高強預應力管樁PHC樁基礎設計問題分析

黃麗欽

廈門新區建筑設計院有限公司（361000）

高強預應力管樁PHC樁基礎設計問題分析

黃麗欽

廈門新區建筑設計院有限公司（361000）

根據管樁的承載力特性和受力狀況,分析了預應力管樁基礎設計問題，探討了管樁承載力取值的方法，以供同行參考。

預應力高強混凝土管樁；樁基礎設計；應用分析

1 管樁的應用

高強預應力管樁（PHC樁）以其質量穩定、樁身承載力高、耐打性好、施工工藝簡單、進度快、施工現場整潔、造價低廉和設計布樁方便等優勢，得到了廣大工程界人士的肯定，被廣泛運用于工程建設中。但使用不當時，常出現工程事故。如管樁作為抗拔樁使用時，如果管樁與承臺接頭或多節管樁接頭不牢固，就會出現抗拔失效，地下室上浮；管樁在軟弱土層中使用時，由于管壁較薄，存在管樁剪切破壞的危險等。

實際工程中，不同地方都有針對當地管樁運用的諸多限制條件，比如建筑高度、軟土地質、液化土層等，應根據工程具體情況，結合預應力混凝土管樁的受力特點，合理選用，確保工程安全。

目前，福建省工程建設中常用預應力高強管樁的樁型有:1）按樁身混凝土預壓應力值分有A、AB型。7度及8度抗震設防烈度區的管樁，受拉及承受水平荷載的管樁，地下水對混凝土、鋼筋及鋼結構有腐蝕性時，宜選用AB型；2）按外徑及壁厚分管樁有PHC400-95、PHC500-100及PHC500-125型。當地下水對混凝土、鋼筋及鋼結構有腐蝕性時壁厚應不小于125 mm；3）管樁樁尖形式多數采用十字型及錐型。十字型樁尖加工容易，價錢便宜，具有破巖能力強等優點。在穿越較厚砂層時，圓錐型樁尖比十字型樁尖好。

2 管樁豎向極限承載力的取值問題

地質勘察是設計的前提，管樁工程要求地質勘察報告中多提供有用的標貫擊數N值,遇到砂夾層、砂層、殘積層及強風化巖層時多做一些標貫試驗。殘積層最好每2 m、強風化巖層最好每1 m測一次N值，有利于制定配樁和打樁收錘標準。有些勘察單位勘察作業時，在持力層上面的軟土層中做了許多標貫試驗，在硬夾層和強風化巖層標貫試驗次數少，這樣得出的數據不精確，會給設計帶來一定的誤差，給施工帶來一定困難。

有些勘察人員工程經驗不足，提供的巖土力學指標不符合實際，給出的設計參數比實際偏小許多,導致計算單樁豎向抗壓承載力設計特征值Ra比實際應用值降低20%～25%。預應力管樁在施打過程中，產生擠土效應，將樁周圍的土擠密，擠密的土在樁周邊形成一層硬殼，牢固地吸附在樁的表面。管樁為圓形斷面，這種吸附作用會更強。同時，樁端砂層也因樁的不斷施打，擠土密實效應十分顯著，樁側摩阻力和樁端阻力都得到較大的提高，故單純依據地質報告書及規范提供的經驗公式計算，是無法得到管樁實際的承載力。

筆者在一項工程在設計時，先選有代表性的樁作靜載試驗，根據地質報告提供的技術參數，按單樁豎向抗壓承載力特征值的經驗計算,其公式為:

求得:樁徑Φ500，Ra＝1 500 kN;樁徑Φ400，Ra＝1 100 kN。取代表性位置樁作靜載試驗結果是:樁徑Φ500，Ra＝2 200 kN；樁徑Φ400，Ra＝1 500 kN。設計時按靜載試驗結果取值,最終全部樁基施工完成后，樁基靜載檢測均合格。

在預應力管樁豎向極限承載力取值問題上，條件允許的話，最好辦法是先選取較有代表性的樁進行靜載試驗，以此確定樁的極限承載力。靜載檢測時，工程管理人員要進行現場監督，詳細記錄相關數據,即可獲得符合實際的單樁豎向極限承載力，又可驗證地質勘察報告書，檢查施工機械設備情況。

但實際工程中，不可能要求每項工程都先做靜載試驗，有些是由于開發商進度安排的原因、有些是由于場地受限的原因。近十多年來，預應力管樁基礎工程的設計經驗證明，除依據地質勘察報告書提供的技術參數計算樁的承載力之外，還可根據工程地質構造條件，選擇合適的樁端持力層，將預應力管樁樁身豎向承載力設計值Rp折減除以1.35作為管樁樁身結構對應的單樁豎向抗壓承載力最大特征值Ra（Ra≈Rp/1.35）。這種方法實用簡單，又能發揮單樁最大的承載率，實用經濟合理。

