八度抗震區高層建筑高強預應力管樁基礎的應用

摘要:預應力混凝土管樁作為一種成熟的樁基礎形式已越來越被大家所接受，其以施工速度快、長度易調整、質量較可靠、造價較合理、易于檢測、現場清潔等優點，被廣泛地應用于工業與民用建筑中。但是我們知道，抗震設防烈度為8度及以上地區，不宜采用預應力混凝土管樁。為了解決這一問題，本文介紹了預應力高強混凝土管樁的發展應用情況與存在問題，并提出了建議。

關鍵詞:預應力混凝土管樁;8度抗震區;水平承載力

近十多年來，預應力高強混凝土管樁在我國的生產與應用以驚人的速度迅速發展，生產管樁的企業10年內增加了近10倍。國家標準圖集“預應力混凝土管樁”03SG409，適用范圍為非抗震區和抗震設防烈度6度、7度的地區，若使用于抗震設防烈度8度的地區，則需另行驗算。

1 水平承載力的計算

1.由樁身強度確定的水平承載力

隨著樁基工程應用的增多和普及，水平承載力深入研究，國內抗震宏觀調查，除建于液化地基上的建筑，地基基礎有較多失效報導外，地下室和樁的地震損壞遠遠小于上部結構。樁基水平承載力的驗算應考慮承臺、地下室外墻側面土的抗力也已進入有關規范的條文。樁基設計，近年來一般只做樁的豎向靜荷載試驗和豎向承載力驗算，不再做樁水平靜荷載試驗和樁水平承載驗算，認為考慮承臺、地下室外墻土的水平抗力后，樁的水平承載力已能滿足抗震要求。管樁的水平承載力，一由樁身強度決定，即樁身的抗剪承載力和抗裂彎矩。二由管樁樁側土的抗力決定的水平承載力，可由樁的水平靜荷載試驗確定或采用m法估算。一般后者的抗力小于前者。預應力管樁抗剪承載力設計值(Vcs)、抗裂彎矩標準值(Mk)與可用于8度地震區C型預制方樁的比較。

由以上兩表計算結果分析可以得到如下結論:

(1)預應力高強混凝土管樁，在水平地震力作用下，樁身抗裂彎矩除Φ400×95A型樁外均高于可用于8度抗震的相近規格C類預制方樁。預應力高強混凝土管樁不出現裂縫，預制方樁允許出現裂縫，裂縫寬度Wmax≤0.2mm。

(2)預應力高強混凝土管樁，在水平地震力作用下，樁身抗剪承載力，中國規范無計算公式，參照日本規范的公式計算，按日本規范規定混凝土抗拉強度ft=5?39N/mm2計算，管樁的抗剪承載力除Φ400×95A型樁外高于或接近于可用于8度抗震的相近規格C類預制方樁。

(3)按樁身強度驗算樁的水平承載力時，水平地震力應采用設計值，地震力的分項系數為1?30。樁身的抗剪承載力、抗彎承載力應除以承載力抗震調整系數rRE，抗剪時為0?85，抗彎時為0?75。

2.由管樁樁側土確定的樁水平承載力

2?1 由單樁水平靜荷載試驗確定單樁水平承載力;

2?2 按電算程序估算管樁水平承載力

無管樁計算程序，應將管樁截面折算后才能電算。可參考使用程序為:

(1)理正工具箱:樁水平承載力驗算;

(2)PKPM的JCCAD:基樁橫向承載力校核。

2?3 按管樁樁側土確定的水平承載力作抗震驗算時，同豎向承載力抗震驗算一樣，水平地震力取標準值，管樁的水平承載力應乘1?25的提高系數。

當m=4時(相當于軟塑、流塑狀飽和黃土);對于Φ400×95管樁，樁水平承載力特征值Qa約為104?6KN，樁身強度控制的豎向承載力特征值Ra約為1500KN，1?25Qa/Ra=8?72%;對于Φ500×125管樁，Qa約為164?6KN，Ra約為2500KN，1?25Qa/Ra=8?23%。相當于地震剪力和建筑物總重之比不超過該值時，可不作抗震驗算。

2 預應力混凝土管樁設計與施工

以某八度抗震區工程實例為例。該工程經方案比較，并且進行計算比選，樁選用A型預應力高強混凝土管樁（PHC），樁外徑￠500，壁厚100，混凝土強度等級C80，即選用國家標準設計圖集03SG409中PHC-A500（100）-H。設計的樁尖持力層選在第（5）（6）（7）層強風化粉砂巖、中風化粉砂、微風化石灰巖層。樁進入持力層不小于0.5m，樁長約8至44m，并根據現場實際地形情況進行適當調整，樁長總體相差較大。初步計算單樁豎向承載力最大特征值為1200kN，樁頂進入承臺50mm。考慮本工程的特殊地質條件，必須進行試樁才能確定合適的單樁豎向承載力最大特征值。

