先張法預(yù)應(yīng)力離心混凝土空心樁的結(jié)構(gòu)性能研究(修改稿).doc

文章編號(hào)： 離心成型預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土方樁與管樁的結(jié)構(gòu)性能分析劉永超1，高文生2，王清3，匡紅杰3，于緣寶4，王重5，陳芳賓6，古素清7，朱文偉8，章耀9 （天津建城基業(yè)集團(tuán)有限公司，天津 300301， 中國(guó)建筑科學(xué)研究院，北京 100013；蘇州混凝土水泥制品研究院、江蘇省高耐久混凝土工程技術(shù)研究中心，蘇州215004；唐山市龍禹水泥制品有限公司，唐海063204；上海興南混凝土有限公司，上海201500；建華管樁集團(tuán)有限公司，中山528441；三和建材集團(tuán)有限公司，中山528400；海通能源集團(tuán)有限公司，富陽(yáng) 311400；寧波浙東建材集團(tuán)有限公司，寧波315101）摘 要：分析研究了先張法離心成型預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土方樁與管樁的結(jié)構(gòu)性能，結(jié)果表明：二者具有同樣的受力特性，在豎向承載力、抗彎、抗剪、抗拉及水平承載力、耐久性指標(biāo)等方面存在一定的差異；設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)各工程的具體情況和地基基礎(chǔ)條件選擇合適的樁型。另外，為了確保預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土樁的安全使用和建筑物的耐久性能，業(yè)界有必要對(duì)這兩種樁型開(kāi)展進(jìn)一步深入的研究工作。關(guān) 鍵 詞：先張法；預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土；承載特性；方樁；管樁中圖分類(lèi)號(hào)：TU 473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A Structure performance study of pretensioning method centrifugal concrete hollow pile Abstract: The performance analysis of prestressed concrete pipe pile and the structure of the piles shows that: both have the same mechanical characteristics, differences are in the vertical load bearing capacity，tension，tensile and shear, differences are both in the mechanical properties and durability of the consistency of the standard differences, product standards and standard design of the atlas of pile type in the tension and shear and tensile performance and vertical compressive capacity has a serious deviation, it is necessary to develop common technical standards, to ensure proper use of prestressed concrete pile and building security and quality.Keywords: pretensioning method; Prestressed concrete; Load-bearing characteristics; Hollow party pile; Pipe pile1 引 言先張法離心成型預(yù)應(yīng)力混凝土空心樁（簡(jiǎn)稱(chēng)預(yù)應(yīng)力空心樁）主要包括預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(簡(jiǎn)稱(chēng)管樁)和預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁（簡(jiǎn)稱(chēng)離心方樁）。