羅森林 陳先軍 魏世輝
(1阜陽市建筑工程施工圖審查有限責任公司；
2阜陽職業技術學院建筑工程系安徽阜陽 236000)
預應力高強混凝土管樁(以下簡稱“PHC樁”)是在工廠流水作業預制而成的一種薄壁空心的樁體，在我國各類工業與民用建筑工程中得到了廣泛地應用。相對于傳統打樁施工工藝，靜壓法施工產生的噪聲、振動較小[1-2]，比較適合在城市已建成區域的工程建設。目前對靜壓PHC樁在實際工程的應用已有很多研究成果，主要有預應力靜壓管樁在工程中的應用[3]，預應力管樁建筑樁基技術在建筑中的應用[4]，預應力管樁設計若干問題探討等[5]。阜陽市是皖北平原的代表性城市，文章結合皖北平原的工程地質特點，分析了靜壓PHC樁的適用范圍和在建筑工程應用中幾個熱點問題。
PHC樁目前大多采用靜壓施工，由于施工進度較快、效率高、擾民少、污染少，在各類土木工程中應用廣泛。一般可以應用于樁側以填土、軟土和粘性土為主的土層，比如在安徽北部、河南南部的平原地區建筑工程應用較常見，是主流的樁型。如果遇到中間有較厚的砂層、粉砂夾層、硬粘土層或是密實砂層，可能難以貫入，此時可以通過分析勘察報告中鉆孔的土層標貫值N和土層厚度情況，當N大于28以上就可以考慮引孔施工，孔徑可取管樁外徑的0.65～0.75倍，以減少可能出現的施工斷樁現象。如果是樁端持力層的標高起伏變化較大的工程，則不應使用PHC樁。
(1)能否通過增加樁長的方式提高摩擦型PHC樁的單樁承載力特征值Ra的問題。根據樁基規范的計算公式單樁豎向承載力極限值Quk= 樁極限側阻力Qsk+樁極限端阻力Qpk，設計人員往往通過增加樁長的方式來提高Ra。早期的樁基研究假定Qpk、Qsk同步發揮，但是近年來的研究表明并非如此。根據同濟大學高大釗的研究[1]，隨著樁的長徑比l/d增大，Qpk對Quk的貢獻變小；
當l/d達100時，樁極限端阻力Qpk的發揮接近0，這也糾正了以往“樁越長，承載力越高”的片面認識。因此可以推斷：平原地區的PHC管樁(通常15～40m之間)， 樁極限端阻力Qpk的貢獻會很小，主要是樁極限側阻力Qsk發揮作用，屬于典型的摩擦型樁。除非是為了減小沉降而將樁支承在深部堅硬土層上，其他時候依靠增大樁長的辦法來提高單樁承載力特征值是不合理的，會造成浪費。
(2)PHC樁如何用于建筑工程抗拔樁的問題。PHC樁由于存在接樁焊接接頭處質量不易控制、側壁提供的抗拔側阻力不高等問題，應優先用于抗壓樁而慎用于抗拔樁。為解決這個難題，可以使用樁側縱橫向帶肋的異形PHC樁[6](見圖1、圖2)，其研究成果已經獲得2020年華夏建設科學技術獎一等獎。與同樁徑、樁長的普通PHC樁相比，異形PHC樁的抗拔承載力提高30～66%；
同時螺鎖式連接取消了樁端板，可節約95%端板鋼材，近4年來已經在烏鎮互聯網國際會展中心、長豐縣和宿州市光伏發電項目等國內多項工程中應用，成效顯著。
圖1 異形PHC樁實物圖
圖2 螺鎖式連接接頭
(3)關于樁基檢測試樁的問題。單樁靜載荷試驗目前仍是確定單樁承載力特征值Ra的重要手段之一，可靠性較好，優于高應變檢測等其他估算方法。理論上應該先進行場地試樁。
根據試樁結果調整勘察報告中參數估計的Ra值。但民用住宅類工程工期緊張，往往是施工完畢后再直接檢測Ra值是否滿足設計要求，一旦發現檢測的數據低于設計值，就只有設法采取補樁措施。勘察單位為了避免出現這樣情況，往往在勘察報告中提出比較保守的樁基參數指標，同時檢測單位在試驗加載時一般只加載到單樁承載力特征值的2倍即停止加載，這樣造成樁基工程設計安全度過大而存在浪費。新加坡規定，一般場前試樁至少加載至單樁承載力特征值的3倍[2]。對此，一方面建設單位應先進行試樁后，再進行工程樁的全面施工；
另一方面檢測單位在做試驗樁加載時，應根據實際工程情況適當提高最大加載量。
