预应力混凝土管桩在土木工程的应用

预应力混凝土管桩具有良好的承载性能，不过它的抗剪切性能比较弱。它有多种类型，包括：预应力高强混凝土管桩（简称PHC桩）、预应力混凝土管桩（简称PC桩）等。PC管桩的生产时间很早，在20世纪60年代末就已经出现，主要是用在铁道桥梁的基础建设中；由于港口建设发展的需要，在87年我国为了满足港口建设发展的需要，从日本引进了PHC管桩的制造技术；20世纪80年代，我国为了解决沿海软土地质的不利影响，自主研发了PTC管桩。随着技术的进一步发展，预应力混凝土管桩也逐渐走向成熟，在我国应用范围日益广泛，如建筑、铁路、桥梁、市政、码头、机械等领域[1]。
1工程应用
1.1在码头基础工程中的应用
PC管桩在淤泥软弱地质中广泛使用，对于沿海码头基础早在20世纪90年代就已经采用PC管桩。工程案例：江阴兴澄钢厂新区码头建设面积为16000m2。根据钻探资料显示，该建设区域的土质属于软土，用PHC管桩（管桩的壁厚为80mm，直径500mm，混凝土的强度达到C80）作为这个工程的桩基，桩的长度为39~48m，单桩承载力2000kN，桩的数量是1110根，对桩基采取静压法进行施工[2]。
1.2在桥梁基础工程中的应用
随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，对于桥梁人们不论是在外形上还是在技术上都提出了更高的要求，由此预应力混凝土管桩逐渐进入桥梁工程。作为桥梁的基础，相比钻孔灌注桩，具有更环保、质量更好、工期更短、成本更低等一系列的优点[3]。不过在岩溶地质条件下存在一定的局限性，使用时须谨慎。管桩在使用时需要有较好的持力层（标贯值大于25击），否则不宜使用[4]。工程案例：某高速公路大桥处于岩溶地区，大桥的这个位置的地层由第四系亚粘土、砂层、淤泥和基底下石炭系灰岩及其风化的产物组成。基础为管桩群桩基础，注浆采用高压旋喷注浆法（将可凝固的高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴以20MPa的压力高压喷出，形成高压喷射流以此切割土体并与土体拌和形成水泥土加固体的地基处理方法。[5]）。施工完毕后对桩进行抽芯检测，检测的结果是溶洞填充较完整，满足设计使用要求[4]。在岩溶地区如果使用单桩基础作为桥梁工程的基础也许会发生持力层承载力不足这种情况，这时可以采用管桩群桩基础。如果覆盖土层较厚，并且土的力学性能比较好时采用管桩尤其合适；如果持力层较差，采用桩底注浆及桩侧注浆等手段加固，使其承载力能够满足要求时，也可以采用管桩群桩基础[4]。
1.3在铁路工程基础中应用
早在20世纪60年代，我国铁路工程中就已经使用预应力混凝土管桩，但仅限于一些大桥，即使到了80、90年代铁路工程中也多是采用现场施工的CFG桩、水泥搅拌桩、旋喷桩、钻孔灌注桩等。近年来，我国在高速铁路上的发展非常迅速。因为它需要严格控制路基的沉降，而且它的建设分布在全国各个地区，特别是在淤泥质软土、湿陷性黄土等地区采用以前的那种挖土换土、压实、抛石块这些施工方式已经满足不了现在的要求。加上管桩成本比较低，这就使得预应力混凝土管桩在高速铁路工程中有了越来越多的应用空间。据不完全了解，预应力混凝土管桩已经在（北）京（天）津、沪（上海）宁（南京）、宁（南京）杭（州）、（北）京沪（上海）、厦（门）深（圳）、宣（州）杭（州）、武（汉）黄（石）、甬（宁波）台（州）温（州）、温（州）福（州）、武（汉）广（州）、石（家庄）武（汉）、郑（州）徐（州）、广（州）珠（海）、福（州）平（潭）、大（理）丽（江）、昆（明）玉（溪）、防城港等高速铁路、城际铁路和普通铁路的正线、站场、枢纽、专用线及海口世纪大桥中均得到应用。[6]
1.4在建筑工程基础中应用
为解决土地资源日渐缺乏这个问题，高层建筑和超高层建筑应运而生，这使得城市可以容纳更多人的同时，还节约了生产成本，提高了经济效益。高层建筑的发展，也促进了施工方式、建筑产品发展。地基基础对于建筑的质量影响也更为重要，这也就使得PHC管桩在建筑工程中大量出现[7]。不过我们需要注意，因为各个建筑工程场地地质条件的差异，在施工的时候我们会遇到很多问题，比如断桩、浮桩等，所以在这个过程中我们需要重视对PHC管桩产生问题的原因进行分析并正确处理[8]。管桩基础工程一般会采用静压沉桩法或者锤击沉桩法[8]。在静压沉桩过程中，若遇桩尖和桩身没有垂直一线，地基承载力不能承受桩机的重量或者被硬物阻碍等问题时都有可能导致斜桩的出现。为避免这个问题，一定要按规定的施工步骤施工，在开始施工前就需要对施工场地的土壤做土质检测。如果施工场地土质是软质土，则不仅需要加固确保场地的平整性，而且还需要要地基承载力能够满足桩机进行施工；除此以外还要确保施工过程中桩身的垂直性[7]。PHC管桩属于挤土桩，如果施工不当或者受到干扰的情况就有可能发生挤土效应，当挤土效应明显时，就易导致桩倾斜甚至浮桩等危害[7]。工程案例：广州一住宅工程含有地下室、裙楼、塔楼，总建筑面积超过9万m2，基础工程采用PHC管桩分布式群桩基础。后来出现有些工作场地向上浮起80~100mm，这个区域的桩也有一定的浮起，而且越是靠近工作区的边缘，桩浮起的现象逐渐减少和浮起的高度也逐渐减小。经检测部门测试发现，这是因为桩的数量比较多，距离比较小，且桩穿过土层为软塑和可塑土，含水量大，造成挤土效应，由此导致桩向上浮起[9]。该工程发生这种现象主要是因为桩距密度过大，要想桩和土不上浮，关键是施工过程中，前后相邻桩施工时间间隔要超过7天，等到前面施工完成的桩的周边土的空隙水消散，土的挤压效应消失。除此之外，还可以控制桩的压入速度、桩的接头质量及时间等[9]。
1.5在公路工程基础中应用
随着技术的发展，国家公路建设也取得了喜人成绩，我们对路基的质量也作出了更高的要求。可是现实中却是，越来越多的道路产生裂缝、断面甚至塌陷。为减少出现这些问题，PHC管桩得到了广泛的应用[10]。工程案例：广西南宁至百色高速公路，主线总长度187.673km。其中K130+060-K130+360这个路段的基础软土比较深，为保证公路的质量，决定采用预应力管桩作为基础的处理方案。通车后公路情况良好，达到预期效果[11]。
2结语
预应力混凝土管桩以其桩身质量可靠、造价经济、绿色环保等优点，应用前景愈加广泛，但需要注意的是，它在研究和应用方面还存在一些问题，比如它的抗剪性能相对较差。所以，我们还需要加大研发，改善它的性能[12]。
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