1.預應力混凝土管樁試樁

預應力混凝土管樁試樁共選取3根，在現場，由業主、監理、施工單位商量一致意見后，選定位于不同部位的3根樁進行試樁。從2007年3月17日上午開始，對選定的3根樁按計算單樁豎向承載力最大特征值1200kN分級靜壓進行試樁，每級270kN，加壓至10.5級荷載，達到2900kN，是設計承載力最大特征值的2.4倍，3根試樁均完好。根據以往通常的設計經驗，又經過試樁數據的分析，決定將單樁豎向承載力最大特征值定為1200kN。

2.預應力混凝土管樁施工

從2009年4月21日上午開始，進行正式壓樁施工。開始63根樁按設計要求施工比較順利，加壓至10.5級荷載，均達到2900kN。但在以后的壓樁施工中，從126號至154號樁段中，壓至18～19m時出現斷裂，壓力僅750～1600kN，根據地質資料反映在19m處局部有石灰巖、溶洞。各根樁的壓樁情況如下：

191#：壓樁深度23m，探孔深度18m，壓力2400kN。1

54#：壓樁深度30m，探孔深度13m，壓力1250kN。1

22#：壓樁深度32m，探孔深度25m，壓力2400kN。

58#：壓樁深度39m，探孔深度23m，壓力2200kN。6

0#：壓樁深度30.5m，探孔深度23m，壓力2200kN。6

2#：壓樁深度38m，探孔深度13m，壓力1500kN。6

7#：壓樁深度28m，探孔深度16m，壓力1500kN。3

9#：壓樁深度60.10m，壓力2800kN（復壓3次下沉4公分）。

在操作過程中凡在斷折深度位置感到有輕微受壓及振蕩，壓完126號至133號樁，將壓樁機移至樁長只有10m處下壓，現象也是一樣，壓樁時在10m處的樁管有黃泥水涌上。

3.出現問題原因分析

在沉樁過程中出現以上情況，設計單位得知后要求立刻停止壓樁施工，認真查閱研究《巖土工程詳細勘察報告》，根據問題樁位置一一對照地質情況，查找原因。經過設計單位與業主、監理、施工單位共同商討，可以判斷出是樁身斷裂。樁身斷裂主要原因：（1）工程勘察存在的問題是勘察點太少，樁身在施工中遇到有石灰巖、溶洞，硬度大的土層，且起伏較大，樁尖沒有進入持力層而滑移，出現較大彎曲，在集中荷載作用下，樁身不能承受抗彎而斷裂。（2）由于第④層砂質粘性土層土質總體硬實，不均勻，臨近基巖中央的土段易受地下水軟化而呈軟～可塑狀，工程性質不甚穩定。持力層第⑤層強風化粉砂巖巖質堅硬。導致樁壓到持力層土層時，樁尖進入持力層較少，壓入量很少，但壓力在不斷提高，到一定壓力時出現彎曲而斷裂。

預防措施：經過仔細探討分析，了解周圍及附近場地的壓樁經驗，決定采取如下措施：（1）到達持力層時，減慢壓樁速度；（2）降低單樁豎向承載力最大特征值，經計算，決定采用800kN，樁頂進入承臺50mm，確保樁體完整。治理方法：施工中已經出現的斷裂樁，會同設計人員共同研究處理辦法，根據工程地質條件、上部荷載及所處的結構部位，采取補樁的方法解決。還沒有壓樁的部位，單樁豎向承載力最大特征值調整為800kN，加壓至7級荷載，達到1900kN，是設計承載力最大特征值的2.4倍。一旦沉樁量達到要求，樁頂進入承臺50mm，不再加載，確保樁體完整。

4.結果良好

經過以上預防措施的制定、具體治理方法的研究確定，施工單位按此要求進行施工壓樁，沒有再出現斷樁現象，整體施工進度也大大提高，此后壓的樁全部壓到1900kN的壓力，沒有再出現斷裂樁，滿足了設計要求，并且一次檢測通過。

參考文獻

[1]楚杰，曹合慶，左宏，郭全榮.預應力高強混凝土管樁(PHC)竣工檢測實例分析[J].陜西建筑.2010(08)

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