某高層住宅小區工程位于安徽北部平原地區，抗浮設計水位取室外地坪下1m，純地下室部分采用管樁作為抗拔樁。試樁時建設單位選用了縱橫向帶肋的異形PHC樁(簡稱：S1- S4)4組和普通PHC樁(簡稱：D1)1組進行對比分析，設計樁長23m，外徑500mm，樁身混凝土等級是C80，設計要求單樁抗拔承載力不小于690KN。試驗過程按照行業標準《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ106-2014)中的慢速維持荷載法的有關規定進行，其豎向抗拔荷載-位移曲線見圖3，抗拔靜載荷試驗結果見表1。
圖3 異形PHC樁豎向抗拔荷載-位移曲線
由圖 3、表1可知，5組試樁的荷載-位移曲線均呈緩變型，各級荷載下的上拔位移量變化均勻；
當上拔荷載在580KN以下時，荷載-位移曲線均近似呈直線。異形PHC樁的的最大上拔荷載明顯大于普通PHC樁，當其縱橫向的肋、節數增加時，豎向抗拔極限承載力也得以提高。說明異形PHC樁由于樁側凸凹的特殊構造，使得受力性狀發生變化(見圖4)，大大提高樁側阻力，該例中編號S4的異形PHC樁抗拔極限承載力相對于普通PHC樁提高達43.1%。
圖4 普通管樁與異型樁承載機理對比
表1 抗拔靜載荷試驗結果
4.1工程概況
阜陽市某高層住宅樓樁基工程采用PHC樁，建筑高度99.2m，層數34層，選用PHC-500(125)AB型樁，混凝土等級是C80，樁長33m(3節樁)，采用靜力壓樁施工方式，灌芯混凝土長度取為2m。樁基設計參數見表2。
表2 樁基設計參數表(單位：KPa)
4.2 PHC樁基設計
比較當PHC樁端位于第7層、第8層和第9層時三個方案的情況：方案一：樁端在第7層土，單樁承載力特征值Ra=2100 KN，樁長33米，共需要布樁97根；
方案二：樁端在第8層土， Ra=2450 KN，樁長37米，共需要布樁88根；
方案三：樁端在第9層土， Ra=2900 KN，樁長41m，共需要布樁82根。以上三個方案的PHC樁基均可以滿足承載能力和沉降驗算的要求，從經濟性和適用性考慮，宜選用樁長較短的方案，一方面是前面所述的超長樁在摩擦型樁基里面，樁端阻力發揮很小，很不經濟；
另一方面考慮PHC樁接頭宜少，總樁長宜控制3節樁以內，因此選用方案一。該工程PHC樁施工前在代表部位試樁3根，并適當提高了最大加載量至2.48倍單樁承載力特征值Ra。施工時終壓控制條件：原則上采用樁長和終壓力進行雙控，根據勘察報告的參數得出Ra取值為2100KN，終壓力擬取值為5200KN(取2.48倍Ra)。試樁結果表明：3個試樁點的s-lgt曲線，接近水平直線，各級荷載對應的斜率很小；
Q-S曲線上，樁頂總沉降量為23.78mm，曲線未出現陡降段。根據試樁結果，取Ra=2500KN，同時優化了原設計方案，總樁數從97根減少到88根。
4.3樁基檢測結果分析
隨機抽檢3根基樁(30#、59#、94#)進行單樁豎向抗壓靜載荷試驗，3根基樁加載的最大荷載是5200KN，單樁承載力特征值2500KN，樁頂最大沉降量分別是11.78mm、11.91mm，10.57mm。其中30#的單樁豎向抗壓靜載荷試驗Q-S曲線見圖6，曲線未出現陡降段；
s-lgt曲線見圖5，各級荷載對應的斜率很小。表明承載能力的富裕度還較大。同時該工程還對全部88根工程樁進行了低應變檢測，經分析均為Ⅰ類樁，基樁樁身的混凝土波速在4000～4348m/s之間，平均值4164m/s，樁身完整性符合設計和規范要求。
圖5 30#樁的S-lgt曲線
圖6 30#樁的Q-S曲線
文章從 PHC樁在建筑工程中適用范圍、增加樁長的方法對提高摩擦型PHC樁的單樁承載力特征值不合理、異形PHC樁可以應用于建筑工程抗拔樁、樁基檢測試樁的建議等幾個方面來分析探討PHC樁基應用情況，并分析阜陽市某高層住宅樓樁基工程設計的實例，為類似工程提供了經驗參考的依據。綜上，筆者認為：①摩擦型PHC樁不宜用單純增加樁長來提高單樁承載力特征值Ra，除非是為了減小沉降而將樁支承在深部堅硬土層上；
②縱橫向帶肋的異形PHC樁能夠大幅度提高抗拔承載力，并在多項工程中成功應用；
③在做試驗樁加載時，應根據實際工程情況適當提高最大加載量，以便得到合理的Ra值。