黃麗欽

廈門新區(qū)建筑設(shè)計(jì)院有限公司（361000）

高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁PHC樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題分析

黃麗欽

廈門新區(qū)建筑設(shè)計(jì)院有限公司（361000）

根據(jù)管樁的承載力特性和受力狀況,分析了預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題，探討了管樁承載力取值的方法，以供同行參考。

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁；樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；應(yīng)用分析

1 管樁的應(yīng)用

高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁（PHC樁）以其質(zhì)量穩(wěn)定、樁身承載力高、耐打性好、施工工藝簡(jiǎn)單、進(jìn)度快、施工現(xiàn)場(chǎng)整潔、造價(jià)低廉和設(shè)計(jì)布樁方便等優(yōu)勢(shì)，得到了廣大工程界人士的肯定，被廣泛運(yùn)用于工程建設(shè)中。但使用不當(dāng)時(shí)，常出現(xiàn)工程事故。如管樁作為抗拔樁使用時(shí)，如果管樁與承臺(tái)接頭或多節(jié)管樁接頭不牢固，就會(huì)出現(xiàn)抗拔失效，地下室上?。还軜对谲浫跬翆又惺褂脮r(shí)，由于管壁較薄，存在管樁剪切破壞的危險(xiǎn)等。

實(shí)際工程中，不同地方都有針對(duì)當(dāng)?shù)毓軜哆\(yùn)用的諸多限制條件，比如建筑高度、軟土地質(zhì)、液化土層等，應(yīng)根據(jù)工程具體情況，結(jié)合預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的受力特點(diǎn)，合理選用，確保工程安全。

目前，福建省工程建設(shè)中常用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁的樁型有:1）按樁身混凝土預(yù)壓應(yīng)力值分有A、AB型。7度及8度抗震設(shè)防烈度區(qū)的管樁，受拉及承受水平荷載的管樁，地下水對(duì)混凝土、鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)有腐蝕性時(shí)，宜選用AB型；2）按外徑及壁厚分管樁有PHC400-95、PHC500-100及PHC500-125型。當(dāng)?shù)叵滤畬?duì)混凝土、鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)有腐蝕性時(shí)壁厚應(yīng)不小于125 mm；3）管樁樁尖形式多數(shù)采用十字型及錐型。十字型樁尖加工容易，價(jià)錢便宜，具有破巖能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在穿越較厚砂層時(shí)，圓錐型樁尖比十字型樁尖好。

2 管樁豎向極限承載力的取值問題

地質(zhì)勘察是設(shè)計(jì)的前提，管樁工程要求地質(zhì)勘察報(bào)告中多提供有用的標(biāo)貫擊數(shù)N值,遇到砂夾層、砂層、殘積層及強(qiáng)風(fēng)化巖層時(shí)多做一些標(biāo)貫試驗(yàn)。殘積層最好每2 m、強(qiáng)風(fēng)化巖層最好每1 m測(cè)一次N值，有利于制定配樁和打樁收錘標(biāo)準(zhǔn)。有些勘察單位勘察作業(yè)時(shí)，在持力層上面的軟土層中做了許多標(biāo)貫試驗(yàn)，在硬夾層和強(qiáng)風(fēng)化巖層標(biāo)貫試驗(yàn)次數(shù)少，這樣得出的數(shù)據(jù)不精確，會(huì)給設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的誤差，給施工帶來(lái)一定困難。

有些勘察人員工程經(jīng)驗(yàn)不足，提供的巖土力學(xué)指標(biāo)不符合實(shí)際，給出的設(shè)計(jì)參數(shù)比實(shí)際偏小許多,導(dǎo)致計(jì)算單樁豎向抗壓承載力設(shè)計(jì)特征值Ra比實(shí)際應(yīng)用值降低20%～25%。預(yù)應(yīng)力管樁在施打過程中，產(chǎn)生擠土效應(yīng)，將樁周圍的土擠密，擠密的土在樁周邊形成一層硬殼，牢固地吸附在樁的表面。管樁為圓形斷面，這種吸附作用會(huì)更強(qiáng)。同時(shí)，樁端砂層也因樁的不斷施打，擠土密實(shí)效應(yīng)十分顯著，樁側(cè)摩阻力和樁端阻力都得到較大的提高，故單純依據(jù)地質(zhì)報(bào)告書及規(guī)范提供的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，是無(wú)法得到管樁實(shí)際的承載力。