管樁具有高強(qiáng)、質(zhì)量保障率高、工期短等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用到建筑工程各領(lǐng)域，逐漸成為國(guó)內(nèi)外應(yīng)用量最大的樁型1；離心方樁生產(chǎn)使用的材料、生產(chǎn)工藝、養(yǎng)護(hù)工藝與管樁生產(chǎn)工藝基本相同，僅模具有區(qū)別（采用圓跑輪方形模具）制造出的外方內(nèi)圓中空心結(jié)構(gòu)樁，近年來(lái)在一些房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中也開(kāi)始應(yīng)用。管樁在我國(guó)樁基工程總量中占有較大的份額，發(fā)展迅猛，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)500多家，年產(chǎn)量超過(guò)3億m，產(chǎn)值超400億元人民幣（下同），形成產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值達(dá)700億元。管樁有產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB13476先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（簡(jiǎn)稱(chēng)管樁國(guó)標(biāo)），自1992年第一版以來(lái)已兩次修訂，即1999年第一次修訂、2009年第二次修訂，最新版是GB134762009。管樁也有國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（簡(jiǎn)稱(chēng)管樁國(guó)標(biāo)圖集），此圖集也歷經(jīng)二次修訂，從1996年蘇州混凝土水泥制品研究院編制的行業(yè)協(xié)會(huì)管樁圖集到03SG409再到最新修訂實(shí)施的10G409。離心方樁產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG197-2006預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁、JC/T2029-2010預(yù)應(yīng)力離心混凝土空心方樁，圖集有國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集08SG360預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁（簡(jiǎn)稱(chēng)方樁國(guó)標(biāo)圖集）。國(guó)內(nèi)有20多個(gè)地區(qū)和行業(yè)編制了管樁的規(guī)程和地方圖集，其中上海、江蘇、天津、浙江等地也編制了離心方樁的地方圖集。本文將就管樁和離心方樁的國(guó)標(biāo)圖集和地方圖集中樁的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析和研究，提出規(guī)程和圖集中存在的一些問(wèn)題，以期為設(shè)計(jì)部門(mén)選擇樁型提供參考。 2 離心方樁與管樁的異同2.1 離心方樁與管樁的相同點(diǎn) 離心方樁與管樁同屬預(yù)應(yīng)力空心樁，按強(qiáng)度等級(jí)都分為C60混凝土樁和C80高強(qiáng)混凝土樁（高強(qiáng)混凝土樁是最常用的，也占實(shí)際使用中的95%以上，所以作為我們的研究分析對(duì)象）。離心方樁與管樁的制作工藝基本一樣，都采用預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒制作骨架，經(jīng)先張法預(yù)張拉、離心成型、普通蒸養(yǎng)后拆模、再進(jìn)行蒸壓養(yǎng)護(hù)工藝制作。二者均有預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)特性。 2.2 離心方樁與管樁的差異2.2.1截面形狀不同管樁外形為圓形，其截面是環(huán)形，均勻性不受鋼筋根數(shù)的限制，圓形截面本身為軸對(duì)稱(chēng)，各方向受力均勻，這是圓形截面的優(yōu)勢(shì)2；而離心方樁外形是正方形，其截面是外方內(nèi)圓中空形，對(duì)稱(chēng)軸包括垂直外邊的主對(duì)稱(chēng)軸和以對(duì)角線為對(duì)稱(chēng)軸，受力有方向性，預(yù)應(yīng)力鋼筋須采用方形、均勻、對(duì)稱(chēng)布置，離心方樁的主筋配筋均勻性對(duì)鋼筋的數(shù)量有要求，不便于實(shí)際配筋設(shè)計(jì)。