’¨１Ｚ －． 岩土芷稷 下互程 ＰＨＣ桩填芯补强技术在高速公路桥梁工程中的应用研究 肖林峻 （聊城大学建筑工程学院，山东聊城２５２０００） 【摘要】ＰＨＣ管桩具有施工质量容易控制、施工速度快、Ｘ－后沉降及不均匀沉降小、单桩承载力高、 单位承载力造价便宜等优点。工程中多应用于工业与民用建筑中，为在高速公路桥梁工程中推广应用，结合 ＰＨＣ管桩在某高速公路桥梁工程中的应用实例，分析了ＰＨＣ桩身性状，从管桩填芯、桩长和桩间距等几个方 面，对ＰＨＣ管桩在桥梁工程中的应用进行了研究，最后通过桥梁动静栽试验进行验证，结果表明ＰＨＣ管桩能 应用于高速公路桥梁工程。 【关键词】ＰＨＣ管桩； 管桩填芯；Ｐ—Ｙ曲线法；承台荷栽分担比；桥梁 【中图分类号】ＴＵ９８４．１９１ ＰＨＣ桩在桥梁桩基础中的应用和普及还存在许多问题， 其作为一种有广阔应用空间和发展潜力的新型桩基，需要对 其存在的问题进行深入研究并找到合适的解决途径。本文 以江苏省宁常高速公路汤庄分离式立交桥工程为依托，采用 现场试验、室内数值模拟和理论分析的方法对ＰＨＣ桩在高 速公路桥梁工程中的应用进行系统研究，为ＰＨＣ桩在高速 公路桥梁工程中的推广应用提供参考。 【文献标识码】Ａ 到７０ ｃｍ时，桩身最大弯矩增大４０％，而桩身最大弯矩的位 置基本变化不大，都在泥面以下２—４ ｉｎ处；随着管桩壁厚的 增加，桩身弯矩的变化都不大，壁厚从８ ｅｍ到１２ ｃｍ，最大弯 矩值从２７０ ｋＮ・ｍ增加到３２０ ｋＮ・ｉｎ，增幅不超过２０％，而弯 矩极值点的位置基本保持不变，这说明在工程实际中，基本 上可以忽略壁厚对填芯位置的影响；随着桩长的增加，最大 弯矩点逐步下降，且最大弯矩值增加显著，桩长从９ ｍ增加 到１８ ｉｎ，最大弯矩值从２３０ ｋＮ・ｍ增加到３７０ ｋＮ・ｍ，增幅达 到６０％；当水平加载为极限承载力一半时，ＰＨＣ桩桩身弯矩 极值已经接近或达到规范极限抗裂弯矩值，桩基的安全已经 存在隐患，因此采用填芯补强是很有必要的。 桩身弯矩（ｋＮ・ｍ】 ｎ ５０ ｌｆｍ ｌ ｆ１ ２ｆｍ ２５０ ｍ ｎ １ ＰＨＣ桩填芯补强研究 根据现场水平静荷载试验和相关工程情况，采用大型有 限元软件ＦＬＡＣ先建立桩基础的三维模型，依据静载荷试验 中每级荷载大小进行数值模拟的加载，计算出桩顶水平位移 并和静载荷及理论计算结果进行对比分析发现，采用Ｐ—Ｙ 曲线法和该数值模拟模型分析单桩填芯以后受水平荷载时 桩身受力特性的变化是较为合理的。 根据某实际工程所在场地土体：０—５ Ｉｎ为亚黏土，Ｅ ： １０ ＭＰａ，Ｃ＝５０ ｋＰａ， ＝１５。，＇，：１９ ｋＮ／ｍ ；５～１０ ｍ为粉砂， Ｅ ＝１４ ＭＰａ，Ｃ＝５ ｋＰａ， ＝３０。， ＝１８．５ ｋＮ／ｍ ；１０—１５ ｍ 言 、： 为黏土，Ｅ ＝１１ ＭＰａ，Ｃ＝６０ ｋＰａ，妒＝１６。，ｙ＝１９．５ ｋＮ／ｍ 进 隧 刊 ＜ 行相关试验，得到 。＝０．００７，Ｙ５０＝０．０２４ ｍ，实测水平极限 承载力为４２４ ｋＮ，采用Ｍａｔｌｏｃｋ的Ｐ—Ｙ曲线法，得到该场地 的Ｐ一，，曲线为 １３ ＾， ’ 』ｌ赢 ０・５（寺）Ｔｐ：ｐ （ｙ／ｙ５。 ８） （ ｙ 。≥８） 图１桩径对桩身弯矩的影响 将所研究的影响桩身弯矩分布的三个因素、单桩所受荷 载、桩身材料弹性模量等赋予一定的初始数值，以便能更好 地计算和分析三个因素对桩身弯矩分布的影响。当分析任 意一个因素变化对桩身弯矩分布的影响时，其它因素、单桩 所受荷载、桩身材料、土体Ｐ—Ｙ曲线等保持初值不变，初始 值桩径６０ ｃｍ，壁厚１０ ｃｍ，桩长１６ ｎｌ，ＰＨＣ桩受桩顶水平荷 载为２００ ｋＮ，弯矩为０，桩身混凝土弹模Ｅ＝３．