。
(4)樁身斷裂，無法繼續施加壓力。
防治措施:首先詳細論證工程地址的地質條件，必要時進行補充勘測，正確選擇持力層或標高；施工采用合適噸位的壓樁機；根據工程地質條件，合理選擇樁的施工方法和打樁順序，避免斷樁，保證樁的質量。通過試樁科學設計確定合理的終壓標準。
3.4斷樁
斷樁是預制混凝土管樁施工中常見的問題，主要原因如下:
①使用廠家生產的不合格樁；
(2)樁尖撞上地下障礙物，管樁斷裂；
③管樁施工中垂直度控制不好；
(4)管樁突然從軟土層進入硬土層，打樁機壓力迅速上升，產生對樁身的瞬時沖擊力；
⑤基坑施工過程中，由於軟土隆起，基坑壁側向移動，導致斷樁。
施工中如發現斷樁，應采用加固方案。預應力管樁淺斷樁可采用接樁。對於深層斷樁的接長(包括部分錯位樁糾偏後的接頭)，應排幹樁內積水，確認樁的傾斜度在允許範圍內，並釋放鋼筋籠。鋼筋籠應延伸至斷樁以下3m，並灌註高標號混凝土。接樁後，應測試承載力。當斷樁錯位無法修復時，應重新修復樁。對於工程事故，要分析問題產生的原因、補樁的可能性和對已建樁的影響，並考慮其他可利用的條件、經濟性和工期。
4結論
管樁作為壹種新型樁型，以其成樁質量可靠、承載力高、施工速度快、場地整潔、經濟等優點，得到越來越廣泛的應用。但由於管樁應用時間短，在研究和應用中仍有許多問題有待解決。然而，工程實踐的發展已遠遠超過理論研究水平，嚴重制約了管樁的應用。總結了管樁的承載力特性和受力分析，影響管樁承載力的因素，提高管樁承載力的方法，施工中常見問題及預防措施。但本文涉及的許多問題目前還沒有得到圓滿解決，需要通過大量的科學研究和工程實踐來進壹步探討。
；