靜壓管樁的發(fā)展和應(yīng)用

　　靜壓管樁就是借助靜力壓樁機(jī)將預(yù)應(yīng)力混凝土管樁壓入地基土中的一種基礎(chǔ)形式。壓樁機(jī)根據(jù)加力部位的不同，可分為頂壓式和抱壓式以及其他形式，目前用得最多的是全液壓抱壓式壓樁機(jī)。靜壓樁可分為靜壓方樁和靜壓管樁，目前用得最多的是靜壓管樁。

　　本文主要論述：靜壓管樁的發(fā)展歷史、應(yīng)用情況以及未來前景。

　　一、靜壓管樁的發(fā)展歷史

　　全液壓式壓樁機(jī)靜壓預(yù)制樁施工法是我國獨(dú)有的沉樁工法。全液壓式壓樁機(jī)尤其是全液壓抱壓式壓樁機(jī)，是我國發(fā)明的，其施工工藝也是我國獨(dú)創(chuàng)的，這是我國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)性的具有中國特色的新型樁工機(jī)械和壓樁施工法。目前，這種壓樁機(jī)不僅在國內(nèi)大量使用，還出口到港澳臺(tái)地區(qū)、俄羅斯和東南亞各國。

　　上世紀(jì)六七十年代使用的壓樁機(jī)均是鋼絲繩滑輪組加力的繩索式壓樁機(jī)，最大壓樁力不超過1200 kN。1975年～1977年間，武漢市建筑工程機(jī)械廠在武漢市建筑科學(xué)研究所研究發(fā)明的基礎(chǔ)上，率先試制出壓樁力為600 kN的全液壓抱壓式壓樁機(jī)，其行走、轉(zhuǎn)向、升降、吊樁、夾樁、壓樁等工作全部液壓自動(dòng)化操作，從而使我國的靜力壓樁機(jī)的生產(chǎn)和使用跨入一個(gè)新時(shí)代。1982年該廠又研制出壓樁力為800 kN的全液壓抱壓式壓樁機(jī)，1984年又將這類壓樁機(jī)的壓樁力提高到1200 kN，1985年提高到1600 kN，1991年提高到2000 kN，以后又陸續(xù)研制出各種型號(hào)的大噸位壓樁機(jī)，至上世紀(jì)九十年代末，該廠生產(chǎn)的YZY系列的全液壓抱壓式壓樁機(jī)最大壓樁力高達(dá)6500 kN。與此同時(shí)，湖南長沙山河工程機(jī)械制造有限公司（現(xiàn)湖南山河智能機(jī)械股份有限公司），也研制出ZYJ系列全液壓抱壓式壓樁機(jī)，最大壓樁力達(dá)到8000 kN，還發(fā)明了新型的夾樁機(jī)構(gòu)。目前，壓樁機(jī)制造廠遍布全國，大小廠家約有近二十家。

　　廣東地區(qū)從1988年底開始使用液壓抱壓式靜力壓樁機(jī)，當(dāng)時(shí)由廣東省基礎(chǔ)工程公司引進(jìn)武漢建筑工程機(jī)械廠研制的YZY-160型全液壓抱壓式壓樁機(jī)，施壓邊長為300mm、350mm和400mm的預(yù)制混凝土方樁。1988年底在中山交通商業(yè)大廈完成了第一個(gè)靜壓樁基礎(chǔ)工程，引起了許多工程界人士的關(guān)注。1991年廣東省基礎(chǔ)工程公司四位工程技術(shù)人員，在總結(jié)近20個(gè)靜壓樁基礎(chǔ)工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，完成了《靜壓預(yù)制樁施工技術(shù)研究》的課題；1992年又編制了省級(jí)《靜壓預(yù)制樁工法》，有力地推動(dòng)了廣東地區(qū)乃至全國的靜壓預(yù)制樁的推廣應(yīng)用。