2.2.2結(jié)構(gòu)的均勻性不一致離心方樁與管樁均采用離心成型，離心成型時(shí)高速時(shí)的離心力為重力的3540倍，離心成型工藝比較適合成型圓形截面的制品。在離心成型過(guò)程中，混凝土混合物中因各種顆粒質(zhì)量不同，致使其沉降速率不同，成型的混凝土混合料必然會(huì)產(chǎn)生分層現(xiàn)象，從內(nèi)到外分別為水泥漿層、砂漿層和混凝土層，各層的材性（如強(qiáng)度、密實(shí)度、彈性模量等）存在一定的區(qū)別。根據(jù)不同的離心程序和混凝土配合比，其厚度也有差異，這種分層結(jié)構(gòu)比均質(zhì)的混凝土強(qiáng)度要低，文獻(xiàn)1中測(cè)算的管樁的離心混凝土的總強(qiáng)度比混凝土層強(qiáng)度低6%，而文獻(xiàn)2中測(cè)算的離心方樁的離心混凝土的總強(qiáng)度比混凝土層強(qiáng)度低8%。實(shí)際生產(chǎn)中由于方樁混凝土厚度不等、四個(gè)角的混凝土密實(shí)度和強(qiáng)度、抗?jié)B性與圓形截面的管樁存在較大的差異。由于成型工藝導(dǎo)致的混凝土內(nèi)在質(zhì)量差異將有可能直接影響樁產(chǎn)品的施工耐打性和耐久性。2.2.3質(zhì)量控制難易程度存在差異管樁自上世紀(jì)60年代在日本開(kāi)始推廣應(yīng)用以來(lái)已有50多年，我國(guó)大量推廣應(yīng)用管樁也有20多年，生產(chǎn)制造過(guò)程中鋼筋籠的主筋在圓周上均勻分布，以滾焊機(jī)成型，焊接質(zhì)量容易保證，效率也高；方樁的鋼筋籠焊接成型相對(duì)困難，焊接質(zhì)量難以保證，效率偏低。管樁兩端的端頭板是圓形的，裙板也是壓圓的，易加工，質(zhì)量易保證，方樁的方形端板制作相對(duì)困難，質(zhì)量控制難，裙板易產(chǎn)生凹陷、漏漿，合格率偏低。3 影響樁承載性能和經(jīng)濟(jì)性能的技術(shù)指標(biāo)3.1預(yù)應(yīng)力空心樁的承載性能指標(biāo)樁身的強(qiáng)度指標(biāo)包括：樁身橫截面面積、混凝土強(qiáng)度、鋼筋強(qiáng)度、配筋率、混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力、樁身抗壓承載力、抗剪承載力、抗拉承載力等。地基土對(duì)樁的支承力指標(biāo)包括：樁端面積、地基土對(duì)樁的端阻力、樁側(cè)面積、地基土對(duì)樁的側(cè)阻力、樁的水平變形系數(shù)、樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)等。預(yù)應(yīng)力空心樁的樁身混凝土強(qiáng)度較高，起控制作用一般是地基土對(duì)樁的支承力，文獻(xiàn)3表明軟土地區(qū)超過(guò)70%樁使用的承載力不足樁身抗壓強(qiáng)度的50%。工程設(shè)計(jì)中常根據(jù)地基土對(duì)樁的支承力作為布樁指標(biāo)，確定樁數(shù)和平面布置后，再進(jìn)行樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或選用圖集中的相應(yīng)樁型。預(yù)應(yīng)力空心樁承載豎向壓力時(shí)具高強(qiáng)特性，但在承受水平荷載時(shí)需綜合考慮其結(jié)構(gòu)性能，不能單以某個(gè)指標(biāo)判斷其承載性能的優(yōu)劣。3.2預(yù)應(yīng)力空心樁的幾何參數(shù)指標(biāo)圓形和方形是建筑樁基中最常用的兩種形狀，如均為實(shí)心，則方形相對(duì)圓形來(lái)說(shuō)：同樣的截面積情況下外輪廓邊長(zhǎng)比圓形的長(zhǎng)，且其慣性矩較大，有利于樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮且節(jié)省材料。但如果采用中空結(jié)構(gòu)，則該結(jié)論是可變的。管樁的形狀是外圓內(nèi)圓，而方樁的形狀是外方內(nèi)圓，影響二者力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的參數(shù)除前述強(qiáng)度指標(biāo)外，還有主要的幾何參數(shù)包括外輪廓尺寸和內(nèi)圓尺寸。