灌注樁試樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)是否提高之問(wèn)題分析

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(山西凱的建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃有限公司，山西 太原 030006)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑不斷涌現(xiàn)，灌注樁作為一種經(jīng)濟(jì)、安全的基礎(chǔ)被大量采用。但是，很多設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)灌注樁時(shí)，往往要求提高試樁樁體的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，有時(shí)甚至提高3～4個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。這種做法普遍存在于各個(gè)設(shè)計(jì)單位中，其中也不乏一些省級(jí)設(shè)計(jì)院。經(jīng)調(diào)查，全國(guó)各個(gè)地區(qū)都有這種做法，甚至一些審圖機(jī)構(gòu)對(duì)于未提高強(qiáng)度等級(jí)的設(shè)計(jì)還要求必須提高。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于對(duì)試樁的意義及規(guī)范公式的理解不很透徹造成的。本文就此問(wèn)題進(jìn)行探討，供參考。

1 試樁需解決的幾個(gè)問(wèn)題

在弄清試樁是否需提高強(qiáng)度等級(jí)這一問(wèn)題之前，我們需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：試樁有什么實(shí)際意義？混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)有哪些？計(jì)算試樁極限承載力確定強(qiáng)度等級(jí)時(shí)，采用的是混凝土強(qiáng)度的哪個(gè)指標(biāo)？未提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)的試樁樁頭破壞的原因？確定樁體強(qiáng)度等級(jí)是由哪個(gè)公式?jīng)Q定的，是怎樣確定的？強(qiáng)度等級(jí)低的工程樁沒(méi)有發(fā)生事故是否就是安全的？如何進(jìn)行公式推導(dǎo)證明未提高強(qiáng)度等級(jí)的試樁在極限值下不會(huì)損壞？

2 對(duì)試樁的幾個(gè)問(wèn)題的分析

2.1 試樁的意義

試樁能為設(shè)計(jì)單位及施工單位提供重要的第一手資料，也是確定基樁和地基承載力的最直接、可靠、最具有代表性的方法(靜載荷試驗(yàn))，其測(cè)試成果要作為工程設(shè)計(jì)和施工驗(yàn)收的重要依據(jù)。試樁是大量工程樁的代表，試樁結(jié)果是最終確定工程樁承載力及樁身強(qiáng)度最直觀的依據(jù)。所以，一旦試樁提高了強(qiáng)度等級(jí)，則實(shí)際上已經(jīng)與工程樁有所不同。試樁除了要試驗(yàn)樁周土體對(duì)樁的支撐是否滿足要求，也要測(cè)試樁身強(qiáng)度是否滿足要求。這就好比取兩根樁，一根是鋼樁，一根是木樁，打鋼樁時(shí)，是周邊土體先發(fā)生破壞；打木樁時(shí)，周邊土體完好，而樁身先破壞。我們將木樁視為強(qiáng)度等級(jí)低的灌注樁，鋼樁視為強(qiáng)度等級(jí)高的灌注樁，則不難看出，用強(qiáng)度等級(jí)高的樁代替強(qiáng)度等級(jí)低的樁，其試驗(yàn)結(jié)果完全有可能不同，會(huì)出現(xiàn)試樁承載力能夠滿足設(shè)計(jì)要求，而實(shí)際上工程樁達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的情況。這就是試樁強(qiáng)度等級(jí)高而工程樁強(qiáng)度等級(jí)低的問(wèn)題，尤其是提高若干強(qiáng)度等級(jí)時(shí)問(wèn)題更為嚴(yán)重。所以，從試樁的意義上來(lái)看，試樁的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)該與工程樁相同。

2.2 試樁混凝土強(qiáng)度指標(biāo)的選擇

混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)有立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcuk、軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck、軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc，試樁是在極限承載壓力下進(jìn)行數(shù)天的監(jiān)測(cè)，是一個(gè)短期的荷載效應(yīng)，況且極限值對(duì)應(yīng)的是材料的標(biāo)準(zhǔn)值，混凝土強(qiáng)度指標(biāo)在這種工況下應(yīng)該采用軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck。

2.3 試樁樁頭破壞的原因

在一些實(shí)際工程中提高試樁的強(qiáng)度等級(jí)，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員認(rèn)為在試樁過(guò)程中樁頭發(fā)生了破壞，為了防止樁頭破壞就要提高強(qiáng)度等級(jí)。但是究其原因，基本上不外乎幾種情況，一種是打樁時(shí)超打不足，樁頭混凝土夾雜土質(zhì)較多，混凝土強(qiáng)度不足；另一種是過(guò)早地估計(jì)了混凝土的強(qiáng)度，齡期不足就開(kāi)始試樁；再一種是設(shè)備承壓面積較小，局部壓力不夠，加之沒(méi)有設(shè)置鋼筋加密網(wǎng)片和周邊的鋼板套箍，混凝土未受到很好的約束，致使樁頭開(kāi)裂。解決此類問(wèn)題的方法不應(yīng)該是提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，而應(yīng)該從加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)、嚴(yán)格控制超打長(zhǎng)度、加強(qiáng)構(gòu)造等方面來(lái)解決。