　　1994年以前，全液壓抱壓式壓樁機(jī)只能施壓預(yù)制鋼筋混凝土方樁，最大壓樁力一般為1600 kN～2400 kN，只能施壓邊長不大于400mm的預(yù)制混凝土方樁。到上世紀(jì)九十年代中期，由于壓樁機(jī)最大壓樁力沖破4000 kN大關(guān)，靜壓方樁的邊長增大到450mm和500mm。

　　1994年10月，廣東的地基專家吳天文高工與湖北省機(jī)械施工公司的工程技術(shù)人員共同攻關(guān)、改進(jìn)抱樁用的夾樁機(jī)構(gòu)，攻克了抱夾預(yù)應(yīng)力管樁的技術(shù)難題，使靜力壓樁機(jī)施壓預(yù)應(yīng)力管樁在廣東珠海市某高層建筑工地獲得成功。這是靜壓樁施工技術(shù)在我省、我國的一個(gè)歷史性突破，從此拓寬了靜壓樁的應(yīng)用范圍，使預(yù)應(yīng)力管樁的應(yīng)用特別是在城市內(nèi)的應(yīng)用找到了一條新路子，有力地推動(dòng)預(yù)應(yīng)力管樁的應(yīng)用與發(fā)展。

　　1997年前，壓樁機(jī)所夾持的預(yù)制樁都是放在壓樁機(jī)的中央，由于壓樁機(jī)至少有8m寬，所以與已有建筑物不足4m間距的邊樁是無法施壓的。1998年，湖南山河智能機(jī)械股份有限公司的科技人員又發(fā)明研制出一套可靈活裝卸的壓邊樁設(shè)備，裝上它可施壓與已有建筑物僅70cm間距的邊樁，從而又解決了靜壓樁機(jī)施工的一個(gè)難題。我國第一個(gè)壓邊樁的工程就在廣州市東風(fēng)中路邊上的一棟住宅樓。這樣，靜壓管樁的應(yīng)用范圍就更廣泛。

　　二、靜壓管樁的應(yīng)用情況

　　本人曾在2001年一篇《靜壓管樁將成為21世紀(jì)初廣東應(yīng)用最多的樁》的拙文中預(yù)測靜壓管樁是21世紀(jì)初期廣東乃至全國應(yīng)用最多的樁基型式。十年過去了，靜壓管樁也確實(shí)按本人的預(yù)測方向迅速發(fā)展，主要表現(xiàn)在：靜壓管樁應(yīng)用量越來越多，導(dǎo)致靜壓方樁應(yīng)用量越來越少。液壓式靜壓壓樁機(jī)可施壓預(yù)制方樁和預(yù)應(yīng)力管樁（1995年后），因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力管樁在樁身制作質(zhì)量、接頭可靠度、耐打（壓）性、用材節(jié)省等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過預(yù)制方樁。十年前廣東尚有預(yù)制混凝土方樁廠20家左右，目前，只剩下二、三家，特別是生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土方樁的廠家在廣東工民建行業(yè)中幾乎銷聲匿跡。從1998年以來，廣東地區(qū)應(yīng)用管樁的數(shù)量逐年增加，特別是到2004年以后，廣東每年應(yīng)用的管樁數(shù)量均超過7000萬m，到目前為止，廣東共應(yīng)用管樁達(dá)6億m之多，占了全國用量的三分之一，珠三角地區(qū)許多城市的管樁應(yīng)用量占到整個(gè)樁基應(yīng)用量的80%以上，管樁成為廣東工程技術(shù)人員首選的樁型，其中靜壓法施工的管樁即靜壓管樁的用量占管樁總用量的一半以上，其余不到一半是錘擊式管樁基礎(chǔ)。廣東到目前為止，尚未使用過離心成型的預(yù)應(yīng)力混凝土方樁，因?yàn)檫@種離心方樁從理論上和實(shí)際上都存在著無法克服的先天不足。從理論上講，離心方樁是無法離心成十分勻質(zhì)的樁體，其樁體混凝土的均勻性、密實(shí)性無法與離心管樁相比，其四角的混凝土電通量達(dá)不到1000C；從實(shí)際上看，離心方樁側(cè)邊中間鋼筋的混凝土保護(hù)層最多也只能做成2.5cm，而預(yù)應(yīng)力管樁可達(dá)到4cm甚至更大，只有Φ300管樁的保護(hù)層才2.5cm，而這種Φ300管樁只能用到一般性的建筑工程中，以后會(huì)逐步淘汰掉。另外，離心方樁經(jīng)不起高壓蒸養(yǎng)，四角的應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致樁體混凝土出現(xiàn)許多裂縫。所以，廣東不加以推廣，這與十年前廣東不推廣薄壁管樁一樣，當(dāng)時(shí)認(rèn)為薄壁管樁的耐久性有問題 。本人認(rèn)為，一個(gè)工程技術(shù)人員，不僅在技術(shù)上要有創(chuàng)新精神，更重要的要有社會(huì)責(zé)任，要為子孫后代留下質(zhì)地優(yōu)良、耐久性好的工程基礎(chǔ)，這樣才對得起社會(huì)，對得起人民，對得起子孫后代。[Page]

