PHC管桩在上海大型居住社区项目中的应用

■ 洪建华 Hong Jianhua

0 引言

上海大型居住社区是由政府主导的保障房项目，主要分布在上海市外环线与郊环线之间，规划用地原属农田和村庄，施工道路也是临时道路，地面无建筑物和地下管线。由于施工环境简单，适合采用PHC管桩作为该项目基桩。

1 PHC管桩

PHC管桩即预应力高强混凝土管桩，是在工厂内采用先张法预应力和离心成型工艺，经蒸压养护而制成的一种空心圆筒体的等截面构件。桩身具有较高的预应力，其抗弯、抗裂性能良好；桩身混凝土强度等级为C80，单桩承载力高，其技术经济的优势体现在单位承载力的综合造价明显低于预制混凝土方桩和钻孔灌注桩。

但是，PHC管桩属于高强脆性桩。在工程实践中，由于沉桩不当、桩身受压机挤压、基坑开挖遭挖机碰撞，造成断桩事故的概率明显要高于非预应力混凝土桩。

2009年6月27日在建的上海市闵行区“莲花河畔景苑”住宅小区内一栋13层(无地下室)高层住宅楼，由于室外地面土方堆放不当等诸多项违规施工的原因，造成整栋大楼倾倒。由于倾倒的大楼基桩采用的是PHC管桩，在无明显迹象的情况下轰然倒下，符合预应力钢筋非塑性破坏的特征，引发了人们对PHC管桩基础安全性的质疑。

为吸取倒楼事故教训，2012年6月14日，上海市城乡建设和交通委员会发布〔2012〕645号通知规定“十层及以上(或高度超过28m)建筑物应设置地下室”，使PHC管桩基础深埋，可防范类似的安全风险；并且严格按照要求进行试桩，反复对比，确保PHC管桩基础的安全性。

2 试桩

试桩是指在施工现场按照上海市《建筑基桩检测技术规范》(DGJ08—218—2003)进行单桩承载力静载试验。在工程的不同阶段进行试桩具有不同的定义。

2.1 试验桩

在桩基工程未施工前，进行单桩承载力静载试验，目的是为设计提供依据或验证设计的可行性。此类试桩具有科学研究的含义，可称为试验桩。试桩在地面上进行。

2.1.1 探索性试验

对拟设计的工程桩进行单桩承载力静载试验，目的是为获得土体极限承载力(土体与桩身摩擦力及桩端承载力)与桩身极限强度相匹配的基桩极限承载力,作为设计依据是最为经济合理、安全可靠的。试验应采用慢速维持荷载法，试验的荷载加载到土体或桩身临界破坏而终止。

2.1.2 验证性试验

依据岩土勘察报告和地基基础设计规范设计的桩基工程，在施工前进行单桩承载力静载试验，目的是为了验证基桩的实际承载力是否达到设计的极限承载力以及沉桩的可行性。试验的最大加载量为设计的极限荷载。

2.2 检验桩

桩基工程施工前已进行了试桩，在完成基桩工程施工后进行单桩承载力静载试验，是依据国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)对已完成的基桩工程施工质量进行检查与验收，可称为检验桩。该阶段试桩在地面或基坑底都可以实施。

2.3 检测桩

桩基工程施工前未进行试桩，在完成基桩工程施工后进行单桩承载力静载试验，以检测设计的基桩承载力是否与实际承载力相吻合和检验基桩工程施工质量，具有试验桩和检验桩双重含义，可称为检测桩。其试桩应在基坑开挖前实施。由于前期的试桩受到成本和周期的影响或制约，对于一般性PHC管桩桩基工程，按此方式进行施工和检测验收的较为普遍。

3 PHC管桩在上海大型居住社区项目中的应用

上海属于土地资源稀缺型城市，大型居住社区地块的规划容积率一般不会低于2，为了保证地块内住宅的日照、交通、消防、绿化等各项环境指标满足现行相关的国家和上海市的标准要求，社区的建筑类型均设计为高层住宅。由于PHC管桩单桩承载力高，采用PHC管桩作为高层住宅基桩的性价比高。

3.1 PHC管桩的住宅产业化

上海大型居住社区每个基地由十几个地块或几十地个块组成，住宅建筑的体量多在百万平方米以上。PHC管桩在工厂流水化生产，产品质量稳定，可以满足工地大批量供货，机械化施工，工期短，文明环保。可以说，PHC管桩已成为住宅产业化的组成部分。

3.2 地质条件

上海位于长江三角洲入海口东南前缘，属三角洲冲积平原，地质成因较为简单。汇总大型居住社区基地各地块的勘察成果，工程地质条件及土的物理力学性质基本相近，各土层的厚度和深度有一定的起伏和差异，PHC管桩可以与之相适应，桩径和桩长的设计可灵活选择。

