浅谈预应力混凝土管桩的若干问题

摘要：从理论和实际经验分析了挤土效应，承载力的时效性，静压管桩终压力和管桩基桩承载力的关系三个在工程实践中经常遇到的问题，，并提出一些防治措施，以期指导工程实践。

关键词：PHC；挤土效应；承载力的时效性；静压管桩终压力；管桩极限承载力

Abstract: from the theory and practical experience analyzes the compaction effect, the efficiency of the bearing capacity, static pressure pipe pressure pipe pile foundation and end the bearing capacity of pile relationship in engineering practice three frequently met in,, and puts forward some prevention measures, so as to guide the engineering practice.

Keywords: PHC; Compaction effect; The efficiency of the bearing capacity; Static pressure pipe pile end pressure; Limit bearing capacity of the pile

中图分类号： TU528.571文献标识码：A文章编号：

高强度预应力混凝土管桩(简称PHC管桩)，是采用先张预应力和离心成型工艺,并经过蒸汽养护，制成一种空心圆筒型混疑土预制构件，根据需要配置相应的模具，定制节长，目前直径多数从300～800 mm不等，混凝土强度等级C80。PHC管桩具有以下优点：①品种配套，桩型、桩长可根据实际情况选用进行拼接，配桩极为方便，对桩端持力层起伏变化大的地质条件适应性强；②工业化生产，产品质量稳定可靠，标准化程度高；③桩身棍凝土强度高．单桩承载力高，贯穿能力强，贯人性好，适应在复杂的地质条件下的基础工程中使用；④施工文明，静压沉桩施工全过程无震动、无噪音，无环境污染，对周围的环境影响较小。在城市中较为适用。由于PHC管桩具有以上的优点。越来越多的基础处理工程使用PHC管桩。对PHC管桩的研究也逐渐深入。静力压桩的过程是一个非常复杂的过程，涉及到很多的力学问题。现在并没有统一的理论。本文将讨论在工程实践中经常遇到的3个问题：挤土效应，承载力的时效性，静压管桩终压力和管桩基桩承载力的关系

1 挤土效应

静力压桩的过程中，由于桩位处的土体被管桩排挤开，因而使得桩周土受到严重的扰动．桩周土受扰动后重塑，侧向压应力增加。桩周围的土体在沉桩过程中向桩周发生较大的侧向位移和隆起，在地面附近的土体是向上隆起，而在地面以下较深层土体产生水平方向的挤压作用。土体的位移性状随着地质条件的不同而不同，对于非饱和土。由于土受挤而增密，从桩两侧挤出地表，因而土体隆起较大。土越松散。粘性越低，其增密幅度越大。对于饱和粘性土，由于瞬时排水固结效应不显著，体积压缩变形小，土体的隆起较小，引起超孔隙水压力。土体产生横向位移和竖向隆起，随后出现孔压消散，再固结和触变恢复。

在工程实践中，由于群桩施工中的迭加作用，会使已打人桩和邻近管线产生较大侧向位移和上浮．桩群越密，位移也越大，有资料显示，地面隆起可达50～60cm，有的甚至达到70～80cm。在软土地基中，由于挤土效应的侧向位移经常造成斜桩和桩的上浮，造成桩的承载力降低和在静荷载试验时桩的沉降过大。因此在软土地基中进行静压桩施工时要预防桩的倾斜和上浮，加强对桩的监测。可以在桩基施工结束后1～3d进行复压，并根据实际情况多次复压。

青岛某工地地基为软土地基，有相对较厚的淤泥质粉土和淤泥。静力压桩完成后，地面有隆起现象。压桩工程完成后2d后进行复压并在18d后进行单桩静荷载试验(表1)。

表l复压及静荷载试验数据表

当桩周土有多层饱和软塑一可塑粘土层，且层厚大时，由于快速沉桩导致饱和粘土层回弹致使桩身上浮。进行复压时桩顶的沉降量比较大。如果没有进行复压直接进行静荷载试验，会出现桩的沉降量较大、承载力较小的现

为减少静力压桩过程中的挤土效应，采取以下措施。①合理交排沉桩顺序。一般原则是：先内后外，由中心逐渐向外侧对称施下；先密后疏，先打较密的群桩后打较疏的群桩。②控制压桩的速率和日压桩数量。③预先引孔后在压桩。④设置袋装砂井或塑料排水板消除部分超孔隙水压力，减少挤土现象；设置隔离板桩或地下连续墙；开挖地面排土沟，消除挤土效应。⑤沉桩过程中应加强临近建筑物、地下管线的观测、监护，减少对周围建筑物和地下管线的影响。

