PHC管桩单桩竖向承载力的研究现状

2015-08-25 193 0

  PHC(Pre-stressedHigh-strengthConcrete)管桩[1],即预应力高强混凝土管桩,是采用先张法预应力离心成型工艺,并经过10个大气压、180℃左右的蒸汽养护,形成一种空心圆筒型混凝土预制构件,其混凝土强度等级≥C80。PHC管桩具有单桩承载力高,应用范围广,沉桩质量可靠,工程造价低等优点,但是施工时所需的施工机械投资大,受起吊设备的的限制,单节桩的桩长不宜过长,一般十余米,因而使用长桩时需要接桩,而桩的接头位置常会成为桩身的薄弱环节。管桩设计时,关键是确定其单桩竖向承载力。对于PHC管桩竖向承载力的计算,通常考虑两个方面[2]:一是按PHC管桩桩身结构强度确定单桩竖向承载力,即确定桩身最大允许轴向承压力;二是按土的强度与变形确定单桩竖向承载力。
 
  1国内外关于PHC管桩单桩竖向承载力的确定方法
 
  按PHC管桩桩身结构强度计算单桩竖向承载力
 
  当按PHC管桩桩身结构强度计算单桩竖向承载力时,不同的规范有不同的标准,各标准规范按管桩桩身结构强度计算单桩竖向承载力的计算公式,可以看出每个公式考虑的承载力影响因素均与管桩混凝土抗压强度、管桩桩身有效预压应力、管桩有效截面面积有关,公式的不同之处在于其公式前面的系数不同,不同地区采用不同的系数,可见按管桩桩身结构强度计算单桩竖向承载力是结合当地情况确定的,不同地区有不同的标准。
 
  按土的强度与变形确定单桩竖向承载力
 
  1)广东省地方标准《预应力混凝土管桩基础技术规程》DBJ15-22-98中规定当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时,可按下式计算:
 
  (1-1)
 
  2)江苏省推荐性技术规程《先张法预应力混凝土管桩基础技术规程》苏JG/T011-2003中规定当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时,宜按下式估算:
 
  (1-2)
 
  3)广东建设开发总公司总工程师王离[3]提出了一个估算桩尖进入强风化岩层的预应力管桩的单桩竖向承载力标准值的经验公式:
 
  (1-3)
 
  此公式适用范围:①管桩桩尖必须进入≥50的强风化岩层;当>60时,取=60。②当计算出来的大于桩身额定承载力时,取等于额定承载力。
 
  4)天津市勘察院的李连营教授级高工[4],通过对天津地区大量预应力管桩静荷载试验的结果分析,部分考虑内壁的侧摩阻力,并对桩端面积和极限桩端阻力标准值进行了修正,提出了以下修正公式:
 
  (1-4)
 
  式中:、分别为外壁、内壁的周长;为“土塞”效应修正系数,根据持力层土的性质可按表2查取;为极限端阻力标准值修正系数,根据持力层土的性质按表2查取。其余参数同前。
 
  根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时,广东省地方标准与江苏省推荐性技术规程相比,考虑了桩侧阻力修正系数及桩端阻力修正系数,但二者均未考虑土塞效应的影响,计算开口桩时均按闭口桩计算。广东建设开发总公司总工程师王离提出的经验公式考虑了管桩桩径的影响,而天津市勘察院的李连营教授级高工提出的修正公式考虑管桩内外径、土塞效应对管桩单桩承载力的影响及极限端阻力标准值修正系数。
 
  2PHC管桩单桩竖向承载力的影响因素
 
  PHC管桩单桩竖向承载力的影响因素有许多,就PHC管桩本身而言,需要考虑其桩身混凝土抗压强度、管桩桩身有效预压应力,管桩的成桩工艺,管桩的内外径[5]等。当考虑到桩土相互作用时,对于闭口PHC管桩,单桩竖向承载力主要由桩侧摩阻力与桩端阻力组成,而对于开口PHC管桩,还应考虑管桩内壁桩土之间产生的侧摩阻力。桩侧摩阻力与桩端阻力与桩长、桩的横截面积、土的性质有关。开口PHC管桩在沉桩过程中会产生土塞效应,土塞效应是指在沉桩过程中,桩端土的一部分随着管桩的下沉而进入管桩内形成“土塞”,土塞对桩端承载力有明显影响,从而影响单桩承载特性,所以对于开口PHC管桩在确定其单桩竖向承载力时还应考虑土塞效应对其影响。
 
  3结语
 
  PHC管桩单桩承载力的确定是一个复杂的问题,需要考虑多方面的因素,但是不同地质情况下影响管桩单桩承载力的主要因素会不同,如果将所有因素全部考虑来确定管桩的单桩承载力是没有必要的,有些因素的影响在某一地质条件下可能会对单桩承载力的影响很小,与其他因素相比可以忽略不计,所以如何根据不同的地质条件及PHC管桩自身条件来确定影响其单桩承载力的主要因素,进而根据这些主要因素确定单桩承载力有待进一步研究及完善。
 
  参考文献
 
  [1]阮起楠.预应力混凝土管桩[M].北京:中国建材工业出版社,2000.
 
  [2]高喜峰.天津市预应力管桩竖向承载力研究[D].天津大学硕士论文,2005.
 
  [3]王离.预应力混凝土管桩十年来在广东的推广与应用[J].混凝土与水泥制品,1997,(3):37-40.
 
  [4]李连营,路清.预应力管桩单桩竖向极限承载力分析[J].岩土工程技术,2003,(4):220-223.
 
  [5]Radhakrishnan.R.PileDrivingAnalysisofALargeDiameterPre-stressedConcretePipePile[J].GeotechnicalEngineering,1984,v15,n2,p155-169.

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