外輪廓尺寸的變化及中空?qǐng)A的尺寸變化，其周長(zhǎng)和面積的關(guān)系是不完全一致的，所以，概念性地強(qiáng)調(diào)某一種樁型優(yōu)于其他樁型的說(shuō)法是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹Ｎ墨I(xiàn)2在論述該問(wèn)題時(shí)，將中心圓的直徑與外輪廓尺寸（邊長(zhǎng)或直徑）的比值定義為空腔系數(shù)，采用空腔系數(shù)相同時(shí)評(píng)價(jià)兩種形狀的幾何關(guān)系，經(jīng)過(guò)計(jì)算比較，在同樣空腔系數(shù)的情況下同邊長(zhǎng)的空心方樁比管樁的截面積減少12%18%，按這種假設(shè)條件得出的結(jié)論當(dāng)然是對(duì)的。該結(jié)論被有關(guān)離心方樁的文獻(xiàn)廣泛引用，但遺憾的是常被誤讀，忽略了關(guān)鍵的常識(shí)，在實(shí)際工程中該假設(shè)條件是有局限的，對(duì)中空?qǐng)A形和中空方形假定同樣的空腔系數(shù)，在周長(zhǎng)相等的情況下，圓形的截面積大于方形，但值得注意的是圓形壁厚是方形壁厚的1.27倍！舉例：方形外邊長(zhǎng)為400mm，假定空腔系數(shù)為0.6，則壁厚為80mm，而同樣邊長(zhǎng)圓形的直徑為509.55mm，空腔系數(shù)為0.6時(shí)，其壁厚為101.91mm。其結(jié)果表明方形的面積比圓形的小約12%，其工程意義被認(rèn)為提供同樣承載力的情況下節(jié)省材料12%，但因圓形壁厚大、直徑大，其慣性矩比方形慣性矩大46%，如配筋率相同，其抗剪、抗彎和抗拉等指標(biāo)均高，其力學(xué)性能指標(biāo)存在很大的差異。反之，如將圓形壁厚改為小于方形后，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)將發(fā)生反向變化。因此，憑某個(gè)指標(biāo)簡(jiǎn)單對(duì)比無(wú)實(shí)際意義，應(yīng)在樁構(gòu)造符合同等規(guī)范條件下綜合評(píng)價(jià)其承載性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。預(yù)應(yīng)力空心樁的優(yōu)勢(shì)是其抗壓強(qiáng)度高，除樁身強(qiáng)度合格外，尚應(yīng)滿(mǎn)足鋼筋保護(hù)層和最小壁厚的要求，而壁厚大小直接影響構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度、截面積和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。部分資料夸大了離心方樁的小截面積下周長(zhǎng)大的優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)2是在一定條件下的重要技術(shù)理論體系，該文卻被斷章取義地曲解為同樣周長(zhǎng)下離心方樁所用混凝土少，且同體積混凝土下離心方樁的技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于管樁。其實(shí)對(duì)空心樁來(lái)說(shuō)，其優(yōu)勢(shì)對(duì)比是可變的，如圖1表明，在壁厚相同或相近的情況下其大小關(guān)系是不同的，同周長(zhǎng)時(shí)管樁和離心方樁的截面積大小關(guān)系亦不同；反之，同樣截面積下因其中空尺寸的不同，周長(zhǎng)大小的關(guān)系也不確定，其他幾何參數(shù)的變化也不同，樁身的結(jié)構(gòu)承載能力將有不同的對(duì)比關(guān)系，如配筋或強(qiáng)度不同即使同樣的幾何關(guān)系其結(jié)構(gòu)性能的關(guān)系也是不確定的。 圖1 同壁厚管樁與方樁截面面積關(guān)系圖Fig. 1 Section area relationship chart of the pipe pile and party pile whigh with the same thickness各種樁型均有其優(yōu)缺點(diǎn)以及適用范圍，單純形狀的變化是不能改變混凝土結(jié)構(gòu)承載理論和受力特性的，正確評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)需進(jìn)行綜合分析。