浅谈预应力桩基设计与施工

邓绚丽

摘要：本文以预应力桩基设计为主，结合工程施工的实际情况讨论其设计基本原则，从所做项目延伸开来看预应力砼管桩在江浙沪以及广东省基础设计的不同要求比对，从施工和采购以及经济性方面分析比对，为预应力砼管桩的设计施工提供参考。

关键词：预应力砼管桩;预应力砼方桩;锤击;静压

随着经济的快速发展，预应力管桩和预应力方桩在工程应用中越来越广泛，常用的沉桩方式可采用静压法或锤击法。静压法有加载反力读数系统，施工时能记录瞬时加载值，无振动噪声问题，但设备笨重，堆载对施工场地承载力要求高且搬运难度大;锤击法沉桩设备简单、穿透力强，由于噪声大、振感强烈，在城市或一些特殊区域的使用受到了越来越严格的限制。

一.预应力桩的优点：1）桩身质量有保证。预应力桩都是专业厂家在流水线上生产，质量相对现场浇筑的灌注桩能得到很好的保证;2）应用范围广，抗震设防烈度为6、7度和场地土类别为Ⅰ、Ⅱ类的8度地区均可以使用，桩端持力层可选择强风化岩、全风化岩、坚硬粘性土、密实砂土等;3）预应力桩常用的砼等级为C60或C80，砼强度高，内配预应力筋，抗弯、抗拉性能好，耐久性好。4）施工速度快，工期短，整个项目资金回笼快。5）工地环境相对灌注桩来说更整洁，环保。

二.预应力桩的局限性：1）孤石和障碍物多的地基慎用;2）石灰岩（岩溶）地区慎用;3）强风化岩层很薄，只有几十厘米的，又是‘上软下硬，软硬突变的土层慎用。这种情况由于没有缓冲层，预应力桩施工时的破损率很高。4）预应力桩不可能打入中风化岩和微风化岩层。5）地基土具有中腐蚀和强腐蚀性时慎用。

三.预应力桩设计中应注意的问题：1）预应力桩的生产厂家最小的一节桩长为5或6米，按1米递增，最长，13、14 或15米，不同桩型不同地区的数值略有差别，如果每节桩长需要取到上限或下限时，需留意当地图集的不同数据。但所有地区如非定制，厂家每截桩长都是整数米，不可能出现0.2、0.5、0.8等等之类的数据。2）预应力桩的接头以避免设置在淤泥质土或软土层中，接头个数不宜大于3个，所以在设计桩长时宜尽量选择较长米数的桩进行拼接，避免接头人为增加。3）预应力桩设计时应明确桩顶灌芯砼长度，一般承压桩，灌芯长度不小于1米或1.5米，抗拔桩的灌芯长度不小于3米还需根据计算确定。4）预应力桩抵抗水平力的能力很弱。2009年上海闵行曾经发生的莲花河畔景苑小区的工程事故中，现场照片显示;13层的楼房在倒塌中并未完全粉碎，但原本应深入地下的数十根预应力管桩却被整齐地折断裸露在外，管桩的水平抵抗力之弱由此可见一斑。江苏省在此后要求抗拔桩要求采用专门的抱箍式先张法预应力砼抗拔管桩，不能用普通的预应力管桩直接抗拔。其余地区虽没有明确提出限制使用，设计师需慎用，审图也基本都会要求提供桩基水平力的计算书。5）采用预应力桩做抗拔桩时，接头要求与抗压桩不同，应在桩基设计说明中明确，抗拔桩的抗拔钢筋应根据各地图集单独验算给出。6）常规管桩的穿透力优于方桩，但在单桩承载力不高时，方桩的侧摩阻力更大，相对管桩更经济。在江浙沪的多层或小高层（小于等于12层）的建筑中应用广泛。管桩在大于12层100米以下的高层中，因为实际施工中爆桩率相对方桩较低，应用较多。7）当业主对沉降有更高要求，预应力桩比灌注桩、CFG桩在控制沉降方面优势明显。实际工程反馈的预应力桩的沉降值远小于计算的理论值。8）预应力桩的桩径比不宜大于80～100.江苏省对于高度大于60米的建筑物，桩径宜不小于600mm.9）预应力桩设计时，图集中的桩身竖向承载力设计值一般为设计的单桩承载力特征值的1.35倍，特征值的两倍为极限值。设计时，尤其是设计嵌岩桩时，单桩承载力往往是由桩身强度控制，而非土的侧摩阻力或岩石的端承力控制。10）桩尖的选择。常用的桩尖有十字型、锥形、开口型。前两种属于封口型，穿越砂层时比较好;开口型桩尖一般用在用在入土深度40米以上直径大于等于550的工程中，成桩后下部约有1/3～1/2的桩长内腔被土体塞住，不会降低单桩承载力，挤土效应会大大减少。十字型桩尖加工简单，造价便宜，破岩能力强，广东约90%以上的管桩用的是十字型桩尖;江浙沪地区桩尖的效果不明显，很多时候不采用桩尖。