８×１０ ｋＰａ。 计算结果见图１一图３。由计算结果可以得出，桩径的大小 对桩身弯矩分布有着比较显著的影响，当桩径从４０ ｃｍ增大 管桩填芯的研究主要目的是确定管桩桩身需要填芯的 确切部位和弄清填芯各因素的影响。采用圆形截面偏心受 压构件正截面承载能力的计算公式Ｍ ＝Ｂｒ ｆｏ ＋Ｄｐｇｒ 计 算填芯ＰＨＣ桩抗弯承载力，式中 为填芯管桩截面抗弯承 ［收稿日期］２００９—０９—０４ ［作者简介］肖林峻（１９７５～），男，山东聊城人，主要从 事建筑施工管理。 四川建筑第３０卷１期２０１０．０２ 蠹害 释与地下 霉 ＝＿＝．； 桩备弯矩ｆｋ ・ＩＩＩ） ０ ５（） １（１｛） １５（１ ２００ ２５（） ３（Ｘ） ３５（） 填芯长度进行分析，填芯长度分别采用从桩顶至超过桩身 最大弯矩点０．５ １１１、１．０ ｍ、１．５ Ｉｎ，计算结果表明填芯体长度 的增加对桩身抗剪强度的增强基本没有什么影响，当填芯体 长度超过最大弯矩点１ ｍ时，增加填芯长度对桩身最不利受 荷面的应力分布的影响较小。 ２ ＰＨＣ桩桩长与间距有限元分析 运用ＦＬＡＣ建立三维有限元模型，对桩长、桩间距进行 数值分析；桩基础三维计算模型初始情况如下：直径６０ ｃｍ， 壁厚１１ ｃｍ，长度为１５ ｍ的Ｂ型ＰＨＣ桩，桩间距为３倍桩 径，桩数为４根，承台厚度为２ ｍ，承台平面尺寸随桩数和桩 间距的变化而改变。计算时对承台边缘到角桩中心的距离 进行控制，保持为Ｄ／２＋３０ ｃｎａ，数值分析计算结果见图４～ 图７ 图２壁厚对桩身弯矩的影响 桩身弯矩（ｋＮ－¨ｌ Ｊ ０ ５０ １００ １５０ ２Ｏ０ ２５ｎ ３００ ｊ 靛 沉降蕊（ｎｔ） 图４承台荷载分担比与桩长之关系 图３桩长对桩身弯矩的影响 载力，ｒ为桩半径，Ｐ为纵向钢筋配筋率； 为混凝土抗压强 度标准值， 为钢筋抗拉强度标准值，ｇ为管桩钢筋等效钢 环半径和管桩半径之比。采用下列公式计算填芯ＰＨＣ桩抗 剪承载力 羞 靶 柩 ±叵 ＝ ＋ ｉｎｏｔ＋冷 滔 式中：Ｖ为抗剪强度（Ｎ）；ｔ为管桩壁厚（ｍｍ）；Ｊ为混凝 土截面相对中心轴的惯心矩；Ｓ。为相对于中心轴以上截面 中心截面静矩； 为箍筋强度；Ａ。 ，为箍筋截面积； 为箍筋 和圆环轴线的夹角；ｓ为箍筋问距；Ａ为剪跨比，ｂ，ｈ。为矩形 沉降量【ｍ） 截面高和宽；，。为混凝土轴心抗压强度； 为混凝土法向 预压应力。 图５承台荷载分担比与桩间距之关系 计算结果发现，填芯对管桩极限抗弯、抗剪承载力影响 从图４一图７可知，随着桩长的增加，承台的荷载分担比 逐渐减小。承台的荷载分担比在桩长为１０ ｍ时比桩长为３Ｏ ｍ时高出１６．２个百分点。但是桩长在２０ ｍ以上时，承台的 荷载分担比随桩长变长而减小的幅度非常缓慢。承台荷载 分担比随桩间距的增加而增加，增长的幅度逐渐趋于缓慢； 较大；当混凝土级别达到Ｃ６０时，管桩水平抗弯极限承载力 增大到７８０ ｋＮ・ｍ，增幅达到８０％；当初始的填芯混凝土级别 是Ｃ２０的时候，管桩水平抗剪极限承载力已经从２６３ ｋＮ提 高到３７４ ｋＮ，增幅达到４３％，补强效果十分显著。配筋对管 桩极限抗弯、抗剪承载力影响不明显，当配筋率增大到原配 筋量３倍的时候，抗弯承载力的增幅仅仅达到了１０％，采用 箍筋的用量是初始用量的４倍时，其抗剪承载力比一倍钢筋 用量时仅仅增加２２％。采用上述ＦＬＡＣ有限元模型对管桩 当桩间距从２倍桩径变化到３倍桩径时，承台荷载分担比变 化最为显著，当桩间距大于４倍桩径时，承台的荷载分担比 随桩间距的增大而增大的幅度变得很小。