離心方樁和管樁屬混凝土構(gòu)件，除需遵循產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和圖集外尚應(yīng)遵循地基基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、混凝土強(qiáng)度評(píng)定和耐久性要求等國(guó)家規(guī)范，單純強(qiáng)調(diào)方樁能提供較高摩阻力的說(shuō)法是片面的。當(dāng)前信息社會(huì)下，網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮了傳播知識(shí)的巨大作用，筆者查閱部分資料，工程界對(duì)該問(wèn)題關(guān)注度較高，在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較時(shí)確實(shí)存在很多誤區(qū)，部分對(duì)比資料竟然得出邊長(zhǎng)為350mm離心方樁技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于直徑為500mm管樁的結(jié)論，這種現(xiàn)象如在規(guī)程圖集中出現(xiàn)則是值得工程界警醒的，一旦誤導(dǎo)設(shè)計(jì)人員導(dǎo)致選樁型錯(cuò)誤，造成工程事故，對(duì)建筑物安全質(zhì)量造成巨大的隱患，將影響行業(yè)的生存和發(fā)展。為更深入說(shuō)明該問(wèn)題，以下針對(duì)國(guó)家和地區(qū)現(xiàn)行的圖集進(jìn)行多種比較，全面、客觀地分析離心方樁與管樁的結(jié)構(gòu)性能，找出存在的問(wèn)題。 4 軟土地區(qū)預(yù)應(yīng)力空心樁豎向承載性能分析 4.1工程中的對(duì)比分析單樁豎向抗壓承載力所選用的地質(zhì)資料為某項(xiàng)目的勘察報(bào)告，樁頂高程在地表下1.5m，有效樁長(zhǎng)均為20m，計(jì)算對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖2，結(jié)果表明較小邊長(zhǎng)的離心方樁可以提供相當(dāng)于管樁較大直徑的承載力，這也正是離心方樁的優(yōu)勢(shì)。如采用方形邊長(zhǎng)和圓形直徑相等時(shí)，則離心方樁的混凝土用量大，故將圖2中的承載力相近樁型作為后文對(duì)比的子樣，其工程意義為同樣承載力下樁的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比，基本能正確評(píng)價(jià)豎向抗壓承載與其他承載指標(biāo)的差異。 圖2 同樣地層下豎向抗壓承載力對(duì)比圖 Fig. 2 Vertical compressive capacity comparison chart of the same layer 圖3 圖集中對(duì)比子樣的混凝土用量Fig. 3 Contrast of the increments concrete consumption4.2 經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)分析 按兩樁型的國(guó)標(biāo)圖集中樁型參數(shù)，上述子樣的對(duì)應(yīng)樁身截面積對(duì)比關(guān)系見(jiàn)圖3，結(jié)果表明，離心方樁所用的材料比管樁的少，同樣地質(zhì)條件下，選用圖集中的樁型，因其壁厚較薄所用混凝土較少，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于管樁。因同樣承載力下方樁的邊長(zhǎng)小于管樁的直徑，布樁間距有所不同，基礎(chǔ)承臺(tái)的混凝土用量宜少，綜合評(píng)價(jià)現(xiàn)行圖集的離心方樁有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，因其壁厚不同，暫不論防腐規(guī)范和最小壁厚的因素。5 離心方樁與管樁的結(jié)構(gòu)性能研究從樁身的強(qiáng)度分析，截面面積大的其樁身抗壓承載力設(shè)計(jì)值大，一般土質(zhì)地基中兩種樁的樁身強(qiáng)度均高于地基土對(duì)樁的支承力，故本文主要討論離心方樁與管樁的水平荷載下和偏心荷載下的受力特性，為后期規(guī)程和圖集的修編積累資料。5.1相近樁型的相同結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)分析 將前述豎向抗壓承載力相近的離心方樁和相應(yīng)管樁作為對(duì)比子樣，分析抗彎承載力、抗剪承載力、抗震下的抗剪承載力以及水平承載力進(jìn)行對(duì)比分析，依據(jù)國(guó)標(biāo)圖集及代表性地方圖集進(jìn)行對(duì)比。