探讨合理优化管桩设计的策略

文/张以庆、刘晓艳 青岛东盛建筑设计事务所有限公司　山东济南　250014

探讨合理优化管桩设计的策略

文/张以庆、刘晓艳 青岛东盛建筑设计事务所有限公司山东济南250014

对于高桩码头当中主要的设计内容之一，基桩设计时必须注重桩型和桩结构的适宜性，并对桩和土之间的关系进行协调。当选定了桩型之后，如有必要可合理优化基桩结构使其性价比有效提升。不仅可以使桩基造价有效降低，也不至于会使施工难度加大。笔者在本文当中，就管桩设计的合理优化进行了探讨，旨在提升管桩设计水平，促进施工可以顺利进行。

管桩；高桩码头；基桩设计

一、前言

高桩码头结构比较在黏性土、砂土、粉土、碎石土以及风化岩等能够沉桩的地基当中都比较适用。对此，设计过程当中要优先采用打入桩，促进工程投资成本降低，如果地基岩面较浅或者发生了沉桩困难问题，才能够运用嵌岩桩基或者灌注桩基。根据打入桩按抗弯要求进行选型时，可以下列经验为参考：如果抗弯的要求非常高，沉桩贯入的难度不大，可以运用预应力混凝土管桩；若有较高的抗弯要求，但是沉桩贯入时比较困难，则比较适宜选则钢管桩；如果对于抗弯的要求不高，可以运用预应力混凝土方桩。管桩设计过程中承载力的计算是至关重要的，决定着管桩设计的水平与施工质量，下文作了具体探讨。

二、计算管桩单桩垂直极限承载力的优化

1.闭式钢管桩。此种管桩承载变形的机理和混凝土预制桩是一样的，计算承载力时可运用和混凝土预制桩的模式以及承载力的相关参数。混凝土预制桩单桩垂直极限承载力主要由极限端阻力以及桩侧各土层极限投影阻力总和共同组成，端阻力则为桩端全断面。按照桩基相关规范当中的要求，如果根据承载力经验参数法对单桩垂直极限承载力进行设计，其计算公式如下：

封闭式钢管桩，也被称之为闭口钢管桩，实际当中的运用比较少，但是如果条件符合也可以运用。

2.开口钢管桩。此种管桩不同于封闭式钢管桩，承载变形机理和随载力之间的相关因素变化，比封闭式钢管桩更加复杂，桩端土闭塞的程度对于桩的承载力性状又有着最为直接的影响，也被称为闭塞效应。不同的闭塞程度使得端阻力会呈现出不同的破坏模式。其中一种为大量的土塞压缩使得桩端涌入大量的土或者是土塞沿管内向上挤出，这种是非完全闭塞，会降低端阻力。另一种是像封闭式桩破坏那样，桩端土塞效应系数是0.8，也是最大值。土塞闭塞程度往往会伴随桩端进入到持力层的相对深度hb/d而变化的，其中的hb是桩端进入到持力层的深度，d是桩外径，其范围变化在0-0.8之间。

在港口工程桩基规范当中，对于钢管桩桩端阻力以及桩侧阻力提高有了相应的规定。如果开口钢管桩的桩径小于600厘米，桩尖进入到良发的持力层且深度大于5倍的桩径时，则可确认桩端土闭塞效应能够有效地发挥出来，单桩垂直极限承载力的设计值可按时公式(一)来进行计算，如果开口钢管桩的桩径大于600厘米，在相关规范当中并未提及具体的计算公式，但是可以建筑桩基技术规范当中的敞口钢管桩计算公式作为依据，若将持力层以上土层对于桩端闭塞有利的影响，承载力计算比建筑桩基技术规范计算的值要高。如果土的物理指标和承载力参数之间的经验关系确定了钢管桩单桩垂直极限承载力标准值，可以下列公式为基础进行计算：

3.半封闭式钢管桩。在港口工程桩基规范当中没有给出具体的计算公式，但是建筑桩基技术规范当中指出了半封式钢管桩即半敞口钢管桩的计算公式，同时也可成为计算成本携手并肩据。半封闭式钢管桩如果是带隔板的，可通过等交直径de代替，其中λp由d来确定，，其中n，是桩端隔板的分割数。

4.计算混凝土空心桩单桩垂直极限承载力。对于先张法的预应力混凝土管桩以及后张法的大管桩来说，均为混凝土空心桩，并且在港口、桥梁、市政、铁路、水利、公路以及工业、民用建筑各种工程当中得到了广泛的应用。先张法的管桩根据强度的等级可以分为预应力混凝土管桩，代号为PC，预应力混凝土薄壁管桩，代号为PTC，预应力高强混凝土管桩，代号为HPC。此种混凝土管桩本体的结构形状是中空的圆简形，混凝土的各断面外径和壁厚最好相等，按照设计的要求再配以钢桩尖，即封闭式、半封闭式以及开口式的管桩。

首先，开口混凝土管桩，指的是设置了开口钢桩尖的一种管桩，此种管桩也是当前较为普遍的一种型式，虽然港口工程桩基规范当中并未给出相应的计算公式，可按照建筑桩基技术规定当中要求，按照土的物理指标和承载力间经验关系来确定开口混凝土空心桩单桩垂直极限承载力的标准值，并可以下列公式为依据：，如果hdld小于5，λp= 0.16hdld，hdld如果大于5，λp则等于0.8。

其次，封闭式混凝土管桩。此管桩主要是设置了封闭式的钢桩尖的一种管桩，工程中的应用其实并不多，但施工条件如果适合也可以运用，可将港口工程桩基规范当中的计算公式(一)作为依据对承载力进行计算。

最后，半封闭式混凝土管桩。此管桩指的是设置了半封闭式的钢桩尖的一种管桩，单桩垂直极限承载力可根据开口混凝土管桩的计算公式来进行计算，并可以半封闭式钢管桩和等效直径de代替d来确定λp，其中n，是桩端隔板的分割数。

结语：

桩型的设计可按照水文条件、地质条件、使用的要求、环境要求、施工条件以及耐久性等，以经济合理以及安全适用的原则来进行选择。当前，在高桩码头中管桩是主力桩型。像一些靠泊船型以及基桩弯矩较大的码头，大部分运用的是PHC管桩，当基桩自由长度较大或者水平的作用较大时，靠船墩可运用钢管桩，海港的一些高桩码头当中，靠泊船型以及基桩的弯矩均较大，大部分运用的是钢管桩，只有一部分采用大管桩以及PHC管桩。笔者在上文探讨了选定桩型之后，合理优化管桩设计的策略，只有加强对管桩计算中参数的控制，才能提升管桩设计水平，促进工程顺利地施工。

[1]许国平.沿海软土液化地基PHC管桩的抗震设计[J].建筑结构,2011,02:116-119.

[2]周军文,鲁良辉.复杂环境下预应力混凝土管桩的设计选用[J].混凝土与水泥制品,2011,05:29-30.

张以庆，男，1983.03籍贯：山东省滨州市职称：助理工程师论文方向：结构设计。

刘晓艳，女，1988.10籍贯：山东省蓬莱市职称：助理工程师论文方向：结构设计。