預應力混凝土管樁在某工程中的應用研究

史 坤 孫鵬輝

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

0 引言

預應力混凝土管樁因其樁身混凝土強度高，質量可靠，工期短，施工速度快，綜合造價低等優點而得到了越來越廣泛的應用，但其也存在著抗剪、抗彎性能差的缺點，限制了預應力混凝土管樁的應用。

1 預應力混凝土管樁的性能

預應力混凝土管樁除主要承受上部結構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，這要求預應力混凝土管樁應具有良好的軸向抗壓性能，較好的水平抗剪及抗彎性能。

預應力混凝土管樁由于采用高強度混凝土，具有良好的軸向抗壓性能，但其水平抗剪及抗彎性能較差。根據圖集10G409預應力混凝土管樁，對于PHC-500-100-AB預應力混凝土管樁，其樁身受剪承載力設計值為233 kN，其抗裂彎矩為138 kN·m，其樁身軸向受壓承載力設計值3 158 kN。

2 工程概況

2.1 工程地質概況

本工程場地位于某市開發區，其地貌類型為海岸平原。場地內地基土在勘察深度范圍內劃分為12個工程地質層，即①層耕土、①-1層素填土、②層粉質黏土、③層粉質黏土、③-1層粉細砂、④層粉質黏土、⑤層粉質黏土、⑤-1層中粗砂、⑤-2層粗礫砂、⑥層角礫、⑦層強風化片巖、⑧層中風化片巖。各土層的主要物理力學性質指標如表1所示。該場地地勢較平坦，地下水位埋深較淺，地基土的工程性質較差。

表1 地基土主要物理力學性質指標平均值

2.2 單樁靜載荷試驗概況

根據工程場地地層分布情況，擬建場地布置4根工程試驗樁，樁型選用PHC-500-100-AB型預應力混凝土管樁，錘擊法沉樁，進行破壞性試樁，試樁資料如表2所示。經單樁載荷試驗確定的單樁承載力特征值大于設計單樁承載力，均滿足設計要求。

表2 試樁資料表

3 預應力混凝土管樁的應用分析

3.1 試驗結果的分析

根據勘察報告推薦的預應力混凝土管樁極限側阻力標準值及極限端阻力標準值，按JGJ 94-2008建筑樁基技術規范估算相同樁型預應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，經單樁靜載荷試驗確定的單樁承載力要比勘察報告的推薦值大很多。這是因為管樁屬于擠土樁，在施工過程中，使得樁周土層密實度得到了提高［1］。

3.2 影響單樁豎向承載力的因素

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

1)工程地質條件。樁周土及樁端土的特性影響著樁的側摩阻力及端阻力的發揮。樁土間的側向位移是產生樁側摩阻力的主要原因，而側摩阻力的大小取決于樁周土的類別和強度。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JGJ 94-2008建筑樁基技術規范推薦的計算公式，樁的側摩阻力隨著樁長的增大而增大。根據實測結果，在一定深度范圍內，樁的側摩阻力與深度為正比關系，但當深度繼續增加時，樁的側摩阻力達到極限值，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，管樁會產生擠土效應或擾動樁側土體。擠土效應導致樁側土體變得密實，而提高樁的側摩阻力，樁側土體被擾動后，強度減弱，相應的側摩阻力也隨之減小。施工結束靜置一段時間后，樁側土體重新固結使得土體強度隨之增加，甚至可能超過施工前的水平。因此，合理的施工順序，可以使預應力混凝土管樁的側摩阻力得到更好的發揮。

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

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

根據文獻，混凝土有效預壓應力、壁厚和剪跨比均對管樁的受剪開裂特征有重大影響［2］。

4 結語

預應力混凝土管樁在本工程中得到應用，通過試樁，提高了設計單樁承載力，節省了施工成本。

預應力混凝土管樁應采用合理的樁徑和樁長，控制長徑比。

單樁靜載荷試驗應在施工結束后靜置一段時間，待擾動土固結后再進行。

預應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樁型號或壁厚高于下節樁的配樁方案，或對最上面一節樁進行灌芯處理。

［1］蔡 健，周萬清，林奕禧，等.深厚軟土超長預應力高強混凝土管樁軸向受力性狀的試驗研究［J］.土木工程學報，2006，39(10)：102-106.

［2］周 安，陳 凱，劉小樂，等.預應力混凝土管樁抗裂抗剪性能研究［J］.合肥工業大學學報(自然科學版)，2013，36(9)：1093-1096.

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