吳春萍，趙心悅

（合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥230009）

0 引 言

管樁在國(guó)外已有近百年的應(yīng)用歷史，近二十年來(lái)我國(guó)管樁的生產(chǎn)應(yīng)用也日趨廣泛。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁有很多種形式，機(jī)械連接預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁是在傳統(tǒng)混凝土預(yù)制樁基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)，采用了全新的連接方式的一種新型異形樁。管樁具有強(qiáng)度高，耐壓性好的優(yōu)點(diǎn)，適用于摩擦端承樁和端承摩擦樁。同時(shí)管樁工廠(chǎng)化制造、施工快捷、檢測(cè)簡(jiǎn)單，工期短，綜合造價(jià)低。成樁質(zhì)量可靠，文明環(huán)保［1］。

1 機(jī)械連接竹節(jié)樁簡(jiǎn)介

機(jī)械連接竹節(jié)樁的側(cè)壁沿樁長(zhǎng)每隔1至3米設(shè)置一節(jié)環(huán)狀凸肋，并在樁周方向沿外壁均勻加設(shè)數(shù)條縱肋，用于連接環(huán)狀凸肋，如圖1所示。環(huán)狀凸肋的設(shè)置，不僅有效增強(qiáng)了樁身摩擦性能，同時(shí)也增加了樁體的有效截面積，提高了樁的承載力，節(jié)約了成本［2］。該樁經(jīng)大量試驗(yàn)和房屋建筑、道路工程的工程應(yīng)用證明，機(jī)械連接竹節(jié)樁的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)良好，抗壓承載力與抗拔承載力與管樁相比均有所提高［3－5］。

機(jī)械連接竹節(jié)樁上下樁之間采用了全新的連接方法，使之成為一個(gè)完整的整體，同時(shí)能滿(mǎn)足土質(zhì)有污染條件下的防腐要求，徹底解決了周?chē)h(huán)境對(duì)預(yù)制樁接樁所用的鋼端板和焊縫的腐蝕及電焊時(shí)對(duì)樁端混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋墩頭再次造成破壞等問(wèn)題。其連接件構(gòu)造如圖2所示，大螺母內(nèi)裝有防腐作用的環(huán)氧樹(shù)脂；彈簧和基墊用于保證卡片平整到位；插桿的球形設(shè)計(jì)能夠保證卡片順利到位；片的兩面設(shè)置有一定的角度，可以達(dá)到越拉越緊的的效果；中間螺母旋接在頂拉螺帽內(nèi)，定位卡片上移。連接接頭下插時(shí)，彈簧的反作用力上頂接頭，中間螺母限定卡片上移，于是卡片在彈簧反作用力的作用下緊緊抱箍接頭，同時(shí)由于縱向鋼筋端部的墩頭與彈簧相觸，保證了荷載的傳遞［6］。與預(yù)應(yīng)力管樁相比較，機(jī)械連接竹節(jié)樁的破壞形態(tài)表現(xiàn)為樁身拉斷破壞，具有很高的可靠性。另外，由于樁端部連接處連接件的構(gòu)造具有抵御外界環(huán)境侵蝕的作用，其耐久性比預(yù)應(yīng)力混凝土管樁更好。

此外，樁身的預(yù)應(yīng)力鋼筋通過(guò)連接在墩頭上的螺母與承臺(tái)錨固鋼筋上的螺栓連接在一起，滿(mǎn)足了《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定預(yù)應(yīng)力筋必須直接錨入承臺(tái)的要求。

2 竹節(jié)樁與管樁對(duì)比

2.1 抗壓承載力對(duì)比試驗(yàn)

在杭州市白馬尊邸工程中，分別選用兩根機(jī)械連接竹節(jié)樁和管樁進(jìn)行基樁抗壓靜荷載試驗(yàn)。機(jī)械連接竹節(jié)樁型號(hào)為T(mén)PHC－A400－340（60），樁長(zhǎng)為18米，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，標(biāo)記為樁號(hào)S1；管樁的樁徑為400mm，壁厚60mm，樁長(zhǎng)19m，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，標(biāo)記為樁號(hào)S2，被檢測(cè)樁周?chē)膸r土工程概況如表1所示。

表1 白馬尊邸工程土工參數(shù)簡(jiǎn)表

圖3為靜載荷試驗(yàn)的荷載－沉降（Q ～s）曲線(xiàn)。由圖可以看出，管樁的曲線(xiàn)圖出現(xiàn)了明顯的拐點(diǎn)，而機(jī)械連接竹節(jié)樁的曲線(xiàn)屬于緩降型。根據(jù)試驗(yàn)得到的竹節(jié)樁和管樁的極限承載力如表2所示。兩根管樁的樁長(zhǎng)分別為18m和19m，較為接近，二者的極限承載力承載力分別為1176kN和980kN，機(jī)械連接竹節(jié)樁極限承載力提高了約20%。