　　全液壓式壓樁機(jī)可分為頂壓式壓樁機(jī)、抱壓式壓樁機(jī)以及其他型式的壓樁機(jī)，其中用得最多的是抱壓式壓樁機(jī)。廣東地區(qū)乃至全國各地，抱壓式壓樁機(jī)占了整個(gè)壓樁機(jī)的90%。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，目前廣東擁有各種噸位的全液壓式靜力壓樁機(jī)已超過700臺(tái)，約占全國的四分之一，主要分布在珠江流域、韓江流域及粵西地區(qū)；壓樁機(jī)型號(hào)形成系列化，有160型、240型、300型、400型、450型、550型、600型、650型等，最大壓樁力可達(dá)6000kN甚至更高，可施壓邊長為300mm、350mm、400mm、450mm及500mm的預(yù)制混凝土方樁，也可施壓φ300、φ400、φ500、φ600甚至φ700的預(yù)應(yīng)力管樁。

　　靜壓樁具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)靜壓施工基本無噪聲，適宜在市區(qū)作業(yè)；（2）靜壓施工無震動(dòng)，適宜在危房、精密儀器房附近及河口岸邊等地區(qū)施工；（3）靜壓用的預(yù)制樁可工廠化預(yù)制，樁身質(zhì)量較有保證；（4）施工過程中可觀測記錄壓樁阻力，了解整個(gè)沉樁過程，預(yù)估樁的承載力；（5）自動(dòng)化操作程度高，施工速度快；（6）送樁深度較錘擊樁深；（7）施工文明、場地清潔；（8）在某些石灰?guī)r地區(qū)靜壓管樁也有許多成功的例子，而錘擊管樁幾乎無法成功。（9）因?yàn)楣軜妒强招牡?，可以?jié)約大量混凝土，符合節(jié)能節(jié)材和低碳經(jīng)濟(jì)的理念。所以靜壓施工是一種比較環(huán)保的施工法，靜壓樁尤其是靜壓管樁有很好的發(fā)展前景。

