高强预应力管桩PHC桩基础设计问题分析

黄丽钦

厦门新区建筑设计院有限公司（361000）

高强预应力管桩PHC桩基础设计问题分析

黄丽钦

厦门新区建筑设计院有限公司（361000）

根据管桩的承载力特性和受力状况,分析了预应力管桩基础设计问题，探讨了管桩承载力取值的方法，以供同行参考。

预应力高强混凝土管桩；桩基础设计；应用分析

1 管桩的应用

高强预应力管桩（PHC桩）以其质量稳定、桩身承载力高、耐打性好、施工工艺简单、进度快、施工现场整洁、造价低廉和设计布桩方便等优势，得到了广大工程界人士的肯定，被广泛运用于工程建设中。但使用不当时，常出现工程事故。如管桩作为抗拔桩使用时，如果管桩与承台接头或多节管桩接头不牢固，就会出现抗拔失效，地下室上浮；管桩在软弱土层中使用时，由于管壁较薄，存在管桩剪切破坏的危险等。

实际工程中，不同地方都有针对当地管桩运用的诸多限制条件，比如建筑高度、软土地质、液化土层等，应根据工程具体情况，结合预应力混凝土管桩的受力特点，合理选用，确保工程安全。

目前，福建省工程建设中常用预应力高强管桩的桩型有:1）按桩身混凝土预压应力值分有A、AB型。7度及8度抗震设防烈度区的管桩，受拉及承受水平荷载的管桩，地下水对混凝土、钢筋及钢结构有腐蚀性时，宜选用AB型；2）按外径及壁厚分管桩有PHC400-95、PHC500-100及PHC500-125型。当地下水对混凝土、钢筋及钢结构有腐蚀性时壁厚应不小于125 mm；3）管桩桩尖形式多数采用十字型及锥型。十字型桩尖加工容易，价钱便宜，具有破岩能力强等优点。在穿越较厚砂层时，圆锥型桩尖比十字型桩尖好。

2 管桩竖向极限承载力的取值问题

地质勘察是设计的前提，管桩工程要求地质勘察报告中多提供有用的标贯击数N值,遇到砂夹层、砂层、残积层及强风化岩层时多做一些标贯试验。残积层最好每2 m、强风化岩层最好每1 m测一次N值，有利于制定配桩和打桩收锤标准。有些勘察单位勘察作业时，在持力层上面的软土层中做了许多标贯试验，在硬夹层和强风化岩层标贯试验次数少，这样得出的数据不精确，会给设计带来一定的误差，给施工带来一定困难。

有些勘察人员工程经验不足，提供的岩土力学指标不符合实际，给出的设计参数比实际偏小许多,导致计算单桩竖向抗压承载力设计特征值Ra比实际应用值降低20%～25%。预应力管桩在施打过程中，产生挤土效应，将桩周围的土挤密，挤密的土在桩周边形成一层硬壳，牢固地吸附在桩的表面。管桩为圆形断面，这种吸附作用会更强。同时，桩端砂层也因桩的不断施打，挤土密实效应十分显著，桩侧摩阻力和桩端阻力都得到较大的提高，故单纯依据地质报告书及规范提供的经验公式计算，是无法得到管桩实际的承载力。

笔者在一项工程在设计时，先选有代表性的桩作静载试验，根据地质报告提供的技术参数，按单桩竖向抗压承载力特征值的经验计算,其公式为:

求得:桩径Φ500，Ra＝1 500 kN;桩径Φ400，Ra＝1 100 kN。取代表性位置桩作静载试验结果是:桩径Φ500，Ra＝2 200 kN；桩径Φ400，Ra＝1 500 kN。设计时按静载试验结果取值,最终全部桩基施工完成后，桩基静载检测均合格。

在预应力管桩竖向极限承载力取值问题上，条件允许的话，最好办法是先选取较有代表性的桩进行静载试验，以此确定桩的极限承载力。静载检测时，工程管理人员要进行现场监督，详细记录相关数据,即可获得符合实际的单桩竖向极限承载力，又可验证地质勘察报告书，检查施工机械设备情况。

但实际工程中，不可能要求每项工程都先做静载试验，有些是由于开发商进度安排的原因、有些是由于场地受限的原因。近十多年来，预应力管桩基础工程的设计经验证明，除依据地质勘察报告书提供的技术参数计算桩的承载力之外，还可根据工程地质构造条件，选择合适的桩端持力层，将预应力管桩桩身竖向承载力设计值Rp折减除以1.35作为管桩桩身结构对应的单桩竖向抗压承载力最大特征值Ra（Ra≈Rp/1.35）。这种方法实用简单，又能发挥单桩最大的承载率，实用经济合理。

