预应力管桩在基础工程中的应用

□王 文 □邓世顺 □张文刚（河南省豫北水利勘测设计院）

预应力管桩在基础工程中的应用

□王 文 □邓世顺 □张文刚（河南省豫北水利勘测设计院）

随着城市建设的高速发展，一些新型的建筑产品不断涌现。预应力管桩因其具有高强度、抗弯性好、有较强的穿透力、施工机械化程度高、综合经济效益好等一系列优点，而被广泛应用到设计中来。文章结合在实际工程中的应用实例，综合介绍了管桩的设计要求，供广大设计人员参考、使用。

预应力管桩；单桩承载力特征值；构造要求

1.工程概况

安阳市洹上名门住宅小区位于彰德路北段，南临机床厂北街，北临金水花园住宅区，小区内共有9栋18层（局部阁楼）住宅楼，建筑面积共计87592m2。其中4～6#楼采用剪力墙结构，1～3#东临市区繁华路段彰德路，1～2层为商业用房，采用带转换层的部分落地剪力墙结构，住宅部分建筑层高均为2.950m，商业部分层高为3.90m，阁楼层高3.70m为电梯机房；局部楼层地下室为2层，负一层层高2.80m，主要为储藏间；负二层层高3.10m，主要为防空地下室。本工程抗震设防为丙类，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第一组，特征周期0.35s，剪力墙（及框架）抗震等级为二级，抗震构造等级二级，转换层部分抗震等级提高一级，为一级抗震。本工程基础持力层位于第二层褐黄色粉土单元，承载力特征值为faK=100kPa，采用天然地基不能满足设计要求，需要进行处理。且在场地中部有一古河道，使得场地地层在力学性质方面有明显差异，且地质较软，适合采用预应力管桩进行处理，因此基础采用筏板+预应力管桩基础。

2.工程地质条件

根据安阳市恒泰岩土工程有限责任公司提供的《安阳市洹上名门住宅小区岩土工程勘察报告》-详勘，地质土层情况如下：第(1)层为杂填土单元，层厚0.60～4.70m，平均厚度1.97m；第(2)层～第(8)层为粉土单元，平均厚度3.30m，局部第(8)层上层为粗砂单元，厚度0.6～1.20m，平均0.92m；第(9)层为粉土单元，厚度0.3～3.60m，平均2.18m；第(10)层为圆砾，平均厚度0.89m；第(11)层～第(12)层为粉质粘土单元，平均厚度3.90m；第(13)层为粉土单元，最大揭露厚度5.70m。

本场地土类型为中软场地土，场地类别为II类，该场地为建筑抗震不利地段，采取有效措施后，受不利地段的影响不大，可不考虑地震液化影响。地下稳定水位在22.1～23.9m之间，年变化幅度在1.0～2.0m；该区标准冻结深度为0.4m。

3.预应力管桩的设计

3.1 管桩简介

管桩混凝土宜采用强度等级>42.5级的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥，加掺矿物掺和料、外加剂，进行科学配比，混凝土强度等级>C80。钢材采用预应力混凝土用钢棒，先张法预应力张拉工艺，有较高的抗裂弯矩与极限弯矩，管桩承载力高、抗弯性能好。预应力管桩适用于工业与民用建筑的承台桩基础，以及铁路、公路与桥梁、港口、码头、水利、市政、构筑物及大型设备等工程基础，适用面较广，且管桩运输吊装方便，施工机械化程度较高，检测方便，施工周期短、效率高。

3.2 单桩竖向承载力计算

3.2.1 单桩竖向极限承载力计算

根据桩基规范5.3.8条计算

式中：Quk：单桩竖向极限承载力标准值；Qsk：总极限侧阻力标准值；Qrk：总极限阻力标准值；Qsi：桩