四.预应力桩施工中常见问题的处理：1）新旧建筑物距离较近，采用预应力桩施工时影响到老建筑物的使用。此时应采用静压法施工，减少对周围建筑物的噪音影响;其次，在新老建筑物之间设置减震沟，沟宽500mm，沟深1000mmm左右，沟内掏空或采用砂子回填，减小振动波传递造成的地表振动。第三，改变打桩顺序，从距离老建筑最近的桩开始打，让挤土效应明显的桩尽可能远离老建筑，这样先施工的桩还能对老建筑起到一定的屏障作用。2）施工中桩长未达到设计标高时，应及时通知设计，采取补打桩或其它的加强措施，如果桩身没有损坏，仅仅是桩顶标高达不到设计标高，可以从现场的打桩记录进行分析。如为静压桩，但最后的压桩力达到了设计特征值的1.6～2倍（摩擦桩）;或2.0～2.8倍（端承桩）;且桩长差距不大于5%时，经设计认可可不进行补桩，桩长相差较大，数量较多的情况，可采用抽取此类桩做静载试验为设计提供依据。如果为锤击桩，应以最后十击的贯入度，综合锤重综合分析鉴别。需要注意的是，对于以强风化岩做为持力层的预应力桩，最后10击的贯入度并非越小越好，有的时候太小可能会损坏桩自身的强度。对于静压桩，压力表的读数也并不能代表桩做静载时能承受的数据，毕竟对于桩来说瞬时荷载和恒载是有区别的，压力表读数也不是设计依据，主要还是作为給设计提供分析的依据。3）当桩尖穿越土层困难时，可采用引孔的办法帮助桩尖进入持力层。引孔施工法不仅可以浅层土对桩的侧向阻力，降低桩尖处土层的孔隙水压力从而减少桩底阻力，并减少由于土层上软下硬突变产生的拉应力对预应力混凝土管桩桩身的断裂降低施工难度，使施工机械能够达到设计要求的送桩深度。该方法对桩基穿越浅层砂土或粘土夹粉砂质土尤其有效。因为在地下水作用下，砂土的压缩效果比较粘土小，在压桩力的作用下，桩尖及桩端前部侧壁的阻力会因孔隙水压力增大的缘故异常增大，使沉桩过程中的阻力大大超过设计的极限承载力，若在此标高上停止打桩，则会发生桩基在相应土层部分的桩的承载力会大大降低，如沉桩达不到设计标高，会影响桩基承载力、影响工程的本身质量。笔者设计的江苏沭阳项目就采用了引孔技术，顺利打桩成功，效果很好。4）施工中预应力桩低于设计标高且不大于桩身直径的2倍时，可按图集给出的接桩图进行接桩;当预应力桩桩顶标高略高于设计标高时，不应采用人工凿桩或电焊切割钢筋的方法，应采用混凝土切割器、液压紧箍式切断机、液压千斤顶式截桩器、钢锯或锯桩器，并确保质量。

结语

预应力管桩和方桩应根据不同的地方要求，合理选择施工方式，各地的审图和图集要求存在差异，设计施工时应注意地方特色。

参考文献：

[1] 广东省《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》;中国建筑工业出版社;2009-03-01实施。

[2] 广东省《静压预制混凝土桩基础技术规程》;中国城市出版社;2013-10-01实施。

[3] 浙江省《先张法预应力混凝土管桩》图集;中国计划出版社;2011-01-01实施。

[4] 江苏省《预应力混凝土管桩基础技术规程》;江苏科学技术出版社;2011-01-01实施。

（作者单位：北京维拓时代建筑设计股份有限公司上海分公司）