3.3 PHC管桩桩基的设计与施工

3.3.1 工程概况

上海大型居住社区某基地(JGH)一期3个地块(图1～3)，建高层住宅(地下1层，地上14～27层)，基桩为PHC管桩，桩基安全等级设计为二级，400㎜厚钢筋混凝土带梁筏板基础，钢筋混凝土剪力墙结构(表1)。岩土勘察的地层特性见表2。

3.3.2 按照“规范”设计的基桩与施工

依据表2显示的地层特性及相关土工试验报告，按照上海市《地基基础设计规范》(DGJ08-11-2010)设计出不同管径和桩长的PHC管桩桩基，第⑦层粉砂土体为桩的持力层。表3列出了JGH-01、JGH-02地块PHC-AB500(100)-x系列部分基桩的技术经济指标。完成基桩施工后，按本文2.3章节的试桩方式进行了基桩承载力的检测验收。

表1 JGH基地概况表

表2 JGH基地地层特性表

表3中，6栋楼的层数、面积、桩长、桩数和单桩承载力都有所不同，而三项技术经济指标(PHC管桩每米的平均承载力、建筑面积平均含桩量、建筑面积桩基的平均工程造价)的数据基本相近，体现出设计在技术和经济上的合理性。

把两个地块基桩同为￠500㎜PHC管桩的13栋楼进行统计计算，￠500㎜PHC管桩设计的平均承载力为42.75kN/m，建筑面积的平均含桩量为0.421 m/m2，建筑面积桩基的平均工程造价为126.30元/m2。

(1)两个地块13栋楼共1 046根￠500mmPHC管桩，进行了21根桩的竖向承载力静载试验，检测数量达到2%。检测结果显示：桩顶最大沉降量平均值15.53mm，变异系数0.184。

(2)两个地块￠500㎜PHC管桩施工，采用静压方式进行沉桩，在沉桩的过程中时有压力表读数超出设计极限承载力较多的状况。

3.3.3 依据试桩成果设计的基桩与施工

分析和总结JGH-01 、JGH-02两个地块的试桩数据和压机压力表读数，发现该基地土体的承载力有提升的空间，对JGH-03地块PHC管桩基础设计进行调整后，按本文2.1.1章节的试桩方式进行前期的试桩。

表4列出了JGH-03地块依据试桩成果设计的PHC-AB500(100)-33基桩的技术经济指标。完成基桩施工后，按本文2.2章节的试桩方式进行基桩承载力的检查验收。

对表4中7栋楼进行统计计算，￠500mmPHC管桩设计的平均承载力为56.47kN/m，建筑面积的平均含桩量为0.328 m/m2，建筑面积桩基的平均工程造价为98.40元/m2。

JGH-03地块7栋楼基桩均为￠500mmPHC管桩，共871根桩，进行了13根桩的竖向承载力静载试验，检验数量达到1.50%。检验结果表明：桩顶最大沉降量平均值14.87mm，变异系数0.144。

(1) JGH-03地块￠500mmPHC管桩设计的平均承载力为56.47kN/m，而JGH-01、JGH-02地块￠500mmPHC管桩设计的平均承载力为42.75kN/m，相当于JGH-03地块通过试桩设计比前两个地块的基桩承载力提高了32.09%；

(2) JGH-03地块￠500mmPHC管桩的建筑面积平均含桩量为0.328m/m2比JGH-01、JGH-02地块￠500mmPHC管桩的建筑面积平均含桩量0.421m/m2减少0.093 m/m2,相当于JGH-03地块87 605m2高层住宅通过试桩设计比前两个地块的设计减少了8 147m￠500mmPHC管桩；

(3)JGH-03地块￠500mmPHC管桩桩基建筑面积平均工程造价为98.40元/m2，比JGH-01、JGH-02地块￠500mmPHC管桩桩基的建筑面积平均工程造价126.30元/m2减少了27.90元/m2，相当于JGH-03地块的高层住宅通过试桩设计比前两个地块的桩基工程节省投资244.42万元。

表3 PHC-AB500(100)-x系列部分基桩的技术经济指标

表4 JGH-03地块PHC-AB500(100)-33基桩的技术经济指标

4 结语

到目前为止，在已建成的保障房项目中，PHC管桩的应用经济实用，推进了住宅产业化的步伐，加快了工程建设。高层住宅采用地下室设计可有效防范PHC管桩桩基的安全风险。工程建设中，重视PHC管桩桩基前期的试桩研究，有利于科学提升PHC管桩的承载力，特别是在大型居住社区项目建设中显的尤为必要，其规模效益十分可观。