引言
高強預應力混凝土管樁(簡稱PHC)，該樁型具有單樁承載力高，耐久性好，施工方便快捷，質(zhì)量可靠，造價與灌注樁和其他樁相比較低，抗彎抗拉性能好，檢測方便，穿透力強，對地質(zhì)條件適應性廣等優(yōu)點，但其也有抗側(cè)移能力差等缺點，上海“蓮花河畔景苑”倒塌事件，就是典型的抗側(cè)移能力不足而導致的，即便如此，PHC近年在內(nèi)地和沿海地區(qū)還是得到了廣泛的應用，如西安、廣東、浙江、上海等地區(qū)有大量的工程應用。國家和地方建設部門制定了一些關于PHC管樁設計和施工的規(guī)范、標準，對其承壓、抗彎及抗裂性能要求有明確的規(guī)定，但仍存在一些不完善之處，其地震作用下的抗剪性能計算尚處于簡單折減狀態(tài)，造成經(jīng)濟上的不合理，有待進一步改進；國內(nèi)外對管樁地震作用下的抗剪性能的研究也比較少，而樁基震害中表現(xiàn)的樁身最大彎矩、剪力達到同一量級的震害現(xiàn)狀，使得加強這方面研究的工作成為必須。
1樁基的震害特點
(1)是樁與承臺連接處及承臺下的樁身上部，由壓、拉、剪壓等導致破壞。在未對土層內(nèi)的樁身破壞重視之前，此破壞為主要的樁基震害表現(xiàn)。常見現(xiàn)象有地震引起地面水平和豎向錯動，在建筑物與地面之間形成縫隙，暴露出樁，樁基在樁頭處剪切破壞。調(diào)查分析表明，地震作用下樁頭處的彎矩、剪力值都很大，幾乎處于同一量級。還有壓力(很可能是偏壓)，三者共同作用使樁頭部位處于危險狀態(tài)。
(2)是液化土層內(nèi)及軟硬層交界面處，樁截面彎矩、剪力值很大，與樁頭處的值不相上下。由于地震作用，液化土層產(chǎn)生較大的位移，土推樁，在某段樁身截面產(chǎn)生較大的剪切應力，同時伴隨較大的彎曲變形，當達到一定程度，樁身彎剪破壞。
2PHC管樁設計施工中存在的問題
PHC管樁是一種預制樁，其技術要求包括：原材料、混凝土強度、構造要求、接頭技術要求、外觀質(zhì)量、尺寸允許偏差和抗彎性能。PHC管樁是一種擠土樁，施工中常見的問題主要有：①樁體上浮(上浮樁或整體完整上浮，或在樁身斷裂)；②樁彎斜導致樁身斷裂(可能在打樁時或施工結束后土體滑移引起)；③地質(zhì)條件差(有孤石等)導致樁頭開裂。
3樁基地震作用下的抗剪性能計算
3．1國外標準及行業(yè)規(guī)定
日本工業(yè)標準JISA5337-1993中介紹的公式：
式中，Q-抗剪強度，N；t-管樁壁厚，mm；I-混凝土截面相對中心軸的慣性矩，mm4；r0-管樁外半徑，mm；r-管樁內(nèi)半徑，mm；s0-相對中心軸以上截面中心截面靜矩，s0=1/12(r302r3)，mm3；τ-產(chǎn)生斜拉裂縫時剪切應力(N/mm)；σce-有效預壓應力(N/mm2)φ-系數(shù)取值015；σce-混凝土抗拉強度，PHC取5139(N/mm2)。
日本標準JISA5337-1995的編制說明中的公式：
式中，t-有效截面高度，取理論值厚度減5cm計算；σpc-有效預壓應力(N/mm2)。
式(1)、(2)一致，但式(2)管壁厚t值取有效厚度，在數(shù)值上比式(1)取值減小，增加安全儲備。
美國PCI報告中明確規(guī)定了地震區(qū)管樁的螺旋配筋要求，即加強螺旋配筋，提高對樁芯混凝土的側(cè)向限制，從而提高樁的變形性能，具體規(guī)定條文是：
①低中級地震地區(qū)螺旋配筋抗震設計螺旋配筋的尺寸和螺距必須依地震時預計的曲率提供必要的韌性。螺旋配筋量也不得低于按下列公式計算所得的值：
式中，Ps-螺旋配筋指數(shù)，等于螺旋筋體積/芯部混凝土體積；f′c-標準圓柱試件28d抗壓強度，PCI取41.1MPa；fyh-螺旋配筋屈服強度，PCI取≤586MPa。
②嚴重地震地區(qū)螺旋配筋抗震設計橫向配筋采用圓形螺旋筋，塑性區(qū)橫向螺旋的體積比將遵循下式：
且不小于
式中：Ps-螺旋配筋指數(shù)；Ag-樁橫截面面積；Ach-螺旋筋外徑界定的混凝土芯面積；P-樁的軸向荷載。
3．2國內(nèi)標準及行業(yè)規(guī)定
國內(nèi)在樁身抗剪設計時基本上借用日本標準，有學者劉純康在第三屆全國建筑振動學術會議交流會論文集(2000年)《樁的抗剪剛度計算方法》一文中提出：