　　在石灰?guī)r地區(qū)應(yīng)用靜壓管樁，廣東的經(jīng)驗(yàn)如下：

　?。?）地質(zhì)勘查工作要做細(xì)，宜進(jìn)行地質(zhì)CT掃描；

　?。?）應(yīng)采用靜壓法施工，嚴(yán)禁錘擊沉樁；

　　（3）采用“小樁多樁”的設(shè)計(jì)理念；

　?。?）降低單樁設(shè)計(jì)承載力；

　?。?）選用抗彎抗裂能力較好的AB型或B型樁；

　?。?）采用H型或井字型多齒鋼樁尖；

　?。?）樁尖與巖面零距離接觸為終壓條件；

　?。?）成樁后通過灌芯混凝土增強(qiáng)樁端強(qiáng)度；

　?。?）必要時(shí)先在巖面附近灌漿后再施壓。

　　至今全國還沒有專門關(guān)于靜壓管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工的技術(shù)規(guī)范，只有一些省市編制了地方的規(guī)程。廣東經(jīng)過十幾年的努力，到目前為止，才編制了一本廣東省標(biāo)準(zhǔn)《靜壓預(yù)制混凝土樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》（送審稿），這本規(guī)程主要解決靜壓樁包括靜壓管樁的巖土勘察、設(shè)計(jì)、施工、檢測中的一些基本問題和有關(guān)規(guī)定，其中靜壓管樁單樁豎向承載力特征值的確定，樁身抱壓允許壓樁力的確定，終壓力與單樁極限承載力的關(guān)系，終壓控制條件等問題，都有了新的突破。相信廣東有了新的靜壓樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程，一定會(huì)更進(jìn)一步推動(dòng)靜壓樁尤其是靜壓管樁的推廣應(yīng)用。

　　三、靜壓管樁的發(fā)展前景

　　靜壓管樁盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但不是一種非常完美的施工法，仍然存在一些缺點(diǎn)和不足，主要有以下幾點(diǎn)：

　　1．管樁沉樁時(shí)不管是錘擊法還是靜壓法施工，都有一個(gè)擠土效應(yīng)問題。擠土效應(yīng)在大多數(shù)情況下是有害的：破壞場地四周的馬路、市政設(shè)施和樓房；將附近先壓下去的樁抬起或擠斜；基坑開挖時(shí)容易出現(xiàn)群樁傾斜事故……，但在可液化土層中壓下較多管樁以后，能將原先可液化的土層擠密成不液化的土層。

　　2．靜壓樁穿透夾層或砂層的能力比不上錘擊樁：錘擊樁能穿透5～6m厚的密實(shí)砂層；能進(jìn)入N≥50的強(qiáng)風(fēng)化巖層1～2m；能進(jìn)入密實(shí)的卵石層1～2m。而靜壓樁只能穿透2～3m的密實(shí)砂層；只能壓到N＝50強(qiáng)風(fēng)化巖層的表面；只能壓到密實(shí)卵石層的表面；特別是在上下全是稍密～中密的砂層中應(yīng)用靜壓樁，壓樁施工難度很大，終壓完后停一段時(shí)間再壓又可下去一些，沒完沒了。所以說靜壓樁穿透能力比不上錘擊樁是靜壓施工的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。[Page]

　　3．管樁經(jīng)過錘擊或抱壓，樁身混凝土結(jié)構(gòu)遭到破損，對樁身結(jié)構(gòu)承載力和基礎(chǔ)的耐久性都有損害。

　　4．靜壓樁壓樁力有限，目前只能施壓不大于600mm直徑的管樁。由于施工現(xiàn)場表土承載力的限制（Ra≤120 kPa），使靜壓樁機(jī)不能無限增大，到目前為止，靜壓管樁的直徑一般限制在600mm以內(nèi)，大于600mm直徑的管樁，在一般的場地條件下是無法用靜壓法施壓的，這不能不說是靜壓法施工的一種局限性。

　　針對靜壓管樁的擠土效應(yīng)，一般采用以下的一些預(yù)防方法：

　　1．設(shè)計(jì)時(shí)加大樁的最小中心距；2.合理安排壓樁順序；3.設(shè)置袋裝砂井或塑料排水板；4.設(shè)置非封閉式地下隔離墻；5.開挖地面防擠溝；6.控制每天壓樁數(shù)量等。以上都是被動(dòng)防治措施，真正主動(dòng)出擊的手法應(yīng)是“引孔壓樁”或“鉆孔植樁”法。

　　引孔壓樁就是先預(yù)鉆孔，然后把管樁放入預(yù)鉆孔內(nèi)再進(jìn)行施壓，目的在于減少擠土效應(yīng)。引孔的深度一般不超過10m，引孔的直徑可比樁徑小10cm或5cm，甚至等于樁的直徑。引孔的機(jī)械可采用獨(dú)立的鉆孔機(jī)，現(xiàn)正在研制在靜壓樁機(jī)上配備“引孔機(jī)”，使壓樁機(jī)在不移動(dòng)的情況下完成引孔壓樁作業(yè)。廣東有些施工單位自制長螺旋鉆孔機(jī)進(jìn)行預(yù)鉆孔，采用這種工藝可以使有效樁長較短的管樁達(dá)到一定的有效樁長；可以穿越埋藏較深的硬夾層；可以在上下全是砂土層中預(yù)鉆孔靜壓成樁；可以在“上軟下硬、軟硬突變”的即缺乏強(qiáng)風(fēng)化巖層的特殊地層中較好地應(yīng)用靜壓管樁。這種引孔壓樁工藝在預(yù)鉆孔內(nèi)放入管樁后，一般均是用送樁方法進(jìn)行頂壓，對樁身沒有進(jìn)行抱壓，且壓樁力是靜力的，因此對樁身的損傷要比抱壓施工小得多，所以值得推廣。

