文/張以慶、劉曉艷 青島東盛建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司　山東濟(jì)南　250014

探討合理優(yōu)化管樁設(shè)計(jì)的策略

文/張以慶、劉曉艷 青島東盛建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司山東濟(jì)南250014

對(duì)于高樁碼頭當(dāng)中主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容之一，基樁設(shè)計(jì)時(shí)必須注重樁型和樁結(jié)構(gòu)的適宜性，并對(duì)樁和土之間的關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)。當(dāng)選定了樁型之后，如有必要可合理優(yōu)化基樁結(jié)構(gòu)使其性價(jià)比有效提升。不僅可以使樁基造價(jià)有效降低，也不至于會(huì)使施工難度加大。筆者在本文當(dāng)中，就管樁設(shè)計(jì)的合理優(yōu)化進(jìn)行了探討，旨在提升管樁設(shè)計(jì)水平，促進(jìn)施工可以順利進(jìn)行。

管樁；高樁碼頭；基樁設(shè)計(jì)

一、前言

高樁碼頭結(jié)構(gòu)比較在黏性土、砂土、粉土、碎石土以及風(fēng)化巖等能夠沉樁的地基當(dāng)中都比較適用。對(duì)此，設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中要優(yōu)先采用打入樁，促進(jìn)工程投資成本降低，如果地基巖面較淺或者發(fā)生了沉樁困難問(wèn)題，才能夠運(yùn)用嵌巖樁基或者灌注樁基。根據(jù)打入樁按抗彎要求進(jìn)行選型時(shí)，可以下列經(jīng)驗(yàn)為參考：如果抗彎的要求非常高，沉樁貫入的難度不大，可以運(yùn)用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁；若有較高的抗彎要求，但是沉樁貫入時(shí)比較困難，則比較適宜選則鋼管樁；如果對(duì)于抗彎的要求不高，可以運(yùn)用預(yù)應(yīng)力混凝土方樁。管樁設(shè)計(jì)過(guò)程中承載力的計(jì)算是至關(guān)重要的，決定著管樁設(shè)計(jì)的水平與施工質(zhì)量，下文作了具體探討。

二、計(jì)算管樁單樁垂直極限承載力的優(yōu)化

1.閉式鋼管樁。此種管樁承載變形的機(jī)理和混凝土預(yù)制樁是一樣的，計(jì)算承載力時(shí)可運(yùn)用和混凝土預(yù)制樁的模式以及承載力的相關(guān)參數(shù)?；炷令A(yù)制樁單樁垂直極限承載力主要由極限端阻力以及樁側(cè)各土層極限投影阻力總和共同組成，端阻力則為樁端全斷面。按照樁基相關(guān)規(guī)范當(dāng)中的要求，如果根據(jù)承載力經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法對(duì)單樁垂直極限承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)，其計(jì)算公式如下：

封閉式鋼管樁，也被稱之為閉口鋼管樁，實(shí)際當(dāng)中的運(yùn)用比較少，但是如果條件符合也可以運(yùn)用。

2.開(kāi)口鋼管樁。此種管樁不同于封閉式鋼管樁，承載變形機(jī)理和隨載力之間的相關(guān)因素變化，比封閉式鋼管樁更加復(fù)雜，樁端土閉塞的程度對(duì)于樁的承載力性狀又有著最為直接的影響，也被稱為閉塞效應(yīng)。不同的閉塞程度使得端阻力會(huì)呈現(xiàn)出不同的破壞模式。其中一種為大量的土塞壓縮使得樁端涌入大量的土或者是土塞沿管內(nèi)向上擠出，這種是非完全閉塞，會(huì)降低端阻力。另一種是像封閉式樁破壞那樣，樁端土塞效應(yīng)系數(shù)是0.8，也是最大值。土塞閉塞程度往往會(huì)伴隨樁端進(jìn)入到持力層的相對(duì)深度hb/d而變化的，其中的hb是樁端進(jìn)入到持力層的深度，d是樁外徑，其范圍變化在0-0.8之間。

在港口工程樁基規(guī)范當(dāng)中，對(duì)于鋼管樁樁端阻力以及樁側(cè)阻力提高有了相應(yīng)的規(guī)定。如果開(kāi)口鋼管樁的樁徑小于600厘米，樁尖進(jìn)入到良發(fā)的持力層且深度大于5倍的樁徑時(shí)，則可確認(rèn)樁端土閉塞效應(yīng)能夠有效地發(fā)揮出來(lái)，單樁垂直極限承載力的設(shè)計(jì)值可按時(shí)公式(一)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，如果開(kāi)口鋼管樁的樁徑大于600厘米，在相關(guān)規(guī)范當(dāng)中并未提及具體的計(jì)算公式，但是可以建筑樁基技術(shù)規(guī)范當(dāng)中的敞口鋼管樁計(jì)算公式作為依據(jù)，若將持力層以上土層對(duì)于樁端閉塞有利的影響，承載力計(jì)算比建筑樁基技術(shù)規(guī)范計(jì)算的值要高。如果土的物理指標(biāo)和承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定了鋼管樁單樁垂直極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，可以下列公式為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算：

