遼寧地區(qū)高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁特征值的取值

摘 要:在遼寧地區(qū)，合理控制高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的終壓值，適當(dāng)?shù)膶Ω邚婎A(yù)應(yīng)力混凝土管樁特征值取值。

關(guān)鍵詞:高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁靜壓終壓值特征值

中圖分類號:TU473文獻標(biāo)識碼:Ａ文章編號:1674-098X(2011)05(c)-0026-01

高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁質(zhì)量好，強度高，耐靜壓，施工時采用靜壓方法，速度快，單樁承載力強，且造價較低，沉樁過程無振動，無噪聲，無油煙，場地清潔，而且在嚴(yán)寒和寒冷的冬季仍可施工，經(jīng)過多年使用驗證是一種較為完善的樁施工方法。在遼寧地區(qū)這種樁形式得到設(shè)計施工及有關(guān)方面的認可和重視，創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工方法

高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工是通過靜力壓樁機的施壓機械以壓樁機自重和樁架上的配重作反力而將高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁壓入土(巖)層中的一種成樁工藝。高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的樁端持力層一般可選擇在較硬的黏性土層，中密~密實的砂類土層內(nèi)。

2 高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁受力簡述

根據(jù)有關(guān)資料介紹，高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在靜壓力作用下沉入地基土中時，樁側(cè)與樁周土體之間的摩阻力是滑動摩阻力，其值比較小，而且在同一土層中基本保持不變，不隨樁身入土深度的增大而增大，而是隨著樁端處的土體軟硬度抗沖剪阻力大小而波動，所以高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的壓樁力主要來自樁端向下穿透土層時直接沖剪樁端土體的阻力。

高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁穿越的土層上部，一般軟弱土相對較多，含水量也比較大，當(dāng)管樁在垂直靜壓力作用下沉入地基土層中時，樁尖土體被沖剪，樁周土體受剪切擠壓，孔隙水受到?jīng)_剪擠壓形成不均勻水頭，產(chǎn)生超孔隙水壓力，擾動了土體結(jié)構(gòu)，使樁周一定范圍內(nèi)的土體抗剪強度降低，黏性土發(fā)生嚴(yán)重軟化，粉土、砂土發(fā)生稠化，此時管樁易下沉。一旦壓樁終止，隨著時間延長，樁周土固結(jié)土的抗力又逐漸恢復(fù)，甚至有可能超過其原始強度。沉樁完成后，該樁保持正常使用時可承載的最大荷載，也是樁端阻力(支持力)和樁側(cè)摩阻力的總極限值，除以2為容許承載力。高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的壓樁力是沉樁過程中強迫樁貫入土中所需的靜壓力，主要來自樁機克服樁端土(巖)體的抗沖剪阻力，是一種破壞土(巖)層的荷載，一般叫終壓力，兩者是不同的。

3 高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁終壓力值的估計

高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁終壓力很難準(zhǔn)確的計算出來，這是由于工程地質(zhì)的復(fù)雜性、多變性造成的。從遼寧部分沉樁資料分析，終壓力值大致可為:

(1)摩擦端承樁，樁頂荷載主要由樁端阻力承擔(dān)時，終壓力值可取。

Pez=(2.5～3.0)Ra;

(2)端承摩擦樁，柱頂荷載主要由樁側(cè)摩阻力承擔(dān)時樁長大于20m時，終壓力值可取Pez≥2Ra。

Ra為單樁豎向承載力特征值。

總之，由于工程地質(zhì)的復(fù)雜多變，以及測試資料尚不很多，破壞的試驗更少，《遼寧省建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》提供的地基承載力數(shù)據(jù)還是偏低的因此工程設(shè)計時一定要在同一條件下的場地先試樁，根據(jù)試樁確定靜壓樁的終壓力值和樁的承載力極限值(包括特征值)。成樁后還要根據(jù)規(guī)范對工程樁進行載荷試驗(可利用靜壓樁機進行)，以確保工程質(zhì)量和安全。