5.1.1抗彎性能分析通過(guò)抗彎、抗剪分析及試驗(yàn)驗(yàn)證，預(yù)應(yīng)力空心樁在水平力作用下是受彎破壞，而不是受剪破壞3，其抗彎承載性能是決定其破壞形態(tài)的主要參數(shù)。因管樁國(guó)標(biāo)的有效執(zhí)行，各地域的管樁地方圖集與國(guó)標(biāo)圖集差異不大，本文管樁地方圖集選用“津10G306”，而各地離心方樁的地方圖集與方樁國(guó)標(biāo)圖集有差別，但各地的離心方樁圖集相互間卻差別不大，未根據(jù)地方土質(zhì)特性和抗震設(shè)防等進(jìn)行調(diào)整，本文方樁地方圖集選用“津09G305”。離心方樁和管樁的正截面抗彎彎矩設(shè)計(jì)值采用相應(yīng)圖集中的計(jì)算方法和數(shù)據(jù)，離心方樁和管樁的國(guó)標(biāo)圖集相應(yīng)子樣對(duì)比結(jié)果如圖4，地方圖集的對(duì)比結(jié)果如圖5，對(duì)比結(jié)果表明，離心方樁抗彎承載力普遍低于對(duì)比子樣管樁抗彎承載能力，地方圖集的差距相比國(guó)標(biāo)相對(duì)較大。 圖4 國(guó)標(biāo)圖集的抗彎性能對(duì)比圖 Fig. 4 Bending performance comparison chart of gb atlas圖5 地方圖集的抗彎性能對(duì)比圖Fig. 5 Bending performance comparison chart of local atlas5.1.2抗剪性能分析樁身結(jié)構(gòu)抗剪承載力設(shè)計(jì)值采用相應(yīng)圖集中的計(jì)算方法和數(shù)據(jù)，國(guó)標(biāo)圖集的對(duì)比結(jié)果如圖6 ，（地方圖集的普遍低于國(guó)標(biāo)，本部分重在評(píng)價(jià)其大小關(guān)系，因篇幅所限，故略去地方圖集對(duì)比圖），豎向承載力相近的子樣對(duì)比結(jié)果表明：離心方樁的抗剪承載力設(shè)計(jì)值低于承載力相近的管樁。圖6 樁身抗剪承載力設(shè)計(jì)值對(duì)比圖 Fig.6 Shear bearing capacity of piles design value contrast figure5.1.3地震作用下抗剪性能分析因圖集及規(guī)范中無(wú)抗震狀態(tài)下樁身抗剪承載力的計(jì)算公式，故參考文獻(xiàn)4的方法，國(guó)標(biāo)圖集的對(duì)比結(jié)果如圖7，離心方樁的地震作用下樁身抗剪承載力均低于承載力相近的管樁。圖7 地震作用下樁身抗剪承載力設(shè)計(jì)值對(duì)比圖Fig. 7 Shear capacity design value contrast figure Of pile under the effect of earthquake pile of 5.1.4抗拉性能的特點(diǎn)及分析國(guó)標(biāo)圖集樁身抗拉承載力設(shè)計(jì)值對(duì)比結(jié)果如圖8，離心方樁的結(jié)果大部分低于承載力相近的管樁。圖8 樁身抗拉承載力設(shè)計(jì)值對(duì)比圖Fig. 8 Tensile bearing capacity of pile design value contrast figure5.2承載力相同情況下離心方樁和管樁的結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)量化分析因同一對(duì)比子樣樁的豎向承載力有所差異，而建筑物布樁時(shí)主要先以樁的豎向承載力作為主要指標(biāo)算出樁的數(shù)量，再進(jìn)行樁的其他指標(biāo)驗(yàn)算，為更詳細(xì)評(píng)價(jià)預(yù)應(yīng)力空心樁的結(jié)構(gòu)性能，故將同一子樣的離心方樁和管樁的各項(xiàng)指標(biāo)分別除以其樁的豎向承載力，然后再將二者進(jìn)行比較，在對(duì)比時(shí)假定管樁的指標(biāo)為1.0，將抗彎、抗剪、抗震下抗剪、抗拉和抗水平對(duì)比值的平均值定義為綜合性能系數(shù)，將離心方樁與其對(duì)比子樣的性能指標(biāo)比值列圖表進(jìn)行分析。國(guó)標(biāo)圖集代表性子樣的對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖9，地方圖集對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖10，對(duì)比結(jié)果表明同樣豎向承載力下國(guó)標(biāo)圖集綜合性能系數(shù)為1.01，即離心方樁比管樁高1%；而同樣豎向承載力下地方圖集綜合性能系數(shù)為0.7，即比管樁低30%。