3.半封閉式鋼管樁。在港口工程樁基規(guī)范當(dāng)中沒(méi)有給出具體的計(jì)算公式，但是建筑樁基技術(shù)規(guī)范當(dāng)中指出了半封式鋼管樁即半敞口鋼管樁的計(jì)算公式，同時(shí)也可成為計(jì)算成本攜手并肩據(jù)。半封閉式鋼管樁如果是帶隔板的，可通過(guò)等交直徑de代替，其中λp由d來(lái)確定，，其中n，是樁端隔板的分割數(shù)。

4.計(jì)算混凝土空心樁單樁垂直極限承載力。對(duì)于先張法的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁以及后張法的大管樁來(lái)說(shuō)，均為混凝土空心樁，并且在港口、橋梁、市政、鐵路、水利、公路以及工業(yè)、民用建筑各種工程當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。先張法的管樁根據(jù)強(qiáng)度的等級(jí)可以分為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，代號(hào)為PC，預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁，代號(hào)為PTC，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，代號(hào)為HPC。此種混凝土管樁本體的結(jié)構(gòu)形狀是中空的圓簡(jiǎn)形，混凝土的各斷面外徑和壁厚最好相等，按照設(shè)計(jì)的要求再配以鋼樁尖，即封閉式、半封閉式以及開(kāi)口式的管樁。

首先，開(kāi)口混凝土管樁，指的是設(shè)置了開(kāi)口鋼樁尖的一種管樁，此種管樁也是當(dāng)前較為普遍的一種型式，雖然港口工程樁基規(guī)范當(dāng)中并未給出相應(yīng)的計(jì)算公式，可按照建筑樁基技術(shù)規(guī)定當(dāng)中要求，按照土的物理指標(biāo)和承載力間經(jīng)驗(yàn)關(guān)系來(lái)確定開(kāi)口混凝土空心樁單樁垂直極限承載力的標(biāo)準(zhǔn)值，并可以下列公式為依據(jù)：，如果hdld小于5，λp= 0.16hdld，hdld如果大于5，λp則等于0.8。

其次，封閉式混凝土管樁。此管樁主要是設(shè)置了封閉式的鋼樁尖的一種管樁，工程中的應(yīng)用其實(shí)并不多，但施工條件如果適合也可以運(yùn)用，可將港口工程樁基規(guī)范當(dāng)中的計(jì)算公式(一)作為依據(jù)對(duì)承載力進(jìn)行計(jì)算。

最后，半封閉式混凝土管樁。此管樁指的是設(shè)置了半封閉式的鋼樁尖的一種管樁，單樁垂直極限承載力可根據(jù)開(kāi)口混凝土管樁的計(jì)算公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算，并可以半封閉式鋼管樁和等效直徑de代替d來(lái)確定λp，其中n，是樁端隔板的分割數(shù)。

結(jié)語(yǔ)：

樁型的設(shè)計(jì)可按照水文條件、地質(zhì)條件、使用的要求、環(huán)境要求、施工條件以及耐久性等，以經(jīng)濟(jì)合理以及安全適用的原則來(lái)進(jìn)行選擇。當(dāng)前，在高樁碼頭中管樁是主力樁型。像一些靠泊船型以及基樁彎矩較大的碼頭，大部分運(yùn)用的是PHC管樁，當(dāng)基樁自由長(zhǎng)度較大或者水平的作用較大時(shí)，靠船墩可運(yùn)用鋼管樁，海港的一些高樁碼頭當(dāng)中，靠泊船型以及基樁的彎矩均較大，大部分運(yùn)用的是鋼管樁，只有一部分采用大管樁以及PHC管樁。筆者在上文探討了選定樁型之后，合理優(yōu)化管樁設(shè)計(jì)的策略，只有加強(qiáng)對(duì)管樁計(jì)算中參數(shù)的控制，才能提升管樁設(shè)計(jì)水平，促進(jìn)工程順利地施工。

[1]許國(guó)平.沿海軟土液化地基PHC管樁的抗震設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu),2011,02:116-119.

[2]周軍文,魯良輝.復(fù)雜環(huán)境下預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的設(shè)計(jì)選用[J].混凝土與水泥制品,2011,05:29-30.

張以慶，男，1983.03籍貫：山東省濱州市職稱：助理工程師論文方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

劉曉艷，女，1988.10籍貫：山東省蓬萊市職稱：助理工程師論文方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。