例如:桩径Φ500-100 PHC桩经验公式Rp＝ψc·fc·A＝3 150 kN

其中，ψc—成桩工艺系数，PHC桩取ψc=0.7；fc—管桩混凝土轴心抗压强度设计值（MPa），按国家标准《混凝土结构设计规范》取值，C80混凝土，取fc=35.9 MPa；A—管桩截面面积（mm2）。

在实际工程应用中,桩径Φ500取单桩竖向抗压承载力特征值Rk＝1 700～2 300 kN,桩径Φ400取单桩竖向抗压承载力特征值Rk＝1 200～1 600 kN。设计人员再结合工程经验,根据土的持力层的深度、厚度、密实度及管桩入土的深度而决定取低值或高值。

在多项工程中，桩长在25～40 m的范围，桩端为中密以上砂层的工程桩，桩径Φ500取特征值Rk＝1 800～2 300 kN，桩径Φ400取特征值Rk＝1 400～1 600 kN。静载试验结果证明，这样设计承载力取值完全没有问题。

3 收锤标准

锤击管桩除纯摩擦桩按桩长控制外,施工时，通常以最后贯入度及桩尖进入持力层深度为收锤标准。贯入度与柴油锤重量、落距、桩的长度、地质构造条件，桩尖入持力层的深度、桩距、桩的承载力等因素有关。关键是要将桩尖打入到桩端持力层的临界深度范围内，保证桩尖下有足够的持力层厚度，使桩侧摩阻力和桩端阻力得以充分发挥，而对于最后贯入度的要求则可适当放松。根据工程实际,一般锤击数控制在50～100 mm/10击为收锤标准，经静载试验结果证明均能达到设计承载力。有人认为贯入度越小越好，其实是错误的。管桩的锤总数不能超过2 500击，最后1 m沉桩锤击数不应超过300击，桩身混凝土强度是随锤击数的增加而逐渐降低的，贯入度太小，锤击数必然偏大，对桩身质量无好处。根据桩尖持力层的密实程度，一般持力层为中密及以上砂层的，最后收锤贯入度10～30 mm/10击，最后三阵的总贯入度30～80 mm，每阵10击。

4 管桩与承台的连接构造

预应力高强管桩的抗震问题不容忽视。在地震力的作用下，桩头除受竖向力外，还有可能受弯受剪，甚至受扭，处于复杂的受力状况，这就要求预应力管桩在桩头与承台的连接处理，应有一定的构造加强措施，提高管桩桩头部分的抗剪、抗扭、抗拨能力，增强管桩的延性，以免发生脆性破坏。笔者在工程实际设计中除按规范要求进行地震作用下的管桩承载力验算外，还严格控制桩头入承台深度100 mm，单桩承台配立体六面钢筋笼，桩顶灌芯长度、桩与承台连接钢筋均按最小配筋率及管桩抗拔承载力要求进行计算，同时进行桩身抗裂验算。

5 施工中应注意的事项

1）桩队试桩前的准备工作要充分，机械在施打前要先做试运行检查。2）锤击桩施打时应做到重锤低击，不准在穿夹层时停歇。3）桩接头数不超过三个（即四段），尽量减少接桩，桩长组合原则上由施工单位根据地质报告及施工情况确定。4）桩顶填芯混凝土最小的长度：承压桩1.2 m，抗拔桩2.0 m。5）采购管桩时要注意管桩质量，从源头上杜绝劣质管桩进入工地现场。

6 结语

预应力高强混凝土管桩的工艺技术，目前已经相当成熟了，预应力管桩通过现场静载试验结果是重要的承载力取值的技术依据，使管桩承载力取值更接近实际承载力，也更经济合理。但在使用预应力高强混凝土管桩时，应注意采取适当的施工方法及构造措施，以免造成工程事故；在工程实践中，还需要不断积累和总结预应力管桩基础的设计经验，进一步提高管桩应用的技术水平。

[1]03SG409,预应力混凝土管.桩国家建筑标准设计图集[S].

[2]福建省建筑结构设计若干规定2012年9月.

[3]聂重军,唐依民.预应力混凝土管桩设计及施工研究[J].湘潭师范学院学报(自然科学版),2009(01).

[4]李辉.静压预应力管桩基础施工及质量控制[J].华北国土资源,2009(03).

的时间内要完成浇筑,要加强现场组织与协调，保证混凝土浇筑过程流畅与连续，满足大体积混凝土泵送施工工艺要求。同时，钢渣混凝土密度大，泵送压力也大，混凝土在泵压失水后要具有良好的和易性，以满足施工要求，保证钢渣混凝土施工质量。