摘要：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作為一種成熟的樁基礎(chǔ)形式已越來(lái)越被大家所接受，其以施工速度快、長(zhǎng)度易調(diào)整、質(zhì)量較可靠、造價(jià)較合理、易于檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)清潔等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑中。但是我們知道，抗震設(shè)防烈度為8度及以上地區(qū)，不宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。為了解決這一問(wèn)題，本文介紹了預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的發(fā)展應(yīng)用情況與存在問(wèn)題，并提出了建議。
近十多年來(lái)，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁在我國(guó)的生產(chǎn)與應(yīng)用以驚人的速度迅速發(fā)展，生產(chǎn)管樁的企業(yè)10年內(nèi)增加了近10倍。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集“預(yù)應(yīng)力混凝土管樁”03SG409，適用范圍為非抗震區(qū)和抗震設(shè)防烈度6度、7度的地區(qū)，若使用于抗震設(shè)防烈度8度的地區(qū)，則需另行驗(yàn)算。
1水平承載力的計(jì)算
1.由樁身強(qiáng)度確定的水平承載力
隨著樁基工程應(yīng)用的增多和普及，水平承載力深入研究，國(guó)內(nèi)抗震宏觀(guān)調(diào)查，除建于液化地基上的建筑，地基基礎(chǔ)有較多失效報(bào)導(dǎo)外，地下室和樁的地震損壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于上部結(jié)構(gòu)。樁基水平承載力的驗(yàn)算應(yīng)考慮承臺(tái)、地下室外墻側(cè)面土的抗力也已進(jìn)入有關(guān)規(guī)范的條文。樁基設(shè)計(jì)，近年來(lái)一般只做樁的豎向靜荷載試驗(yàn)和豎向承載力驗(yàn)算，不再做樁水平靜荷載試驗(yàn)和樁水平承載驗(yàn)算，認(rèn)為考慮承臺(tái)、地下室外墻土的水平抗力后，樁的水平承載力已能滿(mǎn)足抗震要求。管樁的水平承載力，一由樁身強(qiáng)度決定，即樁身的抗剪承載力和抗裂彎矩。二由管樁樁側(cè)土的抗力決定的水平承載力，可由樁的水平靜荷載試驗(yàn)確定或采用m法估算。一般后者的抗力小于前者。預(yù)應(yīng)力管樁抗剪承載力設(shè)計(jì)值(Vcs)、抗裂彎矩標(biāo)準(zhǔn)值(Mk)與可用于8度地震區(qū)C型預(yù)制方樁的比較。
計(jì)算結(jié)果分析可以得到如下結(jié)論：
(1)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，在水平地震力作用下，樁身抗裂彎矩除Φ400×95A型樁外均高于可用于8度抗震的相近規(guī)格C類(lèi)預(yù)制方樁。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁不出現(xiàn)裂縫，預(yù)制方樁允許出現(xiàn)裂縫，裂縫寬度Wmax≤0.2mm。
(2)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，在水平地震力作用下，樁身抗剪承載力，中國(guó)規(guī)范無(wú)計(jì)算公式，參照日本規(guī)范的公式計(jì)算，按日本規(guī)范規(guī)定混凝土抗拉強(qiáng)度f(wàn)t=5.39N/mm2計(jì)算，管樁的抗剪承載力除Φ400×95A型樁外高于或接近于可用于8度抗震的相近規(guī)格C類(lèi)預(yù)制方樁。
(3)按樁身強(qiáng)度驗(yàn)算樁的水平承載力時(shí)，水平地震力應(yīng)采用設(shè)計(jì)值，地震力的分項(xiàng)系數(shù)為1.30。樁身的抗剪承載力、抗彎承載力應(yīng)除以承載力抗震調(diào)整系數(shù)rRE，抗剪時(shí)為0.85，抗彎時(shí)為0.75。
2.由管樁樁側(cè)土確定的樁水平承載力
2.1由單樁水平靜荷載試驗(yàn)確定單樁水平承載力。
2.2按電算程序估算管樁水平承載力。
無(wú)管樁計(jì)算程序，應(yīng)將管樁截面折算后才能電算?？蓞⒖际褂贸绦?yàn)椋?/div>
(1)理正工具箱：樁水平承載力驗(yàn)算。
(2)PKPM的JCCAD：基樁橫向承載力校核。
2.3按管樁樁側(cè)土確定的水平承載力作抗震驗(yàn)算時(shí)，同豎向承載力抗震驗(yàn)算一樣，水平地震力取標(biāo)準(zhǔn)值，管樁的水平承載力應(yīng)乘1.25的提高系數(shù)。
當(dāng)m=4時(shí)(相當(dāng)于軟塑、流塑狀飽和黃土)；對(duì)于Φ400×95管樁，樁水平承載力特征值Qa約為104.6KN，樁身強(qiáng)度控制的豎向承載力特征值Ra約為1500KN，1.25Qa/Ra=8.72%；對(duì)于Φ500×125管樁，Qa約為164.6KN，Ra約為2500KN，1.25Qa/Ra=8.23%。相當(dāng)于地震剪力和建筑物總重之比不超過(guò)該值時(shí)，可不作抗震驗(yàn)算。
3預(yù)應(yīng)力混凝土管樁設(shè)計(jì)與施工
