預應力混凝土竹節(jié)樁設計及承載力性能研究

劉克昭

（河北鋼鐵集團礦山設計有限公司，河北唐山063700）

1 引言

在20 世紀中期，預應力混凝土管樁開始生產(chǎn)，目前這些管樁已經(jīng)廣泛地應用于高層建筑、港口、公路等建造中。然而混管柱并不能適用于全部地形，其在深厚軟土地基的應用中還存在著一些問題。預應力混凝土竹節(jié)樁是通過樁身的截面變化，使樁能和土地連接或是接觸得更加緊密，從而大大提高側摩擦力，提高竹節(jié)樁的承載能力，并且在施工應用過程中操作簡便，便于控制。因此，本文主要對預應力混凝土竹節(jié)樁設計及承載性能進行論述。

2 預應力混凝土竹節(jié)樁簡介

預應力混凝土竹節(jié)樁（見圖1）管柱可分為先張法和后張法2 種的預應力管柱。主要有3 種管柱，分別為預應力混凝土管柱、薄壁管柱以及具有高強度預應力的混凝土管柱（PHC 管柱）。其中，先張法預應力管柱主要采用的先張法預應力工藝和離心成型的工藝方法來構建出中空的桶狀混凝土預構件，而這個預構件主要是由筒形的柱身、封蓋板以及鋼筋箍套所組成。竹節(jié)樁還可以按照不同的分類方式進行分類，例如，按照 外 徑 的 長 度 可 以 分 為：300～500mm、500～800mm、800～1200mm 不等，如果按照混凝土的有效預應力值進行分類還可以分為A 型、AB 型、B 型和C 型4 種[1]。

樁身在整個竹節(jié)樁中起到了至關重要的作用，樁身上因為設有承重盤所以在整個過程中樁身是主要承重支撐。另外，在樁身的外表面還具有多個承重盤受力臺，這樣與樁身組合起來，像竹節(jié)一樣，增大接觸面和樁身兩側的摩擦力，從而消除由于樁身抱壓所受到的壓力，保證了竹節(jié)樁的使用壽命。另外，竹節(jié)樁還可以按照混凝土的等級進行分類，如C80、C100。這些樁型相較于普通樁型來說，承重能力普遍提升10%～20%，在同樣的承重條件下，降低了施工成本，降低了施工難度，并且還能夠保證在節(jié)約能源的情況下提高承載力。

圖1 預應力混凝土竹節(jié)樁

3 竹節(jié)樁的制造以及其性能

3.1 成樁工藝

常用建造竹節(jié)樁的方式是“靜鉆根植樁工法”。此方法主要用特種鉆機來對地面進行預鉆孔，然后達到目的深度時再進行底部擴張，在擴充完成之后，再向孔內(nèi)注入水泥漿形成水泥土。然后再進行配樁。在接樁的過程中，首先，讓專業(yè)的焊工將一節(jié)節(jié)的節(jié)樁焊接成為一整根，在焊接的過程中如果想要保證焊接的質量就必須采用二氧化碳氣體進行保護，并且由樁的四周進行分層焊接。最后，最為重要的一步就是植樁，將整根樁用吊車吊到需要的位置上，再植入樁孔，并且在植樁的過程中還需要不斷地向孔內(nèi)注入泥漿，以達到提高承載力的目的，如圖2 所示。

圖2 成樁工藝

這種工藝的優(yōu)勢在于，大幅度地提高樁的抗壓、抗拔和水平承載力能力；在施工的過程中可以全面進行監(jiān)控，從而保證了在施工過程中的施工質量；在建造過程中不需要考慮泥漿的排放問題，從而達到了節(jié)省能源的目的；最后，這種工藝還可以減少碳在大氣中的排放量，從而也達到了綠色環(huán)保的目的。

3.2 質量控制

預應力混凝土樁，不適合截樁，如果遇到特殊情況，必須進行截樁時，在截樁過程中，需要采取有效的措施來保證截樁后樁的質量。在截樁的過程中需要采用截樁器來進行截樁，避免采用大錘對樁面橫向敲打，以免發(fā)生意外。除此之外，預應力混凝土管樁和薄壁樁在選擇混凝土時，需要采用強度等級大于C60 的混凝土。出廠檢測也是非常重要的一個環(huán)節(jié)，出廠時檢測產(chǎn)品的抗拉、抗壓能力以及承載力性能，外觀和質量等方面。這樣才能夠保證在應用過程中的質量，避免由于質量問題引發(fā)安全事故。在出廠監(jiān)測完畢后，還需要制定檢查計劃定期對竹節(jié)樁進行檢查，并且進行詳細的記錄，查看是否出現(xiàn)缺陷，或破損等狀況，如果出現(xiàn)了這樣的狀況就需要對其進行及時的處理，確保其工作性能。

3.3 承載機理

竹節(jié)樁應該具有較大的承載能力和抗拉抗壓能力。由于在制造過程中承載盤相對來說較多，這就使樁的穩(wěn)定性和前段的阻力增加。支盤能夠分別對承力盤和各個分支之間施加三維的靜壓力，這樣就使支盤周圍的土層被加固，從而提高了樁土共同作用的能力。而且支盤的承力，盤的直徑非常大，當主樁的直徑為500～1000mm 時，支盤的盤徑就可以到達1300～2100mm，面積比主盤大了約5 倍，因此，能夠讓竹節(jié)樁對上下土層進行充分適應，進而提高其穩(wěn)定能力和承載能力。竹節(jié)樁是一種漸進型的壓縮樁，可以根據(jù)不同土層的性質進行加固處理，通過對支盤距離的不斷調整來適應不同的承載力需求，從而達到優(yōu)化質量，節(jié)約資源的目的。但是竹節(jié)樁的復雜機理導致了其在使用過程中存在一些不可控因素，因此，還需要進行深入的探索和研究。

4 結語

預應力混凝土竹節(jié)樁作為一種新型技術，雖說技術水平還不能到達完全熟練的程度，但已經(jīng)被廣泛認可，尤其是在軟土地基中的應用。相信在不久的未來，通過對其加以探索和研究，人們能夠更加熟練地掌握此項技術，為工程建設的發(fā)展提供更加有利的保障。預應力混凝土竹節(jié)樁的廣泛應用，能為工程節(jié)省建造成本，推進我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，并且為我國建筑行業(yè)提供安全保障，避免安全事故的發(fā)生。