影响预应力高强方桩（PHS桩）承载力的因素

张军

摘要：某高层住宅楼采用预应力高强混凝土空心方桩（PHS桩）基础，因地层分布原因且施工质量控制措施不到位，经对试桩进行检测后发现较严重质量问题。本文通过对场地地层条件、PHS桩特点及检测数据的分析，提出后续施工建议，为同类桩的设计及施工提供借鉴。

关键词：PHS桩；接桩缝；贯入度；承载力

Factors affecting the carrying capacity of PHS pile

Zhang Jun

（Xian Engineering Investigation and Design Research Institute of China Nonferrous Metals Industry）

Abstract： A high-rise residential building with prestressed high strength concrete hollow square pile （PHS pile） foundation， because of the formation and distribution of the construction quality control measures are not in place， the test pile is found to be more serious quality problems. This paper puts forward the following suggestions on the design and construction of the same kind of pile， by analyzing the characteristics of the ground and the PHS pile and the analysis of the test data.

Key words： PHS pile； crack of pile splicing； pentration； carrying capacity

1 引言

近几年来，随着西安地区城市建设的发展，高层建筑成为建筑市场的主角。做为桩基础的一种类型，预应力高强混凝土空心方桩（PHS桩）具有单桩承载力比管桩（PHC桩）更高，可有效降低建筑物建设成本的优势，因此逐渐在高层建筑桩基础中应用。PHS桩在施工过程中受地层及沉桩设备的影响，单桩承载力常出现不满足设计要求的现象。本文结合西安地区某工程实例，结合基桩检测结果，对PHS桩施工中易出现的质量问题原因进行分析，为该型桩的施工及检测积累经验。

2 工程概况及地质条件

西安某高层住宅楼为地上32层剪力墙结构，梁板式基础，墙下布桩，试桩采用边长500mm，壁厚300mm预应力高强混凝土空心方桩，设计桩长28.0m，单桩竖向承载力特征值Ra=3200kN。场地地貌单元为渭河北岸Ⅱ级阶地，主要地层为：②层黄土（Q32eol），可塑状态，层厚4.30～11.30m；③层古土壤（Q3el），可塑状态，层厚3.10～4.70m；④层粉质粘土（Q3al），可塑状态，层厚12.30～19.10m；④-1层中砂（Q3al），中密状态，呈透镜体存在，层厚0.60～2.00m；⑤层中砂（Q3al），密实状态，层厚1.30～7.00m；⑥层粉质粘土（Q3al），可塑状态，层厚1.20～10.40m；⑦层中粗砂（Q3al），密实状态，层厚6.70～8.40m。场地典型地层剖面下图1。

图1 场地典型地层剖面图

试桩设计选取⑤层中砂为桩端持力层，且进入该层不小于0.5m。

3 施工工艺

根据地层条件及西安地区预应力管桩施工经验，采用ZYJ680型液压静力压桩机进行静压法施工。在S1#桩下压至21.0m时，液压油缸压力达到极限值，无法继续下压，经在该桩附近钻探，查明PHS桩下压遇到呈透镜体形态存在的④-1层中砂，该层中砂呈中密状态，且厚度达1.5m，静压法无法穿透该砂层。为保证达到设计要求，沉桩工艺变更为锤击法沉桩，选用DD72型（锤芯重量7.2T）柴油锤，停锤标准采用以最后一击阵贯入度优先、桩顶标高为辅的双指标控制[1]。

S2#桩沉桩过程中，出现上下两节桩接桩时，因桩身垂直度偏差，桩端钢板无法完全贴合，一侧出现5～7mm的缝隙，电焊接桩后继续沉桩，入土深度27m时出现单锤贯入量减小，锤头反弹高度增大，说明桩底开始进入密实砂层，贯入最后1m的锤击数达到95击，已满足停锤标准。

S3#桩锤击过程中，对桩身垂直度进行了严密监测，上下节桩端钢板完全贴合，焊缝质量良好，最后1m的锤击数与S2#桩基本一致。

S4#桩在进行最后1m锤击时，可以明显感觉锤头反弹高度较前两根桩低，锤击数为60击，该桩最终达到桩顶设计标高且满足停锤标准。

4 检测结果分析

4.1 桩身完整性

4根试桩施工结束休止期达到15天后[2]，进行了低应变法桩身完整性检测，各桩低应变动测曲线见下图2。

图2 低应变法动测曲线

从4根PHS试桩低应变动测曲线可以看出，S2#桩在桩顶下9.0m处存在较严重的缺陷反射波，因该位置为接桩位置，故初步判定为接桩部位有缺陷。其它3根试桩桩身完整性良好。