筆者在一項(xiàng)工程在設(shè)計(jì)時(shí)，先選有代表性的樁作靜載試驗(yàn)，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的技術(shù)參數(shù)，按單樁豎向抗壓承載力特征值的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算,其公式為:

求得:樁徑Φ500，Ra＝1 500 kN;樁徑Φ400，Ra＝1 100 kN。取代表性位置樁作靜載試驗(yàn)結(jié)果是:樁徑Φ500，Ra＝2 200 kN；樁徑Φ400，Ra＝1 500 kN。設(shè)計(jì)時(shí)按靜載試驗(yàn)結(jié)果取值,最終全部樁基施工完成后，樁基靜載檢測(cè)均合格。

在預(yù)應(yīng)力管樁豎向極限承載力取值問題上，條件允許的話，最好辦法是先選取較有代表性的樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，以此確定樁的極限承載力。靜載檢測(cè)時(shí)，工程管理人員要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，詳細(xì)記錄相關(guān)數(shù)據(jù),即可獲得符合實(shí)際的單樁豎向極限承載力，又可驗(yàn)證地質(zhì)勘察報(bào)告書，檢查施工機(jī)械設(shè)備情況。

但實(shí)際工程中，不可能要求每項(xiàng)工程都先做靜載試驗(yàn)，有些是由于開發(fā)商進(jìn)度安排的原因、有些是由于場(chǎng)地受限的原因。近十多年來(lái)，預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)證明，除依據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告書提供的技術(shù)參數(shù)計(jì)算樁的承載力之外，還可根據(jù)工程地質(zhì)構(gòu)造條件，選擇合適的樁端持力層，將預(yù)應(yīng)力管樁樁身豎向承載力設(shè)計(jì)值Rp折減除以1.35作為管樁樁身結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的單樁豎向抗壓承載力最大特征值Ra（Ra≈Rp/1.35）。這種方法實(shí)用簡(jiǎn)單，又能發(fā)揮單樁最大的承載率，實(shí)用經(jīng)濟(jì)合理。

例如:樁徑Φ500-100 PHC樁經(jīng)驗(yàn)公式Rp＝ψc·fc·A＝3 150 kN

其中，ψc—成樁工藝系數(shù)，PHC樁取ψc=0.7；fc—管樁混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa），按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》取值，C80混凝土，取fc=35.9 MPa；A—管樁截面面積（mm2）。

在實(shí)際工程應(yīng)用中,樁徑Φ500取單樁豎向抗壓承載力特征值Rk＝1 700～2 300 kN,樁徑Φ400取單樁豎向抗壓承載力特征值Rk＝1 200～1 600 kN。設(shè)計(jì)人員再結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),根據(jù)土的持力層的深度、厚度、密實(shí)度及管樁入土的深度而決定取低值或高值。

在多項(xiàng)工程中，樁長(zhǎng)在25～40 m的范圍，樁端為中密以上砂層的工程樁，樁徑Φ500取特征值Rk＝1 800～2 300 kN，樁徑Φ400取特征值Rk＝1 400～1 600 kN。靜載試驗(yàn)結(jié)果證明，這樣設(shè)計(jì)承載力取值完全沒有問題。

3 收錘標(biāo)準(zhǔn)

