粉（砂）土中预应力混凝土管桩承载力的差异分析

肖臣龙 何焕行

摘 要：本文通过杭州部分位于饱和粉土和砂土的预应力管桩静载荷试验对比，发现锤击法施工的桩承载力较低。认为施工中的锤击振动造成饱和粉土、砂土的液化，液化土通过开口的桩底涌入管内，桩端土和桩侧土密度不如静压桩和闭口桩。桩侧阻力较低、桩端阻力较低和桩端闭塞效应较低是这些桩承载力较低的主要原因。

关键词：管桩；砂土；粉土；承载力

近年来在杭州的滨江、萧山和下沙经济技术开发区，有一部分桩端持力层位于粉土和砂土中的预应力管桩单桩竖向承载力偏低许多，不能满足设计要求，造成工程延误，造价提高。笔者从其地质条件、施工方法和桩型特点几方面分析出现问题的原因。以求抛砖引玉，共同探讨，以免类似问题不断发生，使两地乃至相似地质条件的工程建设能够顺利进行。

1 地质条件与桩的特点

1.1 两地的地质条件

杭州的滨江区、萧山区和下沙经济技术开发区位于钱塘江南北两岸，地下水位埋藏较浅，上部15～20m为全新世钱塘江冲积形成的粉土和粉砂，饱和，稍密～中密，多数在7度地震作用下为轻微液化或不液化。在粉土和粉砂的下部往往分布有一定厚度的软土，所以对荷重不大的建筑物，多采用短桩，以粉土、粉砂作为桩端持力层。

1.2 预应力混凝土管桩特点

尽管粉土、粉砂密度不均，但在一个建筑场地内水平向分布还比较均匀。早期采用的沉管灌注桩和预制短桩等都采用密实度较好的亚层作桩端持力层，并取得大量成功的经验。近年来，预应力混凝土管桩因其工业化生产，桩身质量可靠，价格经济，品种规格多，大量替代了沉管灌注桩和预制桩。

预应力混凝土管桩与其它桩相比有许多不同之处，但最大的不同之处是桩身空心。

1.3 两地部分试桩比较

在上述地区的粉土、粉砂中采用预应力混凝土管桩不乏大量成功的实例，但也时而出现不能满足设计要求的情况。如果比较这些工程的地质条件，就会发现其并无较大的差异，从设计采用的承载力上也无不合理之处。是何原因造成预应力管桩承载力相差如此之大？

我们将收集到的部分试桩的桩长、桩径、施工方法和试验得到的极限承载力列入表1。

表中单桩竖向静载荷试验达到极限承载力的桩即承载力明显偏低的桩，其承载力未达到设计要求。这些桩有如下共同特性：

（1）桩身为开口预应力混凝土管桩，桩长较短；

（2）桩基采用锤击法施工；

（3）桩端土和桩侧土為饱和粉土、粉砂。

2 承载力差异原因分析

2.1 沉桩后粉土、砂土的密度变化不同

由于土的液化特性，所以施工方法不同可能是造成桩承载力明显差异的主要原因。

根据以上分析，如桩的面积置换率相同，采用不同桩型和不同施工方法后桩侧土密度提高的顺序是：静压实心桩或封口管桩最高，锤击实心桩和静压开口管桩次之，锤击开口管桩最低。

2.2 管内土塞效应的不同

静压法施工，由于需要克服土的阻力，方能将桩送到指定持力层，沉桩过程，土塞在端阻力作用下挤密，呈超固结状态。一般来说压桩过程，就是土塞逐渐形成并与桩端土匹配的过程，随着停歇的时间增加，土塞结构强度增加，土塞完全能胜任阻挡桩端土进入的重任。即土塞效应系数应可以接近1。

锤击法施工，由于锤击过程中管内的土始终处于液化状态，土的固结不如静压桩。尤其是液化的粉土、砂土，打桩结束后在重力作用下沉淀，由于时间短，甚至连正常固结的都达不到。尽管桩端土大量涌入，形成的土塞很长，但土塞效应系数远小于1。

土塞效应不同是承载力不同的原因之一。

3 结论与建议

粉砂和粉土中的预应力管桩，其单桩竖向承载力与土性有关外，还与开口与否，布桩密度和施工方法有关。锤击法施工开口桩，承载力偏低。如要获得较高的承载力，应以静压法为好，或采用闭口桩。另外，处于群桩中的单桩，其单桩竖向承载力试验结果会较高，如果在密实度不高的粉砂、粉土中仅打入一根桩进行试验，单桩竖向承载力一般较低。

参考文献

[1]杨国权，刘海波，锤击法与静压法施工预制桩单桩承载力差异分析[J].探矿工程（岩土钻掘工程）2009（3）.

[2]《工程地质手册》编委会，《工程地质手册》（第四版）[Z].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[3]中华人民共和国行业标准编写组.JGJ94-2008建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.