表2 管樁與竹節(jié)樁的靜載荷試驗(yàn)結(jié)果

2.2 抗拔承載力對(duì)比試驗(yàn)

在寧波鎮(zhèn)海工程中，分別選用兩根機(jī)械連接竹節(jié)樁和管樁進(jìn)行基樁抗拔靜載荷試驗(yàn)。機(jī)械連接竹節(jié)樁型號(hào)為 TPHC－A500－460（100），樁長(zhǎng)為21米，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，選取兩根，分別標(biāo)記為S1、S2；管樁的樁徑為500mm，壁厚100mm，樁長(zhǎng)21m，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，選取兩根，分別標(biāo)記為S3、S4。被檢測(cè)樁周?chē)膸r土工程概況如表3所示。試驗(yàn)結(jié)果整理成圖4，表4。

表3 寧波鎮(zhèn)海工程土層概況

6－1 粉質(zhì)粘土 90 16 ／6－2 粉質(zhì)粘土夾粉、細(xì)砂 110 20 ／6－3 粉質(zhì)粘土 100 18 ／7 含粉質(zhì)粘土礫砂 150 40 2200 8 強(qiáng)風(fēng)化角礫巖 300 ／ 3500 9 中風(fēng)化角礫巖 350 ／4000

由表4可以看出，樁徑500～460mm機(jī)械連接竹節(jié)樁的豎向抗拔極限承載力平均值為810kN，樁徑500mm管樁的豎向抗拔極限承載力平均值為475kN，前者與后者相比，提高了70.53%。

表4 抗拔靜載荷試驗(yàn)結(jié)果

2.3 理論分析

根據(jù)現(xiàn)有的管樁規(guī)范，管樁軸心受壓，不考慮樁的屈曲影響時(shí)，樁身軸心受壓承載力計(jì)算公式為：R≤ψcfcA 。

式中R為軸壓力設(shè)計(jì)值 ；fc為混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；ψc為考慮沉樁工藝及混凝土殘留預(yù)應(yīng)力影響而取得綜合折減系數(shù)，對(duì)于A(yíng)、B、C、D和E型樁統(tǒng)一取0.7；A為樁身橫截面面積。

管樁軸心受拉時(shí)，樁身受拉承載力計(jì)算公式為：N≤CfpyAp。

式中N為拉力設(shè)計(jì)值；C為考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋墩頭與螺帽連接處受力不均勻等因素影響的折減系數(shù)，取0.85；fpy為預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；A為樁身橫截面面積。

機(jī)械連接竹節(jié)樁在計(jì)算承載力時(shí)，不考慮肋的影響，采用與管樁相同的計(jì)算公式。但是，我們并不能忽略凸肋對(duì)于承載力的影響［2］。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在直徑與樁長(zhǎng)相同的條件下，機(jī)械連接竹節(jié)樁的豎向抗壓、抗拔承載力與預(yù)應(yīng)力管樁相比，均有提高。其中，抗壓承載力提高約20%，抗拔承載力提高約70%。

機(jī)械連接竹節(jié)樁由于凸肋的存在，一方面，增加了樁的表面積，使得樁的側(cè)阻力提高；另一方面，在打入地基時(shí)，樁周的土受擠壓而變得密實(shí)，當(dāng)樁頂承受荷載產(chǎn)生沉降時(shí)，環(huán)狀凸肋之間的土隨著樁一起向下運(yùn)動(dòng)，最終形成大于環(huán)向凸肋直徑的圓筒剪切面［7］，從而提高了樁的承載能力。同等情況下，可以減少樁的數(shù)量，節(jié)約工程造價(jià)。

3 樁長(zhǎng)對(duì)抗拔承載力的影響

3.1 單樁豎向承載力的影響因素

單樁豎向承載力的影響因素主要有以下幾點(diǎn)：樁周土層特性；施工質(zhì)量；樁型尺寸；樁長(zhǎng)徑比和樁身剛度；樁承載力的時(shí)間效應(yīng)。

下面著重討論分析樁長(zhǎng)對(duì)于樁承載力的影響。

3.2 單樁豎向抗拔靜載荷實(shí)驗(yàn)

張家港市南豐鎮(zhèn)擬建民豐五期，其多層及社區(qū)服務(wù)用房采用機(jī)械式預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁。為測(cè)定機(jī)械式預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁抗壓和抗拔承載力，對(duì)6根樁型為T(mén)PC－A400－370（70）（編號(hào)分別為S1、S2、S3）及 TPC－A500－460（100）（編號(hào)分別為S4、S5、S6），樁長(zhǎng)不同的樁進(jìn)行了抗拔試驗(yàn)，被檢測(cè)樁周?chē)膸r土工程概況如表5所示。試驗(yàn)采用靜載荷慢速維持荷載法，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)整理成圖5，圖6，表6。