錘擊管樁除純摩擦樁按樁長(zhǎng)控制外,施工時(shí)，通常以最后貫入度及樁尖進(jìn)入持力層深度為收錘標(biāo)準(zhǔn)。貫入度與柴油錘重量、落距、樁的長(zhǎng)度、地質(zhì)構(gòu)造條件，樁尖入持力層的深度、樁距、樁的承載力等因素有關(guān)。關(guān)鍵是要將樁尖打入到樁端持力層的臨界深度范圍內(nèi)，保證樁尖下有足夠的持力層厚度，使樁側(cè)摩阻力和樁端阻力得以充分發(fā)揮，而對(duì)于最后貫入度的要求則可適當(dāng)放松。根據(jù)工程實(shí)際,一般錘擊數(shù)控制在50～100 mm/10擊為收錘標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)靜載試驗(yàn)結(jié)果證明均能達(dá)到設(shè)計(jì)承載力。有人認(rèn)為貫入度越小越好，其實(shí)是錯(cuò)誤的。管樁的錘總數(shù)不能超過2 500擊，最后1 m沉樁錘擊數(shù)不應(yīng)超過300擊，樁身混凝土強(qiáng)度是隨錘擊數(shù)的增加而逐漸降低的，貫入度太小，錘擊數(shù)必然偏大，對(duì)樁身質(zhì)量無(wú)好處。根據(jù)樁尖持力層的密實(shí)程度，一般持力層為中密及以上砂層的，最后收錘貫入度10～30 mm/10擊，最后三陣的總貫入度30～80 mm，每陣10擊。

4 管樁與承臺(tái)的連接構(gòu)造

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁的抗震問題不容忽視。在地震力的作用下，樁頭除受豎向力外，還有可能受彎受剪，甚至受扭，處于復(fù)雜的受力狀況，這就要求預(yù)應(yīng)力管樁在樁頭與承臺(tái)的連接處理，應(yīng)有一定的構(gòu)造加強(qiáng)措施，提高管樁樁頭部分的抗剪、抗扭、抗撥能力，增強(qiáng)管樁的延性，以免發(fā)生脆性破壞。筆者在工程實(shí)際設(shè)計(jì)中除按規(guī)范要求進(jìn)行地震作用下的管樁承載力驗(yàn)算外，還嚴(yán)格控制樁頭入承臺(tái)深度100 mm，單樁承臺(tái)配立體六面鋼筋籠，樁頂灌芯長(zhǎng)度、樁與承臺(tái)連接鋼筋均按最小配筋率及管樁抗拔承載力要求進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)進(jìn)行樁身抗裂驗(yàn)算。

5 施工中應(yīng)注意的事項(xiàng)

1）樁隊(duì)試樁前的準(zhǔn)備工作要充分，機(jī)械在施打前要先做試運(yùn)行檢查。2）錘擊樁施打時(shí)應(yīng)做到重錘低擊，不準(zhǔn)在穿夾層時(shí)停歇。3）樁接頭數(shù)不超過三個(gè)（即四段），盡量減少接樁，樁長(zhǎng)組合原則上由施工單位根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及施工情況確定。4）樁頂填芯混凝土最小的長(zhǎng)度：承壓樁1.2 m，抗拔樁2.0 m。5）采購(gòu)管樁時(shí)要注意管樁質(zhì)量，從源頭上杜絕劣質(zhì)管樁進(jìn)入工地現(xiàn)場(chǎng)。

6 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的工藝技術(shù)，目前已經(jīng)相當(dāng)成熟了，預(yù)應(yīng)力管樁通過現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)結(jié)果是重要的承載力取值的技術(shù)依據(jù)，使管樁承載力取值更接近實(shí)際承載力，也更經(jīng)濟(jì)合理。但在使用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁時(shí)，應(yīng)注意采取適當(dāng)?shù)氖┕し椒皹?gòu)造措施，以免造成工程事故；在工程實(shí)踐中，還需要不斷積累和總結(jié)預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提高管樁應(yīng)用的技術(shù)水平。

[1]03SG409,預(yù)應(yīng)力混凝土管.樁國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集[S].

[2]福建省建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干規(guī)定2012年9月.

[3]聶重軍,唐依民.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁設(shè)計(jì)及施工研究[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009(01).

[4]李輝.靜壓預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)施工及質(zhì)量控制[J].華北國(guó)土資源,2009(03).

的時(shí)間內(nèi)要完成澆筑,要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)組織與協(xié)調(diào)，保證混凝土澆筑過程流暢與連續(xù)，滿足大體積混凝土泵送施工工藝要求。同時(shí)，鋼渣混凝土密度大，泵送壓力也大，混凝土在泵壓失水后要具有良好的和易性，以滿足施工要求，保證鋼渣混凝土施工質(zhì)量。