預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁設(shè)計(jì)及承載力性能研究

劉克昭

（河北鋼鐵集團(tuán)礦山設(shè)計(jì)有限公司，河北唐山063700）

1 引言

在20 世紀(jì)中期，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁開始生產(chǎn)，目前這些管樁已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于高層建筑、港口、公路等建造中。然而混管柱并不能適用于全部地形，其在深厚軟土地基的應(yīng)用中還存在著一些問題。預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁是通過樁身的截面變化，使樁能和土地連接或是接觸得更加緊密，從而大大提高側(cè)摩擦力，提高竹節(jié)樁的承載能力，并且在施工應(yīng)用過程中操作簡便，便于控制。因此，本文主要對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁設(shè)計(jì)及承載性能進(jìn)行論述。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁簡介

預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁（見圖1）管柱可分為先張法和后張法2 種的預(yù)應(yīng)力管柱。主要有3 種管柱，分別為預(yù)應(yīng)力混凝土管柱、薄壁管柱以及具有高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力的混凝土管柱（PHC 管柱）。其中，先張法預(yù)應(yīng)力管柱主要采用的先張法預(yù)應(yīng)力工藝和離心成型的工藝方法來構(gòu)建出中空的桶狀混凝土預(yù)構(gòu)件，而這個(gè)預(yù)構(gòu)件主要是由筒形的柱身、封蓋板以及鋼筋箍套所組成。竹節(jié)樁還可以按照不同的分類方式進(jìn)行分類，例如，按照 外 徑 的 長 度 可 以 分 為：300～500mm、500～800mm、800～1200mm 不等，如果按照混凝土的有效預(yù)應(yīng)力值進(jìn)行分類還可以分為A 型、AB 型、B 型和C 型4 種[1]。

樁身在整個(gè)竹節(jié)樁中起到了至關(guān)重要的作用，樁身上因?yàn)樵O(shè)有承重盤所以在整個(gè)過程中樁身是主要承重支撐。另外，在樁身的外表面還具有多個(gè)承重盤受力臺(tái)，這樣與樁身組合起來，像竹節(jié)一樣，增大接觸面和樁身兩側(cè)的摩擦力，從而消除由于樁身抱壓所受到的壓力，保證了竹節(jié)樁的使用壽命。另外，竹節(jié)樁還可以按照混凝土的等級(jí)進(jìn)行分類，如C80、C100。這些樁型相較于普通樁型來說，承重能力普遍提升10%～20%，在同樣的承重條件下，降低了施工成本，降低了施工難度，并且還能夠保證在節(jié)約能源的情況下提高承載力。

圖1 預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁

3 竹節(jié)樁的制造以及其性能

3.1 成樁工藝

常用建造竹節(jié)樁的方式是“靜鉆根植樁工法”。此方法主要用特種鉆機(jī)來對(duì)地面進(jìn)行預(yù)鉆孔，然后達(dá)到目的深度時(shí)再進(jìn)行底部擴(kuò)張，在擴(kuò)充完成之后，再向孔內(nèi)注入水泥漿形成水泥土。然后再進(jìn)行配樁。在接樁的過程中，首先，讓專業(yè)的焊工將一節(jié)節(jié)的節(jié)樁焊接成為一整根，在焊接的過程中如果想要保證焊接的質(zhì)量就必須采用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行保護(hù)，并且由樁的四周進(jìn)行分層焊接。最后，最為重要的一步就是植樁，將整根樁用吊車吊到需要的位置上，再植入樁孔，并且在植樁的過程中還需要不斷地向孔內(nèi)注入泥漿，以達(dá)到提高承載力的目的，如圖2 所示。

圖2 成樁工藝

這種工藝的優(yōu)勢在于，大幅度地提高樁的抗壓、抗拔和水平承載力能力；在施工的過程中可以全面進(jìn)行監(jiān)控，從而保證了在施工過程中的施工質(zhì)量；在建造過程中不需要考慮泥漿的排放問題，從而達(dá)到了節(jié)省能源的目的；最后，這種工藝還可以減少碳在大氣中的排放量，從而也達(dá)到了綠色環(huán)保的目的。

3.2 質(zhì)量控制

預(yù)應(yīng)力混凝土樁，不適合截樁，如果遇到特殊情況，必須進(jìn)行截樁時(shí)，在截樁過程中，需要采取有效的措施來保證截樁后樁的質(zhì)量。在截樁的過程中需要采用截樁器來進(jìn)行截樁，避免采用大錘對(duì)樁面橫向敲打，以免發(fā)生意外。除此之外，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和薄壁樁在選擇混凝土?xí)r，需要采用強(qiáng)度等級(jí)大于C60 的混凝土。出廠檢測也是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，出廠時(shí)檢測產(chǎn)品的抗拉、抗壓能力以及承載力性能，外觀和質(zhì)量等方面。這樣才能夠保證在應(yīng)用過程中的質(zhì)量，避免由于質(zhì)量問題引發(fā)安全事故。在出廠監(jiān)測完畢后，還需要制定檢查計(jì)劃定期對(duì)竹節(jié)樁進(jìn)行檢查，并且進(jìn)行詳細(xì)的記錄，查看是否出現(xiàn)缺陷，或破損等狀況，如果出現(xiàn)了這樣的狀況就需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的處理，確保其工作性能。

3.3 承載機(jī)理

竹節(jié)樁應(yīng)該具有較大的承載能力和抗拉抗壓能力。由于在制造過程中承載盤相對(duì)來說較多，這就使樁的穩(wěn)定性和前段的阻力增加。支盤能夠分別對(duì)承力盤和各個(gè)分支之間施加三維的靜壓力，這樣就使支盤周圍的土層被加固，從而提高了樁土共同作用的能力。而且支盤的承力，盤的直徑非常大，當(dāng)主樁的直徑為500～1000mm 時(shí)，支盤的盤徑就可以到達(dá)1300～2100mm，面積比主盤大了約5 倍，因此，能夠讓竹節(jié)樁對(duì)上下土層進(jìn)行充分適應(yīng)，進(jìn)而提高其穩(wěn)定能力和承載能力。竹節(jié)樁是一種漸進(jìn)型的壓縮樁，可以根據(jù)不同土層的性質(zhì)進(jìn)行加固處理，通過對(duì)支盤距離的不斷調(diào)整來適應(yīng)不同的承載力需求，從而達(dá)到優(yōu)化質(zhì)量，節(jié)約資源的目的。但是竹節(jié)樁的復(fù)雜機(jī)理導(dǎo)致了其在使用過程中存在一些不可控因素，因此，還需要進(jìn)行深入的探索和研究。

4 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁作為一種新型技術(shù)，雖說技術(shù)水平還不能到達(dá)完全熟練的程度，但已經(jīng)被廣泛認(rèn)可，尤其是在軟土地基中的應(yīng)用。相信在不久的未來，通過對(duì)其加以探索和研究，人們能夠更加熟練地掌握此項(xiàng)技術(shù)，為工程建設(shè)的發(fā)展提供更加有利的保障。預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁的廣泛應(yīng)用，能為工程節(jié)省建造成本，推進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，并且為我國建筑行業(yè)提供安全保障，避免安全事故的發(fā)生。