探討合理優化管樁設計的策略

文/張以慶、劉曉艷 青島東盛建筑設計事務所有限公司　山東濟南　250014

探討合理優化管樁設計的策略

文/張以慶、劉曉艷 青島東盛建筑設計事務所有限公司山東濟南250014

對于高樁碼頭當中主要的設計內容之一，基樁設計時必須注重樁型和樁結構的適宜性，并對樁和土之間的關系進行協調。當選定了樁型之后，如有必要可合理優化基樁結構使其性價比有效提升。不僅可以使樁基造價有效降低，也不至于會使施工難度加大。筆者在本文當中，就管樁設計的合理優化進行了探討，旨在提升管樁設計水平，促進施工可以順利進行。

管樁；高樁碼頭；基樁設計

一、前言

高樁碼頭結構比較在黏性土、砂土、粉土、碎石土以及風化巖等能夠沉樁的地基當中都比較適用。對此，設計過程當中要優先采用打入樁，促進工程投資成本降低，如果地基巖面較淺或者發生了沉樁困難問題，才能夠運用嵌巖樁基或者灌注樁基。根據打入樁按抗彎要求進行選型時，可以下列經驗為參考：如果抗彎的要求非常高，沉樁貫入的難度不大，可以運用預應力混凝土管樁；若有較高的抗彎要求，但是沉樁貫入時比較困難，則比較適宜選則鋼管樁；如果對于抗彎的要求不高，可以運用預應力混凝土方樁。管樁設計過程中承載力的計算是至關重要的，決定著管樁設計的水平與施工質量，下文作了具體探討。

二、計算管樁單樁垂直極限承載力的優化

1.閉式鋼管樁。此種管樁承載變形的機理和混凝土預制樁是一樣的，計算承載力時可運用和混凝土預制樁的模式以及承載力的相關參數。混凝土預制樁單樁垂直極限承載力主要由極限端阻力以及樁側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。按照樁基相關規范當中的要求，如果根據承載力經驗參數法對單樁垂直極限承載力進行設計，其計算公式如下：

封閉式鋼管樁，也被稱之為閉口鋼管樁，實際當中的運用比較少，但是如果條件符合也可以運用。

2.開口鋼管樁。此種管樁不同于封閉式鋼管樁，承載變形機理和隨載力之間的相關因素變化，比封閉式鋼管樁更加復雜，樁端土閉塞的程度對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。不同的閉塞程度使得端阻力會呈現出不同的破壞模式。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向上擠出，這種是非完全閉塞，會降低端阻力。另一種是像封閉式樁破壞那樣，樁端土塞效應系數是0.8，也是最大值。土塞閉塞程度往往會伴隨樁端進入到持力層的相對深度hb/d而變化的，其中的hb是樁端進入到持力層的深度，d是樁外徑，其范圍變化在0-0.8之間。

在港口工程樁基規范當中，對于鋼管樁樁端阻力以及樁側阻力提高有了相應的規定。如果開口鋼管樁的樁徑小于600厘米，樁尖進入到良發的持力層且深度大于5倍的樁徑時，則可確認樁端土閉塞效應能夠有效地發揮出來，單樁垂直極限承載力的設計值可按時公式(一)來進行計算，如果開口鋼管樁的樁徑大于600厘米，在相關規范當中并未提及具體的計算公式，但是可以建筑樁基技術規范當中的敞口鋼管樁計算公式作為依據，若將持力層以上土層對于樁端閉塞有利的影響，承載力計算比建筑樁基技術規范計算的值要高。如果土的物理指標和承載力參數之間的經驗關系確定了鋼管樁單樁垂直極限承載力標準值，可以下列公式為基礎進行計算：

3.半封閉式鋼管樁。在港口工程樁基規范當中沒有給出具體的計算公式，但是建筑樁基技術規范當中指出了半封式鋼管樁即半敞口鋼管樁的計算公式，同時也可成為計算成本攜手并肩據。半封閉式鋼管樁如果是帶隔板的，可通過等交直徑de代替，其中λp由d來確定，，其中n，是樁端隔板的分割數。

4.計算混凝土空心樁單樁垂直極限承載力。對于先張法的預應力混凝土管樁以及后張法的大管樁來說，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、民用建筑各種工程當中得到了廣泛的應用。先張法的管樁根據強度的等級可以分為預應力混凝土管樁，代號為PC，預應力混凝土薄壁管樁，代號為PTC，預應力高強混凝土管樁，代號為HPC。此種混凝土管樁本體的結構形狀是中空的圓簡形，混凝土的各斷面外徑和壁厚最好相等，按照設計的要求再配以鋼樁尖，即封閉式、半封閉式以及開口式的管樁。

首先，開口混凝土管樁，指的是設置了開口鋼樁尖的一種管樁，此種管樁也是當前較為普遍的一種型式，雖然港口工程樁基規范當中并未給出相應的計算公式，可按照建筑樁基技術規定當中要求，按照土的物理指標和承載力間經驗關系來確定開口混凝土空心樁單樁垂直極限承載力的標準值，并可以下列公式為依據：，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。此管樁主要是設置了封閉式的鋼樁尖的一種管樁，工程中的應用其實并不多，但施工條件如果適合也可以運用，可將港口工程樁基規范當中的計算公式(一)作為依據對承載力進行計算。

最后，半封閉式混凝土管樁。此管樁指的是設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開口混凝土管樁的計算公式來進行計算，并可以半封閉式鋼管樁和等效直徑de代替d來確定λp，其中n，是樁端隔板的分割數。

結語：

樁型的設計可按照水文條件、地質條件、使用的要求、環境要求、施工條件以及耐久性等，以經濟合理以及安全適用的原則來進行選擇。當前，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，大部分運用的是PHC管樁，當基樁自由長度較大或者水平的作用較大時，靠船墩可運用鋼管樁，海港的一些高樁碼頭當中，靠泊船型以及基樁的彎矩均較大，大部分運用的是鋼管樁，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，合理優化管樁設計的策略，只有加強對管樁計算中參數的控制，才能提升管樁設計水平，促進工程順利地施工。

[1]許國平.沿海軟土液化地基PHC管樁的抗震設計[J].建筑結構,2011,02:116-119.

[2]周軍文,魯良輝.復雜環境下預應力混凝土管樁的設計選用[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：結構設計。

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：結構設計。