考虑其群桩效应， 在高速公路桥梁ＰＨＣ桩基础设计中，长径比控制在３５左右， 四川建筑第３０卷１期２０１０．０２ ９３ 茸蓦器景鹕 善 桩间距布置为３～４倍桩径比较合理。 甜载（ｋＮ） 桩身最大弯矩的位置基本变化不大，都在地面以下２～４ ｍ 处；随着管桩壁厚的增加，桩身弯矩的变化都不大，弯矩极值 点的位置基本保持不变，在工程实际中，基本上可以忽略壁 厚对填芯位置的影响；随着桩长的增加，最大弯矩点逐步下 降，且最大弯矩值增加显著，桩长从９ ｍ增加到１８ ｍ，最大弯 矩值从２３０ ｋＮ・ｍ增加到３７０ ｋＮ・ｍ，增幅达到６０％；当水平 加载为极限承载力一半时，ＰＨＣ桩桩身弯矩极值已经接近或 达到规范极限抗裂弯矩值，桩基的安全已经存在隐患，采用 填芯补强是很有必要的。 （２）填芯对ＰＨＣ管桩极限抗弯、抗剪承载力影响较大； 配筋对管桩极限抗弯、抗剪承载力影响不明显，通过填芯体 混凝土级别的增大来提高管桩水平极限抗弯、抗剪承载力是 一种十分可行的方案。 （３）填芯体长度的增加对ＰＨＣ管桩桩身抗剪强度的增 图６桩长变化时群桩荷载一沉降曲线 强基本没有什么影响，当填芯体长度超过最大弯矩点１ ｍ 时，增加填 长度对桩身最不利受荷面的应力分布的影响较 小，因此在实际工程中采用的填芯长度以超过最大弯矩点１ ｍ左右为宜。 （４）随着ＰＨＣ管桩桩长的增加，承台的荷载分担比逐渐 减小；承台荷载分担比随桩间距的增加而增加，增长的幅度 逐渐趋于缓慢；考虑其群桩效应，在高速公路桥梁ＰＨＣ桩基 础设计中长径比控制在３５左右，桩间距布置为３—４倍桩径 比较合理。 参考文献 １］谢涛，袁文忠，姚勇．超大群桩竖向承载群桩效应试验研究 ［Ｊ］．公路交通科技，２００３，２Ｏ（５）：６１－６３，７７ ２］ 刘金砺．竖向荷载下的群桩效应和群桩基础概念设计的若干 图７桩间距变化时群桩荷载一沉降曲线 问题［Ｊ］．土木工程学报，２００４，３７（１）：７８－８３． ［３］ 陈亚东，宰金珉，戚科骏．群桩与土和承台结构非线性相互作 用机理的数值分析 Ｊ］．建筑科学，２００７，２３（７）：２４－２７ ３结论 （１）桩径的大小对桩身弯矩分布有着比较显著的影响， … …” …‘‘… … … … … … … … ＿．＿，・●・．．．。●●’ ．． ●●・。ｔ．●●’。．．．・●‘．．．＿・●‘．ｆ－．・●‘．．．．●●●．●’．＿‘，●●‘．．－．－Ｉ＿ ．世界第二大悬索桥西堠门大桥 舟山连岛工程已经通车，其中西堠门大桥的通车改写了世界十大悬索桥的排序。西堠门大桥是舟山大陆连岛工程 ５座大桥中的第４座大桥，主桥为两跨连续钢箱梁悬索桥，主跨１６５０米。其中钢箱梁全长２２２１米，为目前世界第一长钢 箱梁。 ■西堠门大桥１６５０米的主跨径居国内第一、世界第二； ■西堠门大桥２２２１米的钢箱梁长度居世界第一； ■西堠门大桥主缆长度达２８８２米，为国内第一； ●西堠门大桥施工猫道长２８０８米，长度居国内第一； ■西堠门大桥是世界第一座分体式钢箱粱悬索桥； ■西堠门大桥在施工中首创国内主缆索股水平成圈放索工艺； ●施工中采用国内长度最长、直径最大、强度最高的钢丝绳吊索； ●施＿丁中国内第一次采用直升机牵引先导索过海，同时首次实现了先导索过海不封航作业。 ’‘●” ’●’’‘ ‘‘●‘。 ’ ’－‘‘’‘ ’●’…‘’●”‘ ‘●‘’。 ‘●’’‘。’。．＇’‘ ‘。●’‘‘ ’‘●’’。 ‘ ●‘‘’ ‘’ ●‘’。 ’。●’’‘’‘‘●‘’‘’’‘●。…’‘●‘。’‘ ’●‘… 四ＪＩＩ建筑第３０卷１期２０１０．０２