引言：由于PHC預應力管樁具有樁身混凝土強度高、耐沖擊性能好、穿透力強、地區(qū)適應性強、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、耐久性好、施工工期短、單樁承載力高、監(jiān)測方便、造價較低、施工現(xiàn)場簡潔、無污染、無噪音、能保障文明施工、對環(huán)境影響小等多種優(yōu)點，近幾年來在廣東地區(qū)的多高層建筑樁基工程中得到廣泛應用。但PHC管樁也具有脆性破壞、水平承載力有限、抗拉強度低的特性。另外，PHC預應力管樁在設計過程中存在單樁承載力的確定比較困難、水平承載力達不到抗剪要求等問題。筆者根據(jù)近年來積累的管樁基礎工程的設計經(jīng)驗，結合揭陽市區(qū)的具體情況談談PHC管樁設計中容易產(chǎn)生的問題，并提出了初步的解決辦法。
一、概述
揭陽市區(qū)大部位于榕江南北河兩側，其地質(zhì)條件可歸納為：頂部多為人工填土或耕作土，下部為第四紀榕江河口平原海陸交互相沉積層，該層特點為：上部為淤泥、粘土等軟弱土層，下部則為中砂、粗砂等中硬土層，中間沒有發(fā)育不良的地質(zhì)情況。根據(jù)揭陽市區(qū)的地質(zhì)特點，采用預應力PHC管樁基礎是適宜的，采用的持力層為下部中砂、粗砂等中硬土層，樁型以端承摩擦樁和摩擦端承樁為主，極少有端承樁和摩擦樁出現(xiàn)。使用的PHC管樁樁長大部分為10m至30m之間，常用樁型及樁徑為PHC-A型D400(95)、D500(100)。自2003年以來，隨著預應力管樁的性價比越來越高，預應力管樁在揭陽地區(qū)發(fā)展迅猛，大量的工程均采用了預應力管樁基礎，已有取代原大量使用的鉆孔灌注樁基礎的勢頭出現(xiàn)，但由此也帶來了一些問題。
二、預應力PHC管樁設計中容易出現(xiàn)的問題
1、單樁承載力計算難以精確確定，與靜載試驗結果有較大出入。
按國家規(guī)范，單樁承載力宜由靜載試驗確定。但由于揭陽市區(qū)的工程多以小型多層建筑為主，出于時間關系和經(jīng)濟方面的考慮，很少有建筑物在施工前先做靜載試驗來確定單樁承載力，設計人員在設計時，均以地質(zhì)報告提供的參數(shù)采用經(jīng)驗參數(shù)法，即《建筑樁基技術規(guī)范》JGJ94-2008(以下簡稱《樁基規(guī)范》)中的5.3.5式來計算單樁承載力。但地質(zhì)資料中提供的設計參數(shù)離散性大，且為經(jīng)驗值，按此計算并不科學。從這幾年的工程經(jīng)驗來看，這樣計算出來的單樁承載力往往偏保守，造成管樁的用量較多，浪費比較嚴重。
解決辦法：在場地條件允許的情況下，盡量要求業(yè)主采用靜壓法施工，目前靜壓樁機與錘擊樁機的進退場費用已相差不大，經(jīng)濟上完全可行。由于可以通過樁機壓力表取得樁的終壓力值，在試樁時當發(fā)現(xiàn)終壓力值已滿足設計要求，但樁的縱向位移很小，且樁端持力層較厚、場地內(nèi)地質(zhì)情況變化不大的情況下，可嘗試加大終壓力值進行即時復壓，然后根據(jù)最終終壓力值反過來確定單樁承載力特征值。
《樁基規(guī)范》并未對根據(jù)終壓力值來確定單樁承載力做出具體規(guī)定，在廣東省標準《靜壓樁基礎技術規(guī)程》(討論稿)附錄4中，給出了靜壓樁豎向極限承載力與終壓力的經(jīng)驗關系，可供參考。
靜壓樁豎向極限承載力與終壓力有以下關系：
當6m≤L≤8m時，Qu=β•Pze=(0.60~0.80)Pze；……(1)
8m15mL>23m時，Qu=β•Pze=(1.00~1.15)Pze；……(4)
式中：
L——靜壓樁的入土深度，即樁長；
Qu——入土部分的靜壓樁豎向極限承載力
β——靜壓樁豎向極限承載力與終壓力的相關系數(shù)(部分文獻將其稱為土體恢復系數(shù)，是一個與時間有關的系數(shù)，當土層一般時可取小值，土層較好時可取大值)；
Pze——靜壓樁的終壓力值。
以上公式適用于淤泥層厚度不大于L/3的端承摩擦樁或摩擦端承樁，不適用于摩擦樁和端承樁。