尤其決定主要破壞形態(tài)的抗彎指標(biāo)比管樁低37%，抗震下的抗剪指標(biāo)低46%，如將該子樣離心方樁的壁厚80mm調(diào)整為與管樁相同的95mm，配筋率相應(yīng)增加二者將基本接近。其他子樣的對(duì)比關(guān)系與代表性子樣的結(jié)果基本一致，國(guó)標(biāo)圖集和地方圖集中離心方樁的綜合性能指標(biāo)比管樁普遍偏低19.434.2%。管樁的應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)且工程經(jīng)驗(yàn)較多，工程界在普遍關(guān)注管樁承載性能的環(huán)境下，地方圖集的離心方樁卻大比例降低關(guān)鍵指標(biāo)使其低于管樁是不恰當(dāng)?shù)摹?圖9 國(guó)標(biāo)圖集代表性子樣的匯總圖Fig. 9 Summary figure of the representative increments in the gb atlas圖10 地方圖集代表性子樣的匯總圖Fig. 10 Summary figure of the representative increments in the local atlas 5.3國(guó)標(biāo)圖集與地方圖集中同邊長(zhǎng)離心方樁對(duì)比 如因離心方樁的地方圖集先于管樁的地方圖集為理由解釋此現(xiàn)象是不成立的，筆者將離心方樁的各地方圖集與先于地方圖集編制的離心方樁國(guó)標(biāo)圖集進(jìn)行匯總分析，從另一個(gè)方面評(píng)價(jià)其性能，將同樣邊長(zhǎng)的方樁地方圖集的參數(shù)與國(guó)標(biāo)圖集相比較，A型樁的對(duì)比見(jiàn)圖11，AB型樁的對(duì)比見(jiàn)圖12。該代表性對(duì)比子樣綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)中，A型樁的方樁國(guó)標(biāo)圖集比地方圖集高36%，AB型樁的方樁國(guó)標(biāo)圖集比地方圖集高26%，地方圖集的編制滯后于國(guó)標(biāo)圖集，有差異是不恰當(dāng)?shù)模浔诤衽c配筋率的變化是導(dǎo)致該現(xiàn)象的主因。其他子樣的對(duì)比關(guān)系與代表性子樣稍有差異，規(guī)律性不強(qiáng)，但方樁地方圖集部分樁型的指標(biāo)低于方樁國(guó)標(biāo)圖集且遠(yuǎn)低于相應(yīng)的管樁圖集欠妥，如不修正主要技術(shù)指標(biāo)，這些方樁地方圖集在軟土地區(qū)或高抗震設(shè)防地區(qū)應(yīng)用，其結(jié)果是令人擔(dān)憂(yōu)的。 圖11 離心方樁國(guó)標(biāo)圖集與地方圖集A型樁對(duì)比圖Fig. 11 Prestressed party piles contrast figure6 對(duì)比結(jié)果的原因分析及技術(shù)要點(diǎn) 從前文分析中可以看出：同樣豎向承載力的情況下，現(xiàn)行離心方樁圖集中的抗彎、抗拉、抗水平力、抗剪和抗震狀態(tài)下抗剪等力學(xué)指標(biāo)均偏低較多，主要原因及建議調(diào)整措施分為以下三個(gè)方面。 with local atlas and gb atlas of pile type A pile contrast figure圖12 離心方樁國(guó)標(biāo)圖集與地方圖集AB型樁對(duì)比圖Fig. 12 Prestressed party piles contrast figure with local atlas and gb atlas of pile type AB pile contrast figure6.1 離心方樁的預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋率低離心方樁的抗彎、抗拉的指標(biāo)偏低主要因素是：其國(guó)標(biāo)圖集樁型主筋配筋率低于管樁國(guó)標(biāo)圖集的相應(yīng)配筋率；更應(yīng)注意的是地方圖集離心方樁配筋率遠(yuǎn)低于管樁的地方圖集且部分樁型低于國(guó)標(biāo)方樁圖集，圖13為國(guó)標(biāo)圖集配筋率對(duì)比圖，圖14為地方圖集配筋率對(duì)比圖。兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)反應(yīng)主筋配筋情況： 1）有效預(yù)壓應(yīng)力預(yù)應(yīng)力空心樁的混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力是區(qū)分承載級(jí)別和影響其受力特性的關(guān)鍵指標(biāo)，管樁國(guó)標(biāo)中對(duì)有效預(yù)壓應(yīng)力進(jìn)行了規(guī)定5，且明確其值不應(yīng)超過(guò)計(jì)算值的5%，而離心方樁普遍低于管樁的標(biāo)準(zhǔn)，盡管設(shè)計(jì)人員可根據(jù)受力特性選用圖集中的相應(yīng)樁型，但離心方樁產(chǎn)品規(guī)程和各地?cái)M編制的有關(guān)離心方樁的技術(shù)規(guī)程對(duì)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)應(yīng)明確，且部分設(shè)計(jì)人員存在以圖集代替規(guī)程的誤區(qū)，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一易造成概念混淆，為建筑物的工程質(zhì)量留下隱患。2）配筋率新版混凝土規(guī)范對(duì)配筋率有明確的規(guī)定且為強(qiáng)制條款，全行業(yè)應(yīng)面對(duì)該強(qiáng)條研究應(yīng)對(duì)措施，減小行業(yè)的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)。因離心方樁在混凝土離心成型時(shí)有不均勻現(xiàn)象，在四邊方向上的預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋應(yīng)方形、對(duì)稱(chēng)、均勻布置，避免加大受力性能的不均勻性。6.2 離心方樁的箍筋的配箍率低離心方樁的抗水平力、抗剪和抗震狀態(tài)下抗剪承載力偏低的主要因素是：離心方樁的箍筋配筋率低于管樁。兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)反應(yīng)箍筋配筋情況：加密段長(zhǎng)度管樁為2米，方樁為1.5米；加密段箍筋間距和普通段間距：管樁加密段為間距45mm，離心方樁為50mm，管樁普通段為間距80mm，離心方樁為100mm。 圖13 國(guó)標(biāo)圖集配筋率對(duì)比圖Fig. 13 Reinforcement ratio contrast figure of gb atlas6.3 離心方樁的壁厚低于管樁離心方樁的抗水平力、抗剪和抗震狀態(tài)下抗剪承載力偏低的另一主要因素是：離心方樁的壁厚普?qǐng)D14 地方圖集配筋率對(duì)比圖 Fig. 14 Reinforcement ratio contrast figure of local atlas遍低于管樁，且保護(hù)層偏低。管樁常用樁型直徑大于400mm的最小壁厚為95mm，預(yù)應(yīng)力鋼筋的保護(hù)層大于40mm，箍筋的保護(hù)層大于35mm，其保護(hù)層滿(mǎn)足國(guó)家規(guī)范，而現(xiàn)行規(guī)程和圖集中離心方樁的常用樁型的最小壁厚小于管樁，致使多數(shù)樁型的預(yù)應(yīng)力鋼筋的保護(hù)層小于35mm，箍筋的保護(hù)層多數(shù)小于30mm，需在行業(yè)或地區(qū)規(guī)程中以及圖集修編中盡快明確并統(tǒng)一其最小壁厚和保護(hù)層的基本要求，以滿(mǎn)足混凝土耐久性及防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)，并可提高其抗剪和抗震承載能力。7結(jié)語(yǔ)及建議離心方樁與管樁同屬先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土空心樁，制造工藝相同，外觀形狀上有差異，其力學(xué)性能取決于截面面積、截面形狀、混凝土強(qiáng)度、混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力、配筋率和配箍率等。離心方樁與管樁各有其優(yōu)缺點(diǎn)以及適用范圍，制造工藝與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)必須匹配才能實(shí)現(xiàn)質(zhì)量?jī)?yōu)化和穩(wěn)定控制，也只有保證質(zhì)量的產(chǎn)品才有高的性