2 承载力的时效性

工程实践表明，静压桩的承载力不是一个稳定的值，而是随着时间不断变化的，达到稳定所需的时间为几天到十几天不等。产生承载力的时效性的机理非常复杂。桩周土在沉桩过程中被剪切挤压破坏，产生超孔隙水压力，破坏土体结构，土体强度降低，粘性土的触变作用使强度随时问逐渐恢复。压桩过程中．桩挤开周围土体．使土体的总应力增加，超静孔隙水压力增加。沉桩结束后，超静孔隙水压力消散，从而使桩周土产生固结。土的强度逐渐恢复．有的土体超过其初始强度。压桩结束后，经过一殷时间的静置和固结，桩侧摩擦力和桩周土的抗剪强度增大，从而提高了桩的承载力。

图l桩承载力随时间增长曲线图

一些学者对这一问题进行了深人的研究，得到单桩承载力随时间的增长曲线图，如图l所示。从曲线图可以看出静压桩的承载力前期增长迅速，后期增趋于平缓，并最终达到稳定值。

在工程实践中，下列境况需要合理考虑桩承载力的时效性：①在打桩后多长时间进行桩基承载力的检测，即合理选择桩基检测的时间；②如何合理估计桩的长期承载力，建筑物需要扩建加层和改变建筑物的使用用途时，如何评价桩的承载力。

3 静压管桩终压力和管桩极限承载力的关系

静压管桩终压力和竖向极限承载力是两个不同的概念，最终压力指的是静力压桩过程中终止压桩时出现的静压力，主要是来自克服桩端土层的抗冲剪阻力和桩侧滑动摩擦力，反映的是土体对桩的短时间的抗力，即压桩机上仪表最后反映的压力值。竖向极限承载力指的是压桩结束后，桩能保持正常使用时可承受的最大竖向荷载，主要是桩侧极限摩阻力和桩极限桩端阻力。反映土体稳定后对桩的长期抗力。竖向极限承载力最终由静荷载试验确定。

静压桩在静压力作用下沉人地基。沉桩过程中，桩使土体产生剪切破坏，产生超孔晾水压力。扰动土体结构，使桩周土的抗剪强度降低。此时桩侧表面与桩周上体之间的摩擦力为滑动摩擦力。这种滑动摩擦力非常小，所以静压管桩的压桩力主要来自桩向下冲压土层时的桩端土体的阻力和滑动摩擦力。压桩终止后，随着时问的推移，超孔隙水压力会逐渐消散，含水率降低，桩周土体重新固结。土的抗剪强度逐渐恢复，此时桩侧表面产生的是静摩擦力，持力层对桩提供桩端阻力。静压桩这时才获得工程意义上的极限承载力。

管桩终压力和竖向极限承载力的本质决定了两者的不同，两者的量值也不尽相同，主要与桩长、桩周土及桩端土的性质有关。但大量工程实测资料表明两者之间也是有一定的关系的。

广东省的工程技术人员通过大量现场基桩试验资料的统计分析．结合工程实践经验，建立使用于本地区的经验公式。广东省《静压桩基础技术规程》编制组，提出一个桩的极限承载力与终压力之间的关系经验公式。

当L≤14m时，Quk= Rsm=（0.6~0.85）Rsm；当14m＜L＜21m时，Quk= Rsm=（0.75~1.05）Rsm；当L＞21m时，Quk= Rsm=（1.0~1.2）Rsm；

式中：Quk——静压桩单桩竖向极限承载力标准值；Rsm——静压桩的终压力值。

一般桩长一些，土质好一些，土体恢复系数 可取上限值；反之取下限值。

4 结论

1)静力压桩过程中不可避免产生挤土效应，容易造成斜桩和桩的上浮，在软土中尤其明显。在软土地基中进行静压桩施工应采取措施减少挤土效应对桩的影响。

2)静压桩的承载力不是一个稳定的值，而是随着时间的变化而逐渐增长。静压桩的承载力前期增长迅速，后期增趋于平缓，并最终达到稳定值。

3)静压管桩终压力和竖向极限承载力是两个不同的概念，两者本质上没有对应的关系，但大量工程实测资料表明两者之闻有一定的关系。由实际工程经验建立起来的经验公式地域性较强。可以在实际工程实践中作为参考。

杨为民（1982.5-）:就职于山东省煤田地质局第五勘探队，从事岩土工程勘察，地基处理，桩基等工作。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。