2.4 確定樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)的方法

在樁基礎(chǔ)規(guī)范中，確定樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)的實(shí)際公式為：N≤ΨcfcAp(N為樁頂壓力設(shè)計(jì)值)，確定承載力時(shí)為Nk≤R(Nk為樁頂壓力標(biāo)準(zhǔn)值)。很多設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)樁時(shí)往往只是計(jì)算是否滿足Nk≤R，把R特征值算得很細(xì)致，而忽略了樁身N≤ΨcfcAp的要求，往往在圖紙上給出的樁身承載力特征值R超過(guò)了樁身可承受的設(shè)計(jì)值推導(dǎo)出的特征值R。所以，確定一根樁的強(qiáng)度等級(jí)要計(jì)算兩次(雙控)，一次為上部荷載標(biāo)準(zhǔn)值不能大于特征值R，另一次為上部荷載設(shè)計(jì)值不能大于ΨcfcAp，這兩個(gè)條件都滿足的情況下樁才是安全的。

2.5 強(qiáng)度等級(jí)低的工程樁是否安全

很多工程樁的強(qiáng)度等級(jí)沒(méi)有試樁的高，但在使用中也沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，是因?yàn)閷?shí)際的上部荷載雖然超過(guò)了ΨcfcAp推導(dǎo)的特征值R，但沒(méi)有超過(guò)極限值，只是沉降略微加大，又達(dá)到了新的平衡，這并不代表設(shè)計(jì)就是安全的、正確的。只要安全系數(shù)K<2，就超過(guò)了規(guī)范規(guī)定的安全儲(chǔ)備，是絕對(duì)禁止的，一旦工程出現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員的責(zé)任非常重大。

2.6 試樁不提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)的公式推導(dǎo)

設(shè)計(jì)人員常擔(dān)心試樁不提高強(qiáng)度等級(jí)能否承受極限荷載Q。其實(shí)只要證明Q/Ap

Q/Ap=2R/Ap=2(N/1.35)/Ap=2(ΨcfcAp/1.35)/Ap=2(Ψcfc)/1.35

(1)

由混凝土規(guī)范可以看出，fck=1.4fc，則(1)式變?yōu)椋?/p>

Q/Ap=2(ΨcfcAp/1.4/1.35)/Ap=2Ψcfck/1.35/1.4=1.058Ψcfck=(0.74～0.95)fck

(2)

由以上推導(dǎo)可以看出，因?yàn)镼/Ap

3 計(jì)算實(shí)例分析

取一實(shí)際工程樁進(jìn)行驗(yàn)算。樁徑為700 mm，樁面積Ap=384 650 m2，單樁特征值R=4 200 kN，極限值Q=2R=8 400 kN。N=1.35R=1.35×4 200=5 670(kN)，fc=N/Ψc/Ap=5 670 000/0.9/384 650=16.37(MPa)，初步確定樁身強(qiáng)度取C35(C35時(shí)fc=16.7 MPa)比較合適。再驗(yàn)證在極限值Q作用下樁身能否承受。

Q/Ap=8 400 000/384 650=21.83(MPa)

因C35時(shí)fck=23.4 MPa，實(shí)際計(jì)算也證實(shí)了試樁不必提高強(qiáng)度等級(jí)完全可以滿足承載力要求。

4 結(jié)語(yǔ)

在設(shè)計(jì)的灌注樁試樁時(shí)，從試樁的意義上來(lái)講，僅提高試樁的強(qiáng)度等級(jí)沒(méi)有科學(xué)依據(jù)，不能代表工程樁的實(shí)際受力情況，還有可能造成工程樁的偏于不安全，給工程建設(shè)帶來(lái)不安全隱患。從公式的推導(dǎo)來(lái)分析，試樁不提高強(qiáng)度等級(jí)也能滿足極限承載力的考驗(yàn)；從規(guī)范條文來(lái)看，樁基規(guī)范的條文說(shuō)明中對(duì)40多根樁做了實(shí)際的檢驗(yàn)，在不提高強(qiáng)度等級(jí)的情況下完全不會(huì)有任何問(wèn)題。所以，設(shè)計(jì)灌注樁一定要從概念上理解試樁的實(shí)際作用，不能代表工程樁實(shí)際情況的試樁沒(méi)有意義。

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