例如:樁徑Φ500-100 PHC樁經驗公式Rp＝ψc·fc·A＝3 150 kN

其中，ψc—成樁工藝系數，PHC樁取ψc=0.7；fc—管樁混凝土軸心抗壓強度設計值（MPa），按國家標準《混凝土結構設計規范》取值，C80混凝土，取fc=35.9 MPa；A—管樁截面面積（mm2）。

在實際工程應用中,樁徑Φ500取單樁豎向抗壓承載力特征值Rk＝1 700～2 300 kN,樁徑Φ400取單樁豎向抗壓承載力特征值Rk＝1 200～1 600 kN。設計人員再結合工程經驗,根據土的持力層的深度、厚度、密實度及管樁入土的深度而決定取低值或高值。

在多項工程中，樁長在25～40 m的范圍，樁端為中密以上砂層的工程樁，樁徑Φ500取特征值Rk＝1 800～2 300 kN，樁徑Φ400取特征值Rk＝1 400～1 600 kN。靜載試驗結果證明，這樣設計承載力取值完全沒有問題。

3 收錘標準

錘擊管樁除純摩擦樁按樁長控制外,施工時，通常以最后貫入度及樁尖進入持力層深度為收錘標準。貫入度與柴油錘重量、落距、樁的長度、地質構造條件，樁尖入持力層的深度、樁距、樁的承載力等因素有關。關鍵是要將樁尖打入到樁端持力層的臨界深度范圍內，保證樁尖下有足夠的持力層厚度，使樁側摩阻力和樁端阻力得以充分發揮，而對于最后貫入度的要求則可適當放松。根據工程實際,一般錘擊數控制在50～100 mm/10擊為收錘標準，經靜載試驗結果證明均能達到設計承載力。有人認為貫入度越小越好，其實是錯誤的。管樁的錘總數不能超過2 500擊，最后1 m沉樁錘擊數不應超過300擊，樁身混凝土強度是隨錘擊數的增加而逐漸降低的，貫入度太小，錘擊數必然偏大，對樁身質量無好處。根據樁尖持力層的密實程度，一般持力層為中密及以上砂層的，最后收錘貫入度10～30 mm/10擊，最后三陣的總貫入度30～80 mm，每陣10擊。

4 管樁與承臺的連接構造

預應力高強管樁的抗震問題不容忽視。在地震力的作用下，樁頭除受豎向力外，還有可能受彎受剪，甚至受扭，處于復雜的受力狀況，這就要求預應力管樁在樁頭與承臺的連接處理，應有一定的構造加強措施，提高管樁樁頭部分的抗剪、抗扭、抗撥能力，增強管樁的延性，以免發生脆性破壞。筆者在工程實際設計中除按規范要求進行地震作用下的管樁承載力驗算外，還嚴格控制樁頭入承臺深度100 mm，單樁承臺配立體六面鋼筋籠，樁頂灌芯長度、樁與承臺連接鋼筋均按最小配筋率及管樁抗拔承載力要求進行計算，同時進行樁身抗裂驗算。

5 施工中應注意的事項

1）樁隊試樁前的準備工作要充分，機械在施打前要先做試運行檢查。2）錘擊樁施打時應做到重錘低擊，不準在穿夾層時停歇。3）樁接頭數不超過三個（即四段），盡量減少接樁，樁長組合原則上由施工單位根據地質報告及施工情況確定。4）樁頂填芯混凝土最小的長度：承壓樁1.2 m，抗拔樁2.0 m。5）采購管樁時要注意管樁質量，從源頭上杜絕劣質管樁進入工地現場。

6 結語

預應力高強混凝土管樁的工藝技術，目前已經相當成熟了，預應力管樁通過現場靜載試驗結果是重要的承載力取值的技術依據，使管樁承載力取值更接近實際承載力，也更經濟合理。但在使用預應力高強混凝土管樁時，應注意采取適當的施工方法及構造措施，以免造成工程事故；在工程實踐中，還需要不斷積累和總結預應力管樁基礎的設計經驗，進一步提高管樁應用的技術水平。

[1]03SG409,預應力混凝土管.樁國家建筑標準設計圖集[S].

[2]福建省建筑結構設計若干規定2012年9月.

[3]聶重軍,唐依民.預應力混凝土管樁設計及施工研究[J].湘潭師范學院學報(自然科學版),2009(01).

[4]李輝.靜壓預應力管樁基礎施工及質量控制[J].華北國土資源,2009(03).

的時間內要完成澆筑,要加強現場組織與協調，保證混凝土澆筑過程流暢與連續，滿足大體積混凝土泵送施工工藝要求。同時，鋼渣混凝土密度大，泵送壓力也大，混凝土在泵壓失水后要具有良好的和易性，以滿足施工要求，保證鋼渣混凝土施工質量。