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2015/5/29 | 從PHC基樁適性角度來看樁基的抗震作用

  預應力高強混凝土基樁(PHC、管樁) 是當前建設工程中常用 的樁基材料,它具有施工速度快、價格低、承載力高、品質穩定、養護時間短、施工方便等諸多優點。但是,PHC管樁屬薄壁混凝土構件,抵抗彎曲荷載的能力較差,樁身破壞的工程品質事故時有發生 。依據樁基抗震設計原則,沿海土壤液化地基的PHC 管樁在地震作用下的表現特徵,大致可劃分為非液化地基與液化地基兩類破壞,後者受力機制更為複雜 。至今對非液化地基上樁的受力與破壞方面的認識較多; 而對液化地基上樁的破壞過程,地震作用在液化過程中的變化,乃至符合實際的設計計算方法等仍有許多不明之處 。

  而沿海土壤液化地基的樁基震害均以液化和軟土震陷為主。1995日本阪神地震的樁基震害的調查,認為沿海土壤液化地基上 PHC基樁的震害主要表現為:

  1. 樁身在液化層與非液化層交界面這種剛性突變處均有全斷面的水平裂縫, 樁身在液化層底部和液化層中部出現剪壞或彎曲破壞,是由流動的土體對樁的側向壓力所致。
  2. 樁頂嵌固的破壞。
  3. 上部結構因樁身折斷而產生不同程度的不均勻沉降。

通過對幾次大地震的震害情況分析, 可以得出以下幾點啟示: 

  1. 不論液化土或非液化土中的建築樁基,樁頭部位總是出現大彎矩與剪力的危險部位。
  2. 液化層介面是出現大彎矩與剪力的危險部位, 液層中部則彎曲的危險較大,液化層問題類似於軟弱土層交界處剛度突變引起的樁身應力問題。
  3. 有側擴的液化一般較無側擴的液化對樁的危害更嚴重。
  4. 軟土與液化土壤因震動引起的承載力與側摩擦阻力下降可導致樁的過度下沉 。

樁與承台的連接方法未做改進是幾次地震中樁基破壞率幾乎不變的主要原因,其存在的主要問題是:

  1. 樁頭埋入基礎中的鋼筋較少,剪力大時樁伸入基礎的鋼筋剪斷,產生樁頭相對承台的滑移。
  2. PHC 管樁樁頭截斷, 造成樁頂 30cm 範圍內預應力不足,抗彎 、抗剪能力下降。
  3. 樁頭抗拉力不足 。

結論:

  1. PHC 管樁的震害實例揭示,液化層介面是出現樁身大彎矩與剪力的危險部位,軟土與液化土因震動引起的承載力與側摩阻力下降可導致樁的過度下沉 。
  2. 對液化土中的樁基抗震設計,應對液化土的樁周摩擦阻力及樁水平抗力進行折減,並採取構造措施降低液化土中樁身破壞的危險 。
  3. 驗算 PHC 管樁抗震承載力時,應考慮 PHC 管樁水平承載對位移敏感的性狀。 PHC 管樁的土層樁側阻力和樁端阻力參數應比其他樁型有不同程度的提高 。
  4. 對 PHC 管樁的內力計算,應考慮在軸力作用下的綜合抗彎能力,純彎試驗難以反映管樁的實際受力性狀。
  5. 提出 PHC 管樁的抗震設計建議:認為增加螺旋箍筋 、填實空芯 、加強樁頭與承台的連接等是目前較為有效的措施 。
  6. 以現行PHC 相關技術來講,DH-PHC管樁最新技術應用{ P系列 (LV.1永不鬆脫的樁頭處理) (LV.2強悍連結的接樁技術) (LV.5 DH-PHC複合式混凝土樁) }將是解決傳統 PHC 管樁缺陷問題的另一種思考與選擇。詳見圖示

資料參考來源:

  1. 德翰智慧科技有限公司官網 (http://www.dehantech.com)
  2. 福建省建築科學研究院 (http://www.jstv.com/static/jzzl/case/201311/t20131115_1961440.shtml)
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