假定樁是埋在土內(nèi)無限長的豎向地基梁，樁周表面與土緊密接觸，樁周土是由無限薄層組成的線彈性體。單根樁的抗剪剛度Kpx：
整個樁基的剛度是由樁本身的抗剪剛度和樁基承臺下地基土的抗剪剛度并聯(lián)組成，計算公式為；
式中：Kpx-樁基抗剪剛度(kN/m)；np-樁數(shù)；Cx-樁基承臺下地基土的抗剪剛度系數(shù)，按“動規(guī)”第3.3.2條選用(kN/m)；A-樁基承臺的底面積(m2)。
式(7)中未考慮箍筋的作用，針對此，學者談維漢在《淺談PHC管樁的力學性能計算》一文中，提出圓形截面的抗剪公式：
式中，ftk-混凝土軸拉標準值，(N/mm2)；s-箍筋間距(mm)；fyv-箍筋抗拉設計值(N/mm2)；dp-箍筋直徑(mm)。
式(8)中將箍筋的作用考慮了進去，較日本規(guī)范中僅考慮預壓應力和混凝土抗拉強度從形式上，更符合實際情況。
4樁基地震反應研究
國內(nèi)樁基抗震研究關注的焦點大多在地震作用下樁-土-結構相互作用的機理研究。而地震作用下樁-土-結構相互作用是很復雜的問題，研究得到一些研究成果，對認識地震作用下樁受力狀態(tài)提供了有利資料。研究方法主要分兩種：數(shù)值分析[1]和振動臺[1]試驗。數(shù)值分析占研究文獻的大部分，主要采用三維模型，進行地震作用下的樁-土-結構相互作用分析；而振動臺試驗因試驗費用較高而開展得較少，文獻[1]通過振動臺試驗考慮了不同液化水平下樁基的水平承載特性。
預應力管樁的專題文獻較少，偏實踐施工，提出施工中存在的問題及解決的方法；理論研究相對于工程應用偏少，其研究主要內(nèi)容有：
文獻[2]進行了PHC管樁荷載傳遞的試驗研究。通過3根埋設有鋼筋計的PHC管樁的靜荷載試驗，研究PHC管樁在軸向荷載作用下，樁側(cè)摩阻力與樁端阻力共同承擔外荷載的相互關系。在工作荷載作用下，約有95%的工作荷載均由樁側(cè)摩阻力承擔，在最大試驗荷載5000kN作用下，樁端承載力僅占10%左右，工作機理為端承摩擦樁，以摩擦力為主。另外，實測得到的樁側(cè)摩阻力比規(guī)范值和地質(zhì)報告推薦值均大得多，該工程樁的承載力尚有一定的潛力。僅三根特定土質(zhì)條件下的現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，得出的結論較片面。
文獻[3]通過在實際工程中進行了一定數(shù)量的PHC樁單樁豎向抗壓靜載試驗和樁身內(nèi)力測試試驗，分析PHC樁的荷載～沉降特性，分析樁側(cè)阻力和樁端阻力隨樁頂荷載的發(fā)揮性狀和分擔比例，并對PHC樁的荷載傳遞參數(shù)和其它施工方法進行比較。
文獻[4]對預應力混凝土管樁樁土相互作用進行了有限元分析。分析時采用等效線性模型來模擬土體材料的非線性，并且考慮樁的材料阻尼以及樁土接觸界面處狀態(tài)非線性對動力響應的影響。得到基樁材料阻尼、彈性模量與樁頂位移的關系曲線圖，以及樁側(cè)土參數(shù)對樁頂位移的影響曲線圖。
相比國內(nèi)，國外近來對地震下軟弱土樁基動力反應和橫向承載特性研究開展的工作比較多，同時也取得了較多成果。
5結語
(1)應重視樁基震害的調(diào)查分析，從實例著手，考慮從設計施工到使用全過程的不利因素，開展適應各種不利條件下的樁基抗震性能研究。
(2)進一步完善抗震設計方法，合理考慮各項組成部分的作用，在保證一定的安全儲備前提下，簡化計算方法，使其更加便于應用。
(3)研究方法應以采用現(xiàn)場試驗與數(shù)值模擬相結合的方法，以現(xiàn)場試驗為基礎，研究合理的簡化數(shù)值模型，以得到便于實際應用的有一定可靠度的數(shù)值計算方法。
(4)在施工中優(yōu)先選用新技術，做好施工質(zhì)量監(jiān)控，保證樁身質(zhì)量。
總之，應從震害實例入手，加強理論研究，得到從保證施工質(zhì)量，足夠的承載力水平，充分考慮樁-土-結構相互作用的抗震設計方法，以及可靠的抗震構造措施，確保樁基在地震作用下的力學性能得到恰當?shù)陌l(fā)揮。
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