表5 民豐五期工程土層概況

表6 抗拔靜載荷試驗(yàn)結(jié)果

由圖5、圖6及表6可以看出，對(duì)于兩種樁型的樁，隨著樁長(zhǎng)的減小，單樁極限抗拔承載力不斷增加，與理論計(jì)算值相比，提高百分比大幅度增加。由此可見(jiàn)，樁長(zhǎng)越小，單樁承載力越大。

3.3 樁長(zhǎng)對(duì)樁承載力影響的分析

由上面的試驗(yàn)可以得到結(jié)論：在同樣的地質(zhì)條件下的同種竹節(jié)樁樁型，單樁抗拔承載力隨著樁長(zhǎng)的減小而增大，且與相同規(guī)格的管樁相比，抗拔承載力提高百分比增大。

《軟土中樁長(zhǎng)對(duì)樁承載力的影響》提出，樁長(zhǎng)對(duì)樁承載力的影響主要受樁土剛度比及樁徑的影響。樁的可壓縮性，使長(zhǎng)樁在達(dá)到其極限承載力時(shí)，樁頂產(chǎn)生較大的位移。受樁頂位移量的限制，長(zhǎng)樁往往是很難發(fā)揮其樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的樁土間的極限摩阻力［8］。

英國(guó)的H.G.波爾斯所寫(xiě)的《粘土中樁長(zhǎng)對(duì)樁承載力的影響》一文中提出：樁長(zhǎng)對(duì)樁承載力的影響的主要原因是樁的相對(duì)壓縮性，以系數(shù)Kax表示，有Kax＝EPAP／（NVL3），式中，Kax稱(chēng)為無(wú)量綱軸向剛度，EPAP是樁的軸向剛度，NV是土的壓縮模量沿深度的增長(zhǎng)率，L是樁的埋入深度。樁長(zhǎng)越小，Kax越大，意味著樁的相對(duì)壓縮性越好，承載能力越高。此觀(guān)點(diǎn)剛好也佐證了本文中樁長(zhǎng)對(duì)樁承載力影響的分析［9］。

4 結(jié) 語(yǔ)

竹節(jié)樁作為一種新型的預(yù)應(yīng)力混凝土離心樁，改進(jìn)了傳統(tǒng)混凝土預(yù)制管樁，側(cè)壁設(shè)置橫向和縱向肋，增強(qiáng)了樁身摩擦性能，擴(kuò)大了樁體的有效截面積，進(jìn)一步提高了樁的承載能力，節(jié)省了成本。新型的機(jī)械連接方式使得樁的連接方便快捷，安全可靠，加快了施工進(jìn)度；同時(shí)密封材料的使用，起到了很好的防腐蝕作用，提高了樁端接頭的耐久性。

根據(jù)所做的三個(gè)靜載荷試驗(yàn)可以看出，相較于管樁，機(jī)械連接竹節(jié)樁的抗壓承載力和抗拔承載力均有所提高，其中，同等條件下，抗壓承載力提高約20%，抗拔承載力提高約70%，抗拔承載力提高很明顯。樁長(zhǎng)的選擇對(duì)于承載力的影響也很明顯，同種樁型，樁長(zhǎng)越短，承載力提高幅度越大。

1 10G409預(yù)應(yīng)力混凝土管樁［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

2 齊金良，周平槐，楊學(xué)林，等.機(jī)械連接竹節(jié)樁在沿海軟土地基中的應(yīng)用［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2014，44（1）：73－76.

3 付貴海，魏麗敏，郭志廣.增強(qiáng)型管樁和普通管樁受力性能試驗(yàn)對(duì)比研究［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2012，39（3）：60－64.

4 周佳錦，王奎華，龔曉南，等.靜鉆根植竹節(jié)樁承載力及荷載傳遞機(jī)制研究［J］.巖土力學(xué)，2014，34（5）：1367－1376.

5 錢(qián)明.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁基承載力影響分析［J］.成都大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，33（2）：182－186.

6 G19－2012機(jī)械連接預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁［S］.南京：江蘇省建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)站，2012.

7 郭志廣，魏麗敏，馮勝洋，等.增強(qiáng)型預(yù)應(yīng)力管樁荷載沉降特性及模擬分析［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2014，44（1）：77－81.

8 陽(yáng)吉寶，趙錫宏.軟土中樁長(zhǎng)對(duì)樁承載力的影響［J］.中國(guó)港灣建設(shè)，1995，（6）：17－19.

9 H、G、波爾斯，等.粘土中樁長(zhǎng)對(duì)樁承載力的影響［J］.港工技術(shù)，1983（02）：60－63.