高強預(yù)應(yīng)力管樁PHC樁基礎(chǔ)設(shè)計問題分析

黃麗欽

廈門新區(qū)建筑設(shè)計院有限公司（361000）

高強預(yù)應(yīng)力管樁PHC樁基礎(chǔ)設(shè)計問題分析

黃麗欽

廈門新區(qū)建筑設(shè)計院有限公司（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)力高強混凝土管樁；樁基礎(chǔ)設(shè)計；應(yīng)用分析

1 管樁的應(yīng)用

高強預(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、施工工藝簡單、進度快、施工現(xiàn)場整潔、造價低廉和設(shè)計布樁方便等優(yōu)勢，得到了廣大工程界人士的肯定，被廣泛運用于工程建設(shè)中。但使用不當時，常出現(xiàn)工程事故。如管樁作為抗拔樁使用時，如果管樁與承臺接頭或多節(jié)管樁接頭不牢固，就會出現(xiàn)抗拔失效，地下室上??；管樁在軟弱土層中使用時，由于管壁較薄，存在管樁剪切破壞的危險等。

實際工程中，不同地方都有針對當?shù)毓軜哆\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，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，地下水對混凝土、鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)有腐蝕性時，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?shù)叵滤畬炷?、鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)有腐蝕性時壁厚應(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，價錢便宜，具有破巖能力強等優(yōu)點。在穿越較厚砂層時，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)計的前提，管樁工程要求地質(zhì)勘察報告中多提供有用的標貫擊數(shù)N值,遇到砂夾層、砂層、殘積層及強風化巖層時多做一些標貫試驗。殘積層最好每2 m、強風化巖層最好每1 m測一次N值，有利于制定配樁和打樁收錘標準。有些勘察單位勘察作業(yè)時，在持力層上面的軟土層中做了許多標貫試驗，在硬夾層和強風化巖層標貫試驗次數(shù)少，這樣得出的數(shù)據(jù)不精確，會給設(shè)計帶來一定的誤差，給施工帶來一定困難。

有些勘察人員工程經(jīng)驗不足，提供的巖土力學指標不符合實際，給出的設(shè)計參數(shù)比實際偏小許多,導致計算單樁豎向抗壓承載力設(shè)計特征值Ra比實際應(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，這種吸附作用會更強。同時，樁端砂層也因樁的不斷施打，擠土密實效應(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)報告書及規(guī)范提供的經(jīng)驗公式計算，是無法得到管樁實際的承載力。

筆者在一項工程在設(shè)計時，先選有代表性的樁作靜載試驗，根據(jù)地質(zhì)報告提供的技術(shù)參數(shù)，按單樁豎向抗壓承載力特征值的經(jīng)驗計算,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結(jié)果是:樁徑Φ500，Ra＝2 200 kN；樁徑Φ400，Ra＝1 500 kN。設(shè)計時按靜載試驗結(jié)果取值,最終全部樁基施工完成后，樁基靜載檢測均合格。

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行靜載試驗，以此確定樁的極限承載力。靜載檢測時，工程管理人員要進行現(xiàn)場監(jiān)督，詳細記錄相關(guān)數(shù)據(jù),即可獲得符合實際的單樁豎向極限承載力，又可驗證地質(zhì)勘察報告書，檢查施工機械設(shè)備情況。

但實際工程中，不可能要求每項工程都先做靜載試驗，有些是由于開發(fā)商進度安排的原因、有些是由于場地受限的原因。近十多年來，預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)工程的設(shè)計經(jīng)驗證明，除依據(jù)地質(zhì)勘察報告書提供的技術(shù)參數(shù)計算樁的承載力之外，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)計值Rp折減除以1.35作為管樁樁身結(jié)構(gòu)對應(yīng)的單樁豎向抗壓承載力最大特征值Ra（Ra≈Rp/1.35）。這種方法實用簡單，又能發(fā)揮單樁最大的承載率，實用經(jīng)濟合理。

例如:樁徑Φ500-100 PHC樁經(jīng)驗公式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度設(shè)計值（MPa），按國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》取值，C80混凝土，取fc=35.9 MPa；A—管樁截面面積（mm2）。

在實際工程應(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)計人員再結(jié)合工程經(jīng)驗,根據(jù)土的持力層的深度、厚度、密實度及管樁入土的深度而決定取低值或高值。

在多項工程中，樁長在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。靜載試驗結(jié)果證明，這樣設(shè)計承載力取值完全沒有問題。

3 收錘標準

錘擊管樁除純摩擦樁按樁長控制外,施工時，通常以最后貫入度及樁尖進入持力層深度為收錘標準。貫入度與柴油錘重量、落距、樁的長度、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，而對于最后貫入度的要求則可適當放松。根據(jù)工程實際,一般錘擊數(shù)控制在50～100 mm/10擊為收錘標準，經(jīng)靜載試驗結(jié)果證明均能達到設(shè)計承載力。有人認為貫入度越小越好，其實是錯誤的。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，對樁身質(zhì)量無好處。根據(jù)樁尖持力層的密實程度，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 管樁與承臺的連接構(gòu)造

預(yù)應(yīng)力高強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的連接處理，應(yīng)有一定的構(gòu)造加強措施，提高管樁樁頭部分的抗剪、抗扭、抗撥能力，增強管樁的延性，以免發(fā)生脆性破壞。筆者在工程實際設(shè)計中除按規(guī)范要求進行地震作用下的管樁承載力驗算外，還嚴格控制樁頭入承臺深度100 mm，單樁承臺配立體六面鋼筋籠，樁頂灌芯長度、樁與承臺連接鋼筋均按最小配筋率及管樁抗拔承載力要求進行計算，同時進行樁身抗裂驗算。

5 施工中應(yīng)注意的事項

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

6 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁的工藝技術(shù)，目前已經(jīng)相當成熟了，預(yù)應(yīng)力管樁通過現(xiàn)場靜載試驗結(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際承載力，也更經(jīng)濟合理。但在使用預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁時，應(yīng)注意采取適當?shù)氖┕し椒皹?gòu)造措施，以免造成工程事故；在工程實踐中，還需要不斷積累和總結(jié)預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)的設(shè)計經(jīng)驗，進一步提高管樁應(yīng)用的技術(shù)水平。

[1]03SG409,預(yù)應(yīng)力混凝土管.樁國家建筑標準設(shè)計圖集[S].

[2]福建省建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計若干規(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)計及施工研究[J].湘潭師范學院學報(自然科學版),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].華北國土資源,2009(03).

的時間內(nèi)要完成澆筑,要加強現(xiàn)場組織與協(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，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。