預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在某工程中的應(yīng)用研究

史 坤 孫鵬輝

(1.煙臺市房屋建筑勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，山東煙臺 264000;2.山東巖土勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東煙臺 264000)

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁因其樁身混凝土強(qiáng)度高，質(zhì)量可靠，工期短，施工速度快，綜合造價低等優(yōu)點(diǎn)而得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但其也存在著抗剪、抗彎性能差的缺點(diǎn)，限制了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的應(yīng)用。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的性能

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁除主要承受上部結(jié)構(gòu)物傳下來的豎向荷載外，還有可能承受來自水平方向的荷載和彎矩，這要求預(yù)應(yīng)力混凝土管樁應(yīng)具有良好的軸向抗壓性能，較好的水平抗剪及抗彎性能。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁由于采用高強(qiáng)度混凝土，具有良好的軸向抗壓性能，但其水平抗剪及抗彎性能較差。根據(jù)圖集10G409預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，對于PHC-500-100-AB預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，其樁身受剪承載力設(shè)計(jì)值為233 kN，其抗裂彎矩為138 kN·m，其樁身軸向受壓承載力設(shè)計(jì)值3 158 kN。

2 工程概況

2.1 工程地質(zhì)概況

本工程場地位于某市開發(fā)區(qū)，其地貌類型為海岸平原。場地內(nèi)地基土在勘察深度范圍內(nèi)劃分為12個工程地質(zhì)層，即①層耕土、①-1層素填土、②層粉質(zhì)黏土、③層粉質(zhì)黏土、③-1層粉細(xì)砂、④層粉質(zhì)黏土、⑤層粉質(zhì)黏土、⑤-1層中粗砂、⑤-2層粗礫砂、⑥層角礫、⑦層強(qiáng)風(fēng)化片巖、⑧層中風(fēng)化片巖。各土層的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。該場地地勢較平坦，地下水位埋深較淺，地基土的工程性質(zhì)較差。

表1 地基土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)平均值

2.2 單樁靜載荷試驗(yàn)概況

根據(jù)工程場地地層分布情況，擬建場地布置4根工程試驗(yàn)樁，樁型選用PHC-500-100-AB型預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，錘擊法沉樁，進(jìn)行破壞性試樁，試樁資料如表2所示。經(jīng)單樁載荷試驗(yàn)確定的單樁承載力特征值大于設(shè)計(jì)單樁承載力，均滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 試樁資料表

3 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的應(yīng)用分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果的分析

根據(jù)勘察報(bào)告推薦的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值及極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，按JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范估算相同樁型預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的單樁承載力特征值為2 371.9 kN～2 502.3 kN，對比表2可以看出，經(jīng)單樁靜載荷試驗(yàn)確定的單樁承載力要比勘察報(bào)告的推薦值大很多。這是因?yàn)楣軜秾儆跀D土樁，在施工過程中，使得樁周土層密實(shí)度得到了提高［1］。

3.2 影響單樁豎向承載力的因素

單樁豎向承載力由側(cè)摩阻力及端阻力組成。樁受到豎向荷載的作用，會產(chǎn)生相對樁側(cè)土體向下的位移，而使樁的側(cè)摩阻力得到發(fā)揮。在側(cè)摩阻力逐步發(fā)揮并達(dá)到極限值后，其荷載增量就由端阻力來承受。

1)工程地質(zhì)條件。樁周土及樁端土的特性影響著樁的側(cè)摩阻力及端阻力的發(fā)揮。樁土間的側(cè)向位移是產(chǎn)生樁側(cè)摩阻力的主要原因，而側(cè)摩阻力的大小取決于樁周土的類別和強(qiáng)度。樁端土的剪切和壓縮特性決定了端阻力的大小。

2)樁的尺寸。根據(jù)JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范推薦的計(jì)算公式，樁的側(cè)摩阻力隨著樁長的增大而增大。根據(jù)實(shí)測結(jié)果，在一定深度范圍內(nèi)，樁的側(cè)摩阻力與深度為正比關(guān)系，但當(dāng)深度繼續(xù)增加時，樁的側(cè)摩阻力達(dá)到極限值，不再增加。樁徑增大，樁的截面積增大，樁的端阻力也隨之增大。但軟土中樁徑對樁的端阻力影響有限。

3)施工順序。施工時，管樁會產(chǎn)生擠土效應(yīng)或擾動樁側(cè)土體。擠土效應(yīng)導(dǎo)致樁側(cè)土體變得密實(shí)，而提高樁的側(cè)摩阻力，樁側(cè)土體被擾動后，強(qiáng)度減弱，相應(yīng)的側(cè)摩阻力也隨之減小。施工結(jié)束靜置一段時間后，樁側(cè)土體重新固結(jié)使得土體強(qiáng)度隨之增加，甚至可能超過施工前的水平。因此，合理的施工順序，可以使預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的側(cè)摩阻力得到更好的發(fā)揮。

4)時間效應(yīng)。施工時產(chǎn)生的擠土效應(yīng)對土體產(chǎn)生擠密和擾動，同時產(chǎn)生超孔隙水壓力。成樁時，超孔隙水壓力得不到消散，此時的側(cè)摩阻力較小。超孔隙水壓力隨著時間的推移消散后，樁側(cè)土體強(qiáng)度得到恢復(fù)，樁側(cè)摩阻力也隨之增大。

5)加荷速率。加荷速率快可以提高樁端阻力。

3.3 影響單樁水平承載力的因素

根據(jù)文獻(xiàn)，混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力、壁厚和剪跨比均對管樁的受剪開裂特征有重大影響［2］。

4 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在本工程中得到應(yīng)用，通過試樁，提高了設(shè)計(jì)單樁承載力，節(jié)省了施工成本。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁應(yīng)采用合理的樁徑和樁長，控制長徑比。

單樁靜載荷試驗(yàn)應(yīng)在施工結(jié)束后靜置一段時間，待擾動土固結(jié)后再進(jìn)行。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的單樁水平抗剪及抗彎能力較差，施工中可采用最上面一節(jié)樁型號或壁厚高于下節(jié)樁的配樁方案，或?qū)ψ钌厦嬉还?jié)樁進(jìn)行灌芯處理。

［1］蔡 健，周萬清，林奕禧，等.深厚軟土超長預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁軸向受力性狀的試驗(yàn)研究［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2006，39(10)：102-106.

［2］周 安，陳 凱，劉小樂，等.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁抗裂抗剪性能研究［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，36(9)：1093-1096.

［3］陳 峰.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工技術(shù)及常見問題處理［J］.山西建筑，2013，39(10)：79-80.