高强预应力管桩(PHC桩)基础设计探讨

【摘要】：桩基础设计是一项十分繁重而复杂的工作，结构设计人员必须慎重考虑每一环节，文章结合笔者工作实践，对高强预应力管桩基础设计问题进行了分析,为结构设计者在进行预应力高强混凝土管桩基础设计和参与试桩会议时提供参考。

【关键词】高强预应力管桩 ；基础 ；设计

中图分类号：S611文献标识码： A 文章编号：

广东省鹤山市应用预应力高强管桩的时间已经十多年了，由于预应力高强混凝土（PHC）管桩具有桩身混凝土强度高、噪声小，耐冲击性能好、穿透力强、地区适应性强、质量稳定可靠、耐久性好、施工工期短、单桩承载力高、监测方便、造价较低、施工现场简洁、无污染、无噪声、能保障文明施工、对环境影响小被广泛应用于建筑桩基础。

管桩基础宜用于桩端持力层为较厚的强风化或全风化岩层、坚硬粘性土层、密实碎石（砂、粉）土层的场地，主要是这些土层适应管桩能进入一定的深度并设计成摩擦端承桩以充分发挥其强度高的特点。鹤山工程地质构造复杂，淤泥、淤泥质土等软弱土质覆盖层厚，含水量大，力学性能差，在地面以下30－40m才见中密至密实的砂层，此处砂层虽厚薄不均，但力学性能相对稳定，承载力较高，只要厚度合适，选作预应力管桩桩端持力层，比较可靠，且能获得较高的桩侧摩擦阻力和桩端承载力，从而提高桩的承载力和得到较好的经济效益。 下面就设计预应力管桩基础提出一些看法。

一．管桩在鹤山市的应用

鹤山市属抗震设防烈度6度地区，常用预应力高强管桩的桩型有A,AB型，桩外径D=500、D=400、D=300,管桩桩尖形式多数采用十字型，主要是十字型桩尖加工容易，价钱便宜，具有破岩能力强等优点.目前的（PHC）管桩工程一般采用长桩，入土深度35米以上，桩端持力层主要为中密至密实的砂层，少部分桩端因砂层很薄进到强风化岩，是以桩侧摩擦阻力为主的端承摩擦桩。

二．管桩竖向极限承载力的取值问题

地质勘察是设计的前提，勘察作业时，标准贯入试验次数少,管桩工程要求地质勘察报告中多提供有用的N值，主要是遇到砂夹层、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2m、强风化岩层最好每1m测一次N值，有利于配桩和打桩收锤。有些勘察单位往往在持力层上面的软土层中做了许多标贯试验，而在硬夹层和强风化岩层标贯试验次数少，这样会给设计和施工带来一定困难。

有些勘察人员对建筑方面的岩土标准不熟悉，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比实际应用值降低约20%～25%，甚至更低。由于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。单纯依据地质报告书及规范提供的数据计算，是无法得到管桩实际的承载力。本人有几项工程在设计阶段时，先选有代表性的桩作静载试验，其中一例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公式:Ra= UpΣξsi · qsia · l i + ξp · qpa ·Ap

求得：桩径Φ500，Ra＝1500KN，桩径Φ400，Ra＝1100KN；桩作静载试验结果是桩径Φ500，Ra＝1800KN，桩径Φ400，Ra＝1400KN，设计时按静载试验结果取值。

解决预应力管桩竖向极限承载力取值问题，条件允许的话，最好办法是先选取较有代表性的桩来进行静载试验，确定桩的极限承载力。静载检测时，要求工程管理人员进行现场监督，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。近十多年来鹤山市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确定桩的承载力之外，还可根据工程地质构造条件，选择合适的桩端持力层及入持力层的深度，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。例如：桩径Φ500-100 PHC桩：经验公式Rp＝ ψc·fc·A＝ 3150kN则：Ra＝3150/1.35=2300kN（ Rk≤2300kN）

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 = 35.9MPa；

A——管桩截面面积（mm2）。

桩径Φ400-95 PHC桩：Rp＝ 2280kN则： Ra＝2280/1.35=1680kN（Rk≤1680kN）；

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＝1700～2300kN，

桩径Φ400取单桩竖向抗压承载力特征值Rk＝1200～1600kN。再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；桩长35～42m的范围，

桩端为中密以上砂层的工程桩，桩径Φ500取特征值Rk＝1800～2300kN，桩径Φ400取特征值Rk＝1400～1600kN；已被多项工程的静载试验结果所证明。

三．锤击管桩的贯入度

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双控为收锤标准。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。有很多工程项目的最后贯入度以80—150mm/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，注意最后1m沉桩锤击数不应超过300，桩身砼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，定最后收锤的贯入度30—100mm/10击为宜。

四．管桩与承台的连接构造

鹤山是抗震城市之一，抗震设防烈度为6度，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。本人在工程实际设计中除按规范要求外，对单桩承台配立体六面钢筋笼（如图）。

五．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.施打时应做到重锤低击，不准在穿夹层时停歇。

3.桩接头数控制不超过三个（即四段），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.桩顶填芯混凝土的长度：承压桩1.2m，抗拔桩2.0m。

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。

六、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。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。

参考文献：

广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003

广东省标准《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》DBJ/T15-22-2008

《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008