　　防止樁身的損傷，研究改進(jìn)壓樁的夾持機(jī)構(gòu)是一個(gè)方面，而更為重要的是要減少施加在樁身上的夾持力和壓樁力，最好的方法是采用“鉆孔植樁”?！爸矘丁被旧蠈渡頍o損傷，可大大提高樁身承載力。2005年前后，廣州市建筑科學(xué)研究院花巨資進(jìn)行一次大的沉樁工藝試驗(yàn)研究：先用鉆機(jī)鉆孔到中、微風(fēng)化巖層，然后將管樁吊入孔內(nèi)并沉到底，再在孔內(nèi)灌注細(xì)石混凝土。曾做了四根Φ600-130管樁的靜載荷試驗(yàn)，其中一根加載到10000kN，一根加載到11000kN，均沒有問題；還有二根大約加載到8000kN，因?yàn)榉胖昧鶄€(gè)千斤頂?shù)臉睹逼屏?，無法繼續(xù)試驗(yàn)。由此可見，由于樁身沒有經(jīng)過錘擊或抱壓且樁端座落在中、微風(fēng)化巖石上，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁的樁身承載能力可以充分得到展示和發(fā)揮。植樁法不僅樁身完整，而且可以在樁身表面涂刷防腐涂料而不被擦抹掉。但這種工法，由于各種工藝的機(jī)具分開獨(dú)立，施工較為復(fù)雜，還有泥漿的污染，需要進(jìn)一步改進(jìn)。最近，廣州市建筑科學(xué)研究院又與湖南山河智能機(jī)械股份有限公司合作，共同研發(fā)了一種有中國特色的中鉆法施工的專用工具（大直徑隨鉆跟管樁機(jī)），其基本思路是：將大直徑管樁（≥600mm）固定在特制的機(jī)架上，鉆桿通過管樁內(nèi)孔伸入到管樁底端外，鉆頭可以擴(kuò)大到比管樁外徑略大，鉆頭鉆孔能力可進(jìn)入中風(fēng)化巖層，這樣，樁端部取出一點(diǎn)土后，管樁通過自重加樁頂?shù)恼饎?dòng)跟著下沉。這種沉樁法的優(yōu)點(diǎn)是：可以下沉大直徑管樁；鉆孔取土，可消除擠土效應(yīng)；樁身基本無錘擊或夾持，樁身完整，樁端可進(jìn)入中風(fēng)化巖層，因此可以得到非常高的單樁承載力。這種樣機(jī)已經(jīng)研制出來，相信在不久的將來，一種新型的沉樁設(shè)備在中國大陸出現(xiàn)，又會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)大直徑管樁的推廣應(yīng)用。

　　綜上所述，靜壓管樁的常規(guī)施工法加上“引孔壓樁”工藝的配合使用，會(huì)使靜壓管樁的成樁工藝更完善、更環(huán)保?！般@孔植樁”法是今后管樁應(yīng)用的重要發(fā)展方向；采用中鉆法沉樁機(jī)械可使大直徑管樁得到進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。鉆孔植樁和中鉆法沉樁這兩種工法均是靜壓法的更高級(jí)的發(fā)展階段。所以本人認(rèn)為，未來一二十年中，管樁尤其是靜壓管樁仍然是我國應(yīng)用量最多的一種基樁，其發(fā)展前景尤其是在全國的推廣應(yīng)用的前景是美好喜人的！