4.2 單桩承载力

单桩竖向抗压静载试验采用压重平台反力装置，由两台并联的500T油压千斤顶及电动油泵加压，试验采用JCQ503A型静载测试仪进行加、卸载过程的自动控制，最大加载值设定为设计单桩承载力特征值的2倍，即6400kN。4根试桩单桩静载试验曲线见图3。

图3 单桩静载试验曲线

S1#桩（入土桩长21m）加载至5760kN时，Q-s曲线出现明显拐点，桩顶沉降量急剧增大，曲线呈刺入破坏形态，s-lgt曲线出现尾部下拉，表明该试桩桩土体系已达到破坏状态，取该级荷载的前一级5120kN为该桩单桩承载力极限值，特征值为2560kN，未满足设计要求。结合低应变检测结果，判断该桩属桩端持力层破坏。

S2#桩（入土桩长29m）加载至4480kN时，Q-s曲线同样出现明显拐点，桩顶最终沉降量达到62.48mm，s-lgt曲线出现尾部下拉，表明该试桩达到破坏状态，取该级荷载的前一级3840kN为该桩单桩承载力极限值，特征值为1920kN，未满足设计要求。结合该桩施工中出现的接桩缝及低应变动测曲线表现出的桩身缺陷，初步判断该桩属桩身结构发生破坏，经利用强光手电照射察看并用探杆探查，发现在桩顶下约9.0m位置处桩身外侧土体已涌入桩管内部，表明该部位桩身混凝土已破碎，从而严重影响了该桩承载力的发挥。

S3#桩（入土桩长28m）静载试验Q-s曲线呈近似直线形态，未出现明显拐点，故确定的单桩承载力极限值取最大加载值6400kN，承载力特征值取最大加载值的一半，即3200kN，满足设计要求。

S4#桩（入土桩长28m）加载至5120kN时，Q-s曲线开始出现拐点，各级荷载稳定时间延长，当加载至5760kN时，桩顶沉降量骤然增大，沉降量樁顶沉降量达到75.82mm，且压力无法维持，s-lgt曲线出现尾部下拉，表明该试桩桩土体系达到破坏状态，单桩承载力特征值为2240kN，未满足设计要求。对该桩二次进行低应变法检测，结果表明桩身未出现明显缺陷，桩身完整性良好。结合该桩施工过程出现的异常，初步判断该桩桩端持力层出现问题，经对该区域地层进行分析，发现该桩所处地段内⑤层中砂厚度较其它区域小，沉桩结束时，桩端可能已接近该层层底，在静载试验荷载下，导致桩端砂层被穿透，桩端进入⑥层粉质粘土层，从而引起桩顶沉降量急剧增大。

经设计方论证，将该建筑物桩长增加，桩端持力层调整为⑦层中粗砂。后经工程桩静载试验检测，单桩承载力满足设计要求。

5 结论

1）PHS桩施工过程中的垂直度应严格控制，杜绝出现上、下节桩端钢板出现严重不贴合现象，防止在反复锤击应力下，接桩部位附近混凝土出现疲劳损伤，而导致受到上部荷载时产生桩身混凝土破坏。

2）PHS桩或PHC桩的端承力是保证单桩承载力的关键，所以桩端持力层的选择非常重要，建议尽可能选取分布厚度大，密实度高的的砂砾石或卵石层，否则一味的为提高桩侧摩阻力弥补端承力的不足而增加桩长，降低了端承力在单桩承载力中所占比重，将无法发挥PHS桩或PHC桩桩身强度高的优势。

3）当采用锤击法沉桩时，在满足设计承载力要求的前提下，应尽量选择重量大的桩锤，以减少沉桩时的锤击数，防止桩头在长时间的冲击荷载下产生疲劳裂缝，影响承载力的发挥。

参 考 文 献

[1] 中华人民共和国行业标准. 建筑桩基技术规范. 北京： 中国建筑工业出版社， 2008

[2] 中华人民共和国行业标准. 建筑基桩检测技术规范. 北京： 中国建筑工业出版社， 2014