預應力管樁水平承載特性分析及接樁技術研究

摘要：預應力混凝土管樁與傳統預制樁相比優點頗多：單樁承載力高、工業化生產質量好、施工工期短、樁身耐打、適用范圍廣及經濟效益顯著等，因此，對預應力管樁進行研究意義重大。該文將進行預應力管樁水平承載特性分析及接樁技術研究。

關鍵詞：預應力管樁 水平承載特性 接樁技術

中圖分類號：TU753.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（b）-0-01

近年來，在工程實踐中大量采用預應力管樁，其主要目的之一是解決樁身混凝土開裂問題，且又安全環保，具備工廠生產標準化、質量可靠、施工方便快捷、檢測簡單及成本低廉等特點，得到很好的推廣和應用。

1 預應力管樁水平承載特性分析

1.1 水平承載樁的發展概況

近幾十年來，國內外學者對水平承載樁的受力性狀做了大量研究，在室內和現場試驗以及計算分析方面取得很多成果。在現階段，預應力管樁水平承載特性的分析通常采用極限地基反力法、彈性地基反力法、彈性分析法、彈塑性地基反力法以及數值分析法。

1.2 預應力管樁在水平荷載作用下的變形與內力的分析

模型建立：預應力管樁和土體的有限元模型都利用六面體8節點的SOLID45單元。上體模型的外表面受到水平荷載的影響就會被限制，也就是說，每一個方向的自由度為零，預應力管樁樁頭自由不會受到限制。在預應力管樁頂面節點給予Y方向的集中力F=100 kN，指向樁頂截面圓環形形心。

計算模型中，在樁身與樁側上體、樁端與樁端土體間建立面接觸單元，其中，目標面設置成預應力管樁樁身的剛性面，和其相接觸的土體柔性面是接觸面，將目標面和接觸面合并成為接觸對。目標單元選擇Targe170，接觸單元選用Conta174，樁上之間的庫侖摩擦系數是0.2。Targe170是用來表示各種三維目標面的接觸單元。在三維視圖之中，目標面的形狀能夠以三角面、圓柱面、圓錐面和球面的形式進行刻畫，全部的目標面都能夠通過Targe170進行描述。Contal74是一個8節點單元，能夠對于剛性體—柔性體、柔性體—柔性體之間的接觸來進行分析。Contal74單元能夠進行三維分析，又能夠在實體與殼體之間的接觸中得到運用。Targe170單元和Contal74單元都采取相同的實常數。

1.3 不同制約因素對預應力混凝土預應力管樁水平承載性狀的制約

第一，樁長的制約。在樁長不斷加大的情況下，樁身位移、剪力、彎矩、應力的最大值和零點在樁身的分布場所都會維持在一個適當的狀態，然而，樁身下部發揮作用的程度也會降低。由此看來，在具體的工程項目中，樁體長度只要符合具體的情況就行，不能夠一味地加大樁長。

第二，彈性模量的制約。不管是變化樁身或者是變化土體彈性模量，樁的水平承載性能都會受到制約。在樁身彈性模量不斷加大的情況下，樁身位移值就會不斷減小，同時，剪力、彎矩和應力值都會不斷加大。在土體彈性模量降低的情況下，樁身位移、剪力、彎矩、應力值都會不同程度地加大，同時，位移零點、最大彎矩及最大應力在樁身的分布深度也都會出現下降，樁身下半部分發揮作用的程度也會加大。在土體彈性模量不斷降低的情況下，預應力管樁也會非常顯著地分擔荷載。

第三，水平荷載大小的制約。在水平荷載不斷加大的情況下，樁身位移也會不斷加大，位移零點的所處于的位置不會產生較為顯著的改變。在荷載值不斷加大的情況下，位移曲線也會展示出更加顯著的非線性特點。受到等值的水平荷載的影響，載荷試驗與數值模擬的樁頂位移就會在一定程度上保持一致，位移值在荷載加大的情況下也會加大，并且展示出線性變化的關系。

第四，填芯的制約。如果預應力混凝土預應力管樁樁身結構的水平承載力不能夠滿足相應的條件，能夠通過設置填芯的途徑來在一定程度上加強樁身水平承載力，應該將填芯安排在樁頂下面五到八倍樁徑的范圍之中。

2 預應力管樁接樁技術

2.1 樁端板焊接法

在預應力管樁需要接長的情況下，其入土部分的樁身的樁頭最好能夠比地面高一米左右。在接樁之前，必須認真清洗下節樁的接頭位置，并且安排好上節樁的位置，在接樁的過程中，必須保證上下節樁的中心線偏差在兩毫米的范圍之內。在預應力管樁對接之前，必須通過清洗工具來將上下端板表面進行清洗，對于坡口位置，必須保證能夠展示出金屬光澤。在焊接的過程中，必須先在坡口圓周位置點焊四至六點，并且保持其對稱性。對于拼接位置的坡口槽電焊，必須分成三層來對稱焊接，只有將內層焊進行認真清洗之后才能夠對于外一層進行焊接，并且必須采取措施保證焊縫的飽滿性。對于施焊之后的樁接頭，必須將其進行自然冷卻的情況下，才可以進行沉樁，這就要求我們能夠維持適當的自然冷卻時間間隔，確保真正自然冷卻，具體來說，時間間隔應該在5～10 min。

2.2 樁身斷裂的應對方法

樁在沉入的過程中，樁身可能會出現傾斜錯位的情況，如果樁尖位置的土質情況并未出現一定的變化，但是，其貫入度卻不斷加大或者是猛然加大，樁身就會產生回彈的狀況，也就是說，樁身斷裂的情況是有可能出現的。產生這種情況主要是由于樁身在施工的過程中產生非常大的彎曲，受到集中荷載的制約，樁身就很難承受住抗彎度。

應對方法：在施工之前，必須將地下障礙物進行處理。在樁打入一定深度出現一定程度的傾斜的情況下，通過移動樁架進行處理的方法是不合適的。在接樁的過程中，必須確保上下兩節樁能夠位于相同的軸線上。在對樁進行堆放、起吊、運輸的情況下，必須根據相關的規定以及制度來進行執行，確保預應力管樁的穩定性。

2.3 接樁處開裂的應對方法

在進行焊接連接的過程中，如果沒有清洗干凈連接位置的表面，那么，樁端就會比較粗糙。同時，如果焊接效果較差，那么，焊縫就會不連續、不飽滿，并且可能會存在一些焊接殘留物質，也會導致接樁處開裂。應對方法：在進行接樁之前，必須確保連接部件是干凈的；在接樁的過程中，必須確保兩節樁位于相同的軸線上，同時確保焊接預埋件的光滑性。

3 結語

綜上所述，該文進行了預應力管樁水平承載特性分析及接樁技術研究。現代工程試驗方法和計算機模擬技術的快速發展，為進行樁土相互作用機理的研究提供了更有力的工具，為進一步完善預應力混凝土預應力管樁的計算方法和設計理論創造了良好的條件。

參考文獻

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