摘 要：預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁作為新時(shí)期的一種基樁，具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，目前在城市建筑工程施工中得到廣泛的應(yīng)用。本文對預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁的強(qiáng)度和裂縫的公式進(jìn)行了分析，并結(jié)合工程實(shí)例探討了預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁的抗拔設(shè)計(jì)，為工程應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁；公式分析；力學(xué)性質(zhì)；抗拔設(shè)計(jì)

1管樁應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁內(nèi)的鋼筋不像預(yù)制方樁由計(jì)算需要配置的，而是為了樁在運(yùn)輸和吊裝就位時(shí)不易破裂及滿足相應(yīng)規(guī)范構(gòu)造要求而配置的。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁按樁身混凝土有效預(yù)應(yīng)力值或其抗彎性能分為A型、AB型、B型和C型四種，其力學(xué)性能和構(gòu)造詳圖在圖集中明確規(guī)定。

2公式分析

在抗拔樁的設(shè)計(jì)過程中，抗拔樁的豎向抗拔承載力除了要滿足樁土相互作用的抗拔承載力要求外，還需滿足樁身結(jié)構(gòu)承載力的要求。各個(gè)地區(qū)結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓こ虒?shí)際情況，各自規(guī)定了預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁的抗拔計(jì)算公式。不少學(xué)者結(jié)合試驗(yàn)和理論模型對PHC作為抗拔樁承載性能的機(jī)理進(jìn)行了廣泛的探討。以下結(jié)合沿海地區(qū)進(jìn)行其公式介紹。

（1）預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁的樁身受拉承載力設(shè)計(jì)值驗(yàn)算：

N≤fpyAp

式中：Ap為預(yù)應(yīng)力筋的面積；fpy為預(yù)應(yīng)力筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁的剖面詳見圖1。

圖1 管樁結(jié)構(gòu)配筋圖

（2）對預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行初步推導(dǎo)：

預(yù)應(yīng)力筋控制張拉應(yīng)力：σcon=0.7σptk，其中σptk為預(yù)應(yīng)力筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁的預(yù)應(yīng)力鋼筋（SBPDL1275/1420）的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值低限為1420MPa。則鋼筋控制張拉應(yīng)力至少為：σcon=0.7×1420=994MPa；PHC樁的預(yù)應(yīng)力筋初始預(yù)應(yīng)力為：σps=EcAcσcon/（EcAc+EpAp）；預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁混凝土初始預(yù)應(yīng)力為：σcs=σpsAp/Ac。

混凝土徐變和收縮后的預(yù)應(yīng)力損失值：

σlc=[σpsEpσ+EpεsEcσps]/[Ecσps+Epσcs（1+/2）]

其中： 為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁混凝土徐變系數(shù)，取為φ=2；εs=1.5×10-4為PHC樁混凝土收縮系數(shù)。

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁預(yù)應(yīng)力筋松弛的預(yù)應(yīng)力損失值：σlp=γ（σps-2σlc）其中：γ為預(yù)應(yīng)力筋的松弛系數(shù)，取為γ=0.15。

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁預(yù)應(yīng)力筋有效預(yù)應(yīng)力值：σpe=σps-（σlc+σlp）；混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力值：σpc=σpeAp/Ac。

按上述公式計(jì)算時(shí)，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁受到的拉應(yīng)力會(huì)超過原先混凝土的樁身有效預(yù)壓應(yīng)力，因此需按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010—2002）規(guī)定進(jìn)行裂縫驗(yàn)算。由于預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁有效預(yù)壓應(yīng)力能部分抵消拉應(yīng)力，裂縫控制較為容易滿足。當(dāng)設(shè)計(jì)場地的地質(zhì)水文條件復(fù)雜、抗腐蝕要求高的情況下，可相應(yīng)的調(diào)整裂縫控制的寬度，來選擇相應(yīng)的樁型。

3工程實(shí)例

該項(xiàng)目為近10000m2的地下1層車庫。土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)詳見表1和圖2。

表1 土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

注：fs為樁周土極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值；fp為樁端土極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，±0.0相當(dāng)于絕對標(biāo)高4.7m，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁長為30m，樁頂絕對標(biāo)高為-0.75m，樁底持力層為層⑦-1灰色砂質(zhì)粉土。土層和樁的關(guān)系（標(biāo)高為絕對標(biāo)高）見圖2。

圖2土層和樁的關(guān)系

設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁的型號按照預(yù)應(yīng)力混凝土管樁圖集初步選為（PHC-A400（95）-30b）400（At=95）。

由上述的公式推導(dǎo)可得，樁的混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力約為3.60MPa，預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計(jì)值約為1000MPa。單樁抗拔計(jì)算按地基規(guī)范（DGJ08-11—2010）：

；

Rsk=（3.57×15+3×20+7.5×20+4.9×35+5.1×50+4.1×70+1.83×90）×0.6×0.4×3.14=860kN；

AP=0.305×0.095×3.14=0.0909m2；

樁重：Gp=13×0.0909×30=35kN（扣水浮力）；

設(shè)計(jì)值： =860/1.6+35=572kN；

標(biāo)準(zhǔn)值： =860/2.0+35=465kN；

樁身強(qiáng)度：Rd=（0.6×35.9-0.34×3.60）×0.0909×1000=1846kN。

裂縫計(jì)算參照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010—2002）第8.1.2條：在標(biāo)準(zhǔn)組合下：σpc+ftk=3.60+3.11=6.71MPa。

原預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁的預(yù)應(yīng)力筋受拉設(shè)計(jì)值為：

（7.12×3.14/4）×10×1000=395000N<572kN；

故改選用AB型，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁的預(yù)應(yīng)力筋受拉設(shè)計(jì)值：（9.02×3.14/4）×10×1000=635000N>572kN。

σck=465/（1000×0.0909）-3.60=1.51MPa；

σsk=1.51×0.0909×106/（10×9.02×3.14/4）=217MPa；

ρte=（10×9.02×3.14/4）/（0.0909×106）=0.69%；

ψ=1.1-0.65×3.11/（0.0069×217）<0，取為0.2，

ωmax=2.2×0.2×（217/200000）×（1.9×50+0.08×9/0.0069）=0.10mm<0.2mm，裂縫滿足。

按地基規(guī)范（DGJ08-11—2010），考慮黏性土沉樁壓力的折減，對最終預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁的壓樁力進(jìn)行復(fù)核：Pp（l）=kpRd。其中：kp為壓樁力系數(shù)，對黏性土取1.04，對砂土取1.6；Rd為單樁承載力設(shè)計(jì)值。

Rsk=[3.57×15+3×20+7.5×20+4.9×35+5.1×50]×1.04+（4.1×70+1.83×90）×1.6]×0.4×3.14=[690×1.04+452×1.6]×0.4×3.14=1809kN；

Rpk=5000×0.4×0.4×3.14/4=628kN；

Pp（l）=1809/1.82+628/1.18=1526kN

圖3抗拔管樁截樁后與承臺(tái)連接構(gòu)造示意圖

4結(jié)論和建議

通過探討預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁抗拔設(shè)計(jì)工作，初步可以得出以下結(jié)論和建議：①預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁作為抗拔樁在技術(shù)上是可行的；②設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行抗拔驗(yàn)算后，應(yīng)根據(jù)裂縫寬度對預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁進(jìn)行選型，并考慮施工現(xiàn)場的實(shí)際情況、技術(shù)設(shè)備等因素進(jìn)行合理的施工；③預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁施工應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖集進(jìn)行，并采取一定的構(gòu)造措施以管樁滿足抗拔的需要。

參考文獻(xiàn)

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