钢纤维混凝土在钢混凝土长桩上的应用

任泉军

0 引言

近年来，中国经济快速发展，土地价格不断飙升，不管是住宅、写字楼，还是宾馆，其规模越来越大，层数越来越高，总荷重也越来越大。如在软土地区，结构工程师需选用卧于软土层下的亚砂土或粉砂层作为桩基持力层。以获得较高的单桩承载力来满足设计的需求。如果要采用穿过硬土层并进入其下面的亚砂土或粉砂层内一定深度的打入式预制钢筋混凝土桩时，往往需要用较大吨位的锤来把这类桩打入土中，并达到桩尖的设计标高处。这无疑对桩顶、桩身、桩尖的设计与施工，提出了更高的要求。在过去，设计人员一般采用提高混凝土的标号，加大配筋等方法来处理。即使如此，在实际打桩的过程中，桩顶混凝土被锤打碎，或桩身断裂，仍时有发生。一旦发生这种情况时，施工人员就必须在工地上临时用钢材加固桩顶桩身后再继续将桩打下，甚至另行补桩。这样既延误了工期，又造成了经济损失。设计人员常为之困惑不已，极其希望能有一种方法来提高钢筋混凝土桩的抗冲击性能。

结合高层建筑下钢筋混凝土长桩的特点与要求，经试验采用新型的复合材料——钢纤维混凝土，加强40 m钢筋混凝土长桩的桩顶与桩尖，取得了良好的效果。

1 概况

在国际上，纤维混凝土是近几十年来迅速发展起来的一种新型复合材料，尤其是钢纤维混凝土，称得上纤维增强混凝土中最有效的一种。它不仅具有普通混凝土的优良特性，同时显著的提高了混凝土的抗拉、抗弯、抗疲劳等强度与抗冲击性能，并具有比较好的特性及控制裂缝的能力。因此，它的用途广泛，应用它的工程实例已很多，效果良好，各国竞相开放与研究。近年来，我国也有学者与科技人员在进行这方面的研究与应用，并已经取得可喜的成果。

本工程利用钢纤维混凝土的特性，来加强水泥厂筒仓下的40 m钢筋混凝土长桩桩顶与桩尖。共选三根工程桩作为试验桩。桩的尺寸为450×450×40 000，其细长比为89。混凝土标号为C35。单桩容许承载力为160 t/根。在桩顶与桩尖两处局部用钢纤维混凝土加强。其地质分布情况具有一定的代表性与特点。工程地质概况见表1。

为了获得较高的单桩承载力，减少桩的根数，特选用第⑥a层亚砂土夹亚粘土作为桩基的持力层。桩尖进入该层深度约2.0 m。若与以⑤b层为持力层的方案相比较，仅桩基一项可以节约造价约90余万元。

从表1可以看出，欲将桩尖打至⑥a层内，必须穿过第③层(5.7 m厚)，以及第⑤b层(2.5 m 厚)这两层硬土，具有一定难度。我在该工程中的普通钢筋混凝土长桩上采取了一些措施，终于将全部长桩顺利打下，并使桩尖都到达其设计标高处。但在上述的三根试验桩上，则用钢纤维混凝土加强桩顶与桩尖，在此加强的区段内，特将原有的配筋适当减少，并除去桩顶原有的预埋钢板，以考验钢纤维混凝土在重锤打击下的效果如何。

表1 水泥厂工程地质概况

2 效果

水泥厂工程共有729根长桩。由于土层分布有起伏，故桩长共有39 m，39.5 m与40 m三种。

结合施工程序与打桩流水，三根试验桩被安排在打桩的最后阶段试打。整个工程均采用KB45柴油机锤击打。

要说明两个情况:

1)试验桩周围的普通钢筋混凝土桩的长度均为39.5 m。而试验桩的长度则已早先被施工单位按40 m长的模板制作的。因此，它比周围的桩长了50 cm，也就是试验桩进入第⑥a层硬土的深度多了50 cm。显然，这样更增加了沉桩的难度。对钢纤维混凝土性能的考验也更加严峻。

2)三根试验桩是被安排在整个场地已打下700余根长桩的情况下才施打的。这意味着场地已被约5 700余立方米的混凝土所挤实，也就是说试验桩比早先打下的桩在沉桩方面要困难得多。

结果显示，即使在上述两种不利的情况下，试验桩的平均总锤击数比普通钢筋混凝土长桩的锤击数反而少8%左右，其最后贯入度还略小于普通钢筋混凝土长桩的贯入度。这充分说明，经过钢纤维混凝土加强后的长桩的穿透力有较大提高。其对加快打桩进度、缩短工期，有着实际的经济效益。

再从现场开挖后的情况来看，试验桩的桩顶表面夹带，棱角保持挺直，四周无缺损现象。而其周围的普通钢筋混凝土长桩的桩顶，则有多根顶端被锤击碎或缺角。

因此，试验结果完全达到了预期的要求，取得成功。值得一提的是，仅以桩顶部分为例，采用钢纤维混凝土加强后，还可节约钢材 7.325 kg/根。

在实际工程设计中，应根据工程具体情况、桩长的选用、持力层的物理与力学性能、场地地层分布特性，以及造价等问题，全面地综合考虑后来决定采用钢纤维混凝土仅单独加强桩顶部分或同时加强桩顶与桩尖两部分，做到设计安全可靠、经济合理。

3 结语

通过本工程，充分体现了钢纤维混凝土加强长桩桩顶与桩尖有着显著的实效。即如用钢纤维混凝土加强后，可避免众多桩顶被打碎的损失。其次，应用到高层建筑下的钢筋混凝土长桩与超长桩上，特别是在桩要穿透较厚较深的硬土层的情况下，更能发挥钢纤维混凝土的效能。

［1］ GB 50010-2010，混凝土结构设计规范［S］.

［2］ JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范［S］.

［3］ 陈慧清.铣削钢纤维混凝土的施工与应用［J］.山西建筑，2010，36(11):168-169.