以某八度抗震區(qū)工程實(shí)例為例。該工程經(jīng)方案比較，并且進(jìn)行計(jì)算比選，樁選用A型預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC），樁外徑￠500，壁厚100，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C80，即選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集03SG409中PHC-A500（100）-H。設(shè)計(jì)的樁尖持力層選在第（5）（6）（7）層強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、中風(fēng)化粉砂、微風(fēng)化石灰?guī)r層。樁進(jìn)入持力層不小于0.5m，樁長(zhǎng)約8至44m，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，樁長(zhǎng)總體相差較大。初步計(jì)算單樁豎向承載力最大特征值為1200kN，樁頂進(jìn)入承臺(tái)50mm?？紤]本工程的特殊地質(zhì)條件，必須進(jìn)行試樁才能確定合適的單樁豎向承載力最大特征值。
1.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁試樁
預(yù)應(yīng)力混凝土管樁試樁共選取3根，在現(xiàn)場(chǎng)，由業(yè)主、監(jiān)理、施工單位商量一致意見(jiàn)后，選定位于不同部位的3根樁進(jìn)行試樁。從2007年3月17日上午開(kāi)始，對(duì)選定的3根樁按計(jì)算單樁豎向承載力最大特征值1200kN分級(jí)靜壓進(jìn)行試樁，每級(jí)270kN，加壓至10.5級(jí)荷載，達(dá)到2900kN，是設(shè)計(jì)承載力最大特征值的2.4倍，3根試樁均完好。根據(jù)以往通常的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，又經(jīng)過(guò)試樁數(shù)據(jù)的分析，決定將單樁豎向承載力最大特征值定為1200kN。
2.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工
從2009年4月21日上午開(kāi)始，進(jìn)行正式壓樁施工。開(kāi)始63根樁按設(shè)計(jì)要求施工比較順利，加壓至10.5級(jí)荷載，均達(dá)到2900kN。但在以后的壓樁施工中，從126號(hào)至154號(hào)樁段中，壓至18～19m時(shí)出現(xiàn)斷裂，壓力僅750～1600kN，根據(jù)地質(zhì)資料反映在19m處局部有石灰?guī)r、溶洞。各根樁的壓樁情況如下：
191#：壓樁深度23m，探孔深度18m，壓力2400kN。
154#：壓樁深度30m，探孔深度13m，壓力1250kN。
122#：壓樁深度32m，探孔深度25m，壓力2400kN。
58#：壓樁深度39m，探孔深度23m，壓力2200kN。
60#：壓樁深度30.5m，探孔深度23m，壓力2200kN。
62#：壓樁深度38m，探孔深度13m，壓力1500kN。
67#：壓樁深度28m，探孔深度16m，壓力1500kN。
39#：壓樁深度60.10m，壓力2800kN（復(fù)壓3次下沉4公分）。
在操作過(guò)程中凡在斷折深度位置感到有輕微受壓及振蕩，壓完126號(hào)至133號(hào)樁，將壓樁機(jī)移至樁長(zhǎng)只有10m處下壓，現(xiàn)象也是一樣，壓樁時(shí)在10m處的樁管有黃泥水涌上。
4.出現(xiàn)問(wèn)題原因分析
在沉樁過(guò)程中出現(xiàn)以上情況，設(shè)計(jì)單位得知后要求立刻停止壓樁施工，認(rèn)真查閱研究《巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告》，根據(jù)問(wèn)題樁位置一一對(duì)照地質(zhì)情況，查找原因。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)單位與業(yè)主、監(jiān)理、施工單位共同商討，可以判斷出是樁身斷裂。樁身斷裂主要原因：（1）工程勘察存在的問(wèn)題是勘察點(diǎn)太少，樁身在施工中遇到有石灰?guī)r、溶洞，硬度大的土層，且起伏較大，樁尖沒(méi)有進(jìn)入持力層而滑移，出現(xiàn)較大彎曲，在集中荷載作用下，樁身不能承受抗彎而斷裂。（2）由于第④層砂質(zhì)粘性土層土質(zhì)總體硬實(shí)，不均勻，臨近基巖中央的土段易受地下水軟化而呈軟～可塑狀，工程性質(zhì)不甚穩(wěn)定。持力層第⑤層強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖巖質(zhì)堅(jiān)硬。導(dǎo)致樁壓到持力層土層時(shí)，樁尖進(jìn)入持力層較少，壓入量很少，但壓力在不斷提高，到一定壓力時(shí)出現(xiàn)彎曲而斷裂。
預(yù)防措施：經(jīng)過(guò)仔細(xì)探討分析，了解周?chē)案浇鼒?chǎng)地的壓樁經(jīng)驗(yàn)，決定采取如下措施：（1）到達(dá)持力層時(shí)，減慢壓樁速度；（2）降低單樁豎向承載力最大特征值，經(jīng)計(jì)算，決定采用800kN，樁頂進(jìn)入承臺(tái)50mm，確保樁體完整。治理方法：施工中已經(jīng)出現(xiàn)的斷裂樁，會(huì)同設(shè)計(jì)人員共同研究處理辦法，根據(jù)工程地質(zhì)條件、上部荷載及所處的結(jié)構(gòu)部位，采取補(bǔ)樁的方法解決。還沒(méi)有壓樁的部位，單樁豎向承載力最大特征值調(diào)整為800kN，加壓至7級(jí)荷載，達(dá)到1900kN，是設(shè)計(jì)承載力最大特征值的2.4倍。一旦沉樁量達(dá)到要求，樁頂進(jìn)入承臺(tái)50mm，不再加載，確保樁體完整。
5.結(jié)果良好
經(jīng)過(guò)以上預(yù)防措施的制定、具體治理方法的研究確定，施工單位按此要求進(jìn)行施工壓樁，沒(méi)有再出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象，整體施工進(jìn)度也大大提高，此后壓的樁全部壓到1900kN的壓力，沒(méi)有再出現(xiàn)斷裂樁，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求，并且一次檢測(cè)通過(guò)。
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