工程實例：某小區(qū)均為5層住宅樓，根據(jù)地質(zhì)報告采用經(jīng)驗參數(shù)法計算出來的D400樁單樁承載力特征值為Ra=863KN，實取Ra=800KN，初定樁長28m，樁端持力層為厚約7m的中粗砂，采用靜壓法施工，終壓力值按2Ra=1600KN控制。試樁時，樁尖進入持力層后，樁機加載至1600KN時，樁的縱向位移幾乎為零且已有反彈現(xiàn)象出現(xiàn)，要求樁機復壓3次，第一次加載至1800KN、第2次加載至2000KN、第3次加載至2200KN，每次穩(wěn)壓時間不少于5秒。復壓后，樁的累計縱向位移只有約17mm，由此判斷原設計單樁承載力偏小。若取第2次復壓的終壓力值Pze=2000KN計算，根據(jù)公式(4)，取β=1.0可得：Qu=β•Pze=1.0Pze=2000KN，安全系數(shù)取K=2，則根據(jù)《樁基規(guī)范》5.2.2式可算得單樁豎向承載力特征值為：
Ra=Qu/K=2000/2=1000KN。
現(xiàn)場將D400樁單樁承載力特征值調(diào)整為Ra=950KN，調(diào)整后，原設計中共有286根D500樁可以換成D400樁，整個場地的管樁施工完畢后所做的靜載試驗表明D400樁的單樁承載力完全能夠滿足設計要求，僅此一項就為業(yè)主節(jié)約投資約32萬元。
當場地內(nèi)地質(zhì)情況變化較大或持力層厚度不夠時，上述方法不適用。最終的解決辦法還是要在工程實踐中逐步積累本地區(qū)的經(jīng)驗，制定適合本地區(qū)實際的管樁標準圖集，從而可以直接采用標準圖集中的樁身額定承載力來作為設計時采用的單樁承載力。
2、設計時應考慮PHC管樁水平承載力較低的情況并采取相應構造措施。
PHC管樁的水平承載力遠低于其豎向承載力，但PHC管樁的水平破壞通常不是樁身破壞，而是樁側土體的變形破壞。根據(jù)揭陽市區(qū)的地質(zhì)情況，承臺下部土層多為粘土或淤泥質(zhì)土，其地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值較小，通?？扇?.5~3.0KN/m4，若取樁頂水平位移允許值χoa=10mm、樁的換算埋深αh=4.0，樁頂與承臺的連接按鉸接考慮，根據(jù)《樁基規(guī)范》5.7.2-2式計算可得出D400(95)管樁的單樁水平承載力特征值Rha只有大約25KN、D500(100)管樁的單樁水平承載力特征值Rha只有大約38KN，遠小于其單樁豎向承載力。揭陽市區(qū)的多層建筑一般不設地下室，而揭陽又位于抗震設防烈度7度區(qū)，地震分組第1組，加速度值0.15g，所以當建筑物高度較大時(8層及以上建筑物高度一般可達到28m以上)，此時建筑物底部剪力較大，若設計時不考慮建筑物及地質(zhì)的實際情況，一味套用預應力管樁標準圖集中的樁頂構造，而不采取相應的加強措施，管樁的水平承載力就有可能達不到抗剪要求，容易造成工程隱患。
解決方法：、在樁頂一定深度范圍內(nèi)，配置縱向鋼筋籠并灌注混凝土，以提高樁身上部的剛度，減少樁頂水平位移，從而避免水平破壞。
筆者在進行某總高28.9m的8層住宅樓的設計時，鑒于PHC管樁持力層上部淤泥層厚度達17m，且淤泥層剛好位于承臺下。為穩(wěn)妥起見，采取的具體構造措施為：對D400管樁，在樁頂3.0m范圍內(nèi)，配置4根直徑20(D500為直徑22)、長均為4.0m的二級鋼筋，這4根鋼筋伸出樁頂1.0m作為伸入承臺錨固用，然后灌注C35細石混凝土，這樣就在管樁上部3.0m的范圍內(nèi)形成一段“實心樁”。其次，在采用多樁承臺的情況下，仍然在該建筑的縱橫向設置了聯(lián)系梁。
三、結語
隨著預應力高強管樁的應用越來越廣泛，管樁設計中出現(xiàn)的一些問題應引起設計人員的足夠重視，在《樁基規(guī)范》中大量參數(shù)仍為經(jīng)驗值的情況下，應注意對本地區(qū)管樁的設計、施工經(jīng)驗進行積累，總結模索出適合本地區(qū)的經(jīng)驗值，而不應拘泥于規(guī)范中規(guī)定的數(shù)值。從而達到在保證建筑物質(zhì)量、安全的同時也實現(xiàn)最大的經(jīng)濟、社會效益。
參考文獻：
[1]、《樁基工程手冊》(樁和樁基礎手冊)，史佩棟主編，人民交通出版社，2008
[2]、《建筑樁基技術規(guī)范》JGJ94-2008，中國建筑工業(yè)出版社，2008
[3]、《靜壓樁基礎技術規(guī)程》(討論稿)，廣東，2001
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