PHC桩的锤击贯入度问题探讨

□胡永生 □曹 伟（黄河勘测规划设计有限公司）

□罗国杰（华北水利水电学院）

PHC桩的锤击贯入度问题探讨

□胡永生 □曹 伟（黄河勘测规划设计有限公司）

□罗国杰（华北水利水电学院）

本文通过工程实例，介绍了预应力高强混凝土管桩贯入度设计的一般方法，指出了目前设计中存在的问题，提出广东沿海地区可结合具体地质条件，适当减小贯入度控制值的建议。

PH C桩；贯入度；容许承载力；试验

一、问题的提出

预应力高强混凝土管桩（简称PHC桩）具有强度高、耐打性好、施工快、造价低、检测方便的特点，现已广泛应用于水利工程、工业与民用建筑、桥梁、港口码头等工程。特别是在广东沿海地区，软土地基分布广泛，基岩风化层较厚，采用PHC桩作为建筑物基础十分普遍。

PHC桩通常采用锤击沉桩方法施工，在坚硬土层中用贯入度控制桩长。现行《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）在预制桩锤击沉桩施工一章中对贯入度控制有所规定，第7.4.6条：“当桩端位于一般土层时，应以控制桩端设计标高为主，贯入度为辅；桩端到达坚硬、硬塑的粘性土、中密以上粉土、沙土、碎石类土及风化岩时，应以贯入度为主，桩端标高为辅。”

显然，对于坚硬土层，预制桩锤击施工时对贯入度“必须严格控制”，但是贯入度应由谁确定、如何确定并没有十分明确的规定。因为贯入度不大可能由施工人员自行确定，目前一般是由设计人员参考有关经验予以提出，成为一项“设计要求”应达到的指标，同时往往要求结合试桩情况进行必要的调整。现行规范没有明确预制桩贯入度限值和设计可采用的规范计算公式，显然贯入度作为锤击预制桩设计指标缺乏规范依据。

二、工程简介

小虎岛防洪排涝工程位于广州市南沙地区黄阁镇，随着南沙地区大规模开发建设，原有的防洪排涝工程已不能满足现代化城市建设要求，需要新建改建该区内河涌工程和水闸、泵站工程，沙多码泵闸是该工程的重要组成部分。

泵间基础采用PHC桩，直径Φ400（AB型），管壁厚95mm，桩尖为十字型桩尖。采用D35柴油锤打桩机，冲程1.8～2.3m。设计要求单桩承载力特征值为450kN。基础平面尺寸为15.4m×7.85m，底板厚1.2m，桩长10～14m，桩数50根。

目前广东番禺水闸泵站工程采用预制桩的一般是乙级建筑物，由于国家规范对地质条件并不复杂的乙级建筑物没有规定要进行现场试验确定单桩承载力，而是“可参照地质条件相同的试验资料”并结合原位测试和经验参数确定，所以这类建筑很少在设计施工前进行桩试验，其贯入度要求是依据经验设计的。

三、灌注桩设计

依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），以摩擦为主的预制桩单桩承载力可用下式估算：

式中：Ra—单桩竖向承载力特征值；

Quk—单桩竖向极限承载力标准值；

qsik—桩侧第i层土极限侧阻力标准值，可按地区经验确定，无经验时可按规范表5.3.5-1取值；

Ap—桩端面积；

up—桩身周长；

qpk—桩极限端阻力标准值，可按地区经验确定，无经验时可按规范表5.3.5-2取值；

li—按土层划分的各段桩长。

经计算，单桩竖向承载力特征值为660kPa，设计没有明确应达到的承载力，要求最后三阵锤平均贯入度＜20～30mm，桩端设计标高为参考，但提出可以结合试桩情况进行必要的调整。

四、PH C桩贯入度设计值与试验值比较

现以本工程为例，该工程的地质条件如表1。

表1 地质概况表

设计要求：桩长L=10～14m，桩径400mm，最后三阵每阵10击贯入度≤2～3cm（锤重3.5t，落距1m），单桩容许承载力450kN。

如用格氏经验公式计算贯入度，即：式中：S—打桩最后阶段平均每锤的贯入度（mm）；

n—桩及桩垫材料系数。混凝土桩用木垫，n=0.15；

Q—锤重（kN）；

q—桩、桩帽、桩锤的非冲击部分重力（kN）；

H—锤击高度（cm）；

A—桩的横截面积（cm2）；

m—安全系数，永久建筑为2；

p—单桩容许承载力（kN）。

将本例有关数据代入格氏经验公式后即得：

计算结果与设计要求基本相符。但在实际施工中，桩管打至设计标高时，部分管桩贯入度较大，达5～10cm（10击），距设计要求相差相对较大。为此，我们选择4根桩进行了静载测试，有关数据如表2、表3。

表2 施工记录表

表3 静载试验表

试桩资料中表明上述PHC桩贯入度相对较大，经进行补充地质勘探分析，上述部位地层风化严重、全风化层较厚。

五、结论

（一）根据地质资料确定桩长，对于地质复杂的建筑物，需要详实的地质资料，以确定桩尖落到哪一层，进入持力层多少，否则贯入度有可能与设计不符。

（二）对于贯入度达到控制值，但桩底没有达到设计标高的管桩，应具体分析，可以适当减少贯入度控制值，在保证承载力前提下，防止对桩身造成破坏。根据广东沿海地区的具体地质条件，贯入度可以控制在50～80mm范围内。

（三）参考有关文献，在施工条件和地质条件基本相同的情况下，PHC桩贯入度较锤击沉管灌注桩的贯入度明显偏小。这主要是因为PHC桩较沉管灌注桩质量相对较重、桩身表面相对光滑所致。

（四）基于格氏经验公式是打桩动力经验公式，考虑地基土对桩的压缩影响，按变形协调原则提出的控制贯入度的经验公式，对锤击PHC桩，与试桩资料分析较沉管灌注桩吻合性相对较好。

（五）贯入度是一个较复杂的问题，受不同土质、不同桩长、不同桩径、不同施工方法及不同荷载的影响很大，完全套用预制桩的动力公式设计PHC桩锤击贯入度，有可能与实际情况不符。管桩施工是一个复杂的桩、土共同作用的过程，要从理论上对贯入度做一个比较准确的定量分析是比较困难的，至少现在的理论还不是很成熟。具体施工时可以结合试桩资料进行必要的调整。参考文献

[1]叶静,田迪.预制桩设计施工中的关键环节——贯入度[J].辽宁建材,2007，（7）,47-48.

[2]田政海,曹文贵.锤击式沉管灌注桩贯入度控制标准的探讨[J].水电站设计,2002，（6）,95-97.

2011-07-23