4 高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁特征值

在《遼寧省建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》中高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的端阻力值對砂類土和碎石類土提供的樁端阻力比一般預(yù)制樁端阻力高出60%～80%，實際試驗可高出1倍有余。目前高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁承載力特征值，設(shè)計使用大致為:Φ300取Ra=600～800kN(個別用到850kN)，Φ400取Ra=1200～1400kN(個別用到1500kN)，Φ500取Ra=1800kN以上。高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁其承載力特征值之所以較高，其原因大致分為以下三點。

(1)單樁承載力與沉樁設(shè)備能力密切相關(guān)，沉樁設(shè)備能力強，樁端進入持力層的深度就大，而樁端在“臨界深度”范圍內(nèi)隨著樁端進入持力層的加深，極限端阻力隨深度而增加，這在《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》JGJ91-2008中也已顯示。

(2)單樁承載力與樁身材料強度有著相輔相成的關(guān)系，一般預(yù)制樁樁身混凝土強度等級大都在C30~C40，即使沉樁設(shè)備能力很強，由于樁身強度的限制，預(yù)制樁也很難進入更密實的土層;而管樁樁身混凝土等級達到C80以上，質(zhì)量高，具備了進入更密土層的有利條件;特別是錘擊施工的高強預(yù)應(yīng)力管樁，其特點更為明顯，這是一般預(yù)制樁無法比擬的。

(3)單樁承載力與預(yù)壓密制樁過程有直接關(guān)系。高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在壓樁時，其終壓力往往比預(yù)估的單樁承載力特征值大，由于終壓力值較大，致使樁端一定范圍內(nèi)的土體經(jīng)歷了預(yù)壓密實的過程，因此管樁端阻力比一般預(yù)制樁大大提高。

5 高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身豎向承載力特征值的取值

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁03SG409全國標(biāo)準(zhǔn)圖提供預(yù)應(yīng)力高強混凝土C80管樁(PHC樁)，樁身結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計值按公式Rp=ψcfcA計算，式中ψc為工作條件系數(shù)，取0.7;承載力特征值Ra取Ra=Rp/1.35。則:

Φ300，Rp=1250kN;Ra=900kN;

Φ400，Rp=2250kN;Ra=1650kN;

Φ500，Rp=3150kN;Ra=2300kN。

根據(jù)沈陽市《靜壓管樁基礎(chǔ)技術(shù)暫行規(guī)定》，考慮管樁混凝土的有效預(yù)應(yīng)力σpc的作用(σpc=5Mpa)，則管樁樁身豎向承載力設(shè)計值:

Rp=0.3(fce－σpc)A (1)

式中:fce—— 管樁離心混凝土抗壓強度，C80取fce=80Mpa;

A—— 管樁橫斷面面積。

Φ300，Rp=1140kN;Ra=850kN;

Φ400，Rp=2050kN;Ra=1520kN;

Φ500，Rp=2830kN;Ra=2100kN。

由上述計算結(jié)果所示，Φ300和Φ400管樁承載力幾乎全部用足，雖然在承載力計算公式中已經(jīng)估計到一些不利因素，取工作條件系數(shù)ψc=0.7，但在實際設(shè)計時對場地的變化還有全面分析。如成樁設(shè)備控制產(chǎn)生的偏心，由于場地土質(zhì)較軟擠樁的傾斜，樁身上部回填土是否固結(jié)，是否還存在部分高承臺樁，他們對樁的承載力會產(chǎn)生或多或少的影響，特別是個別工程還為一柱一樁的多層框架基礎(chǔ)。因此高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁承載力特征值的取值，需全面分析后適當(dāng)增加。

綜上所述，遼寧地區(qū)高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁特征值，設(shè)計和施工經(jīng)驗還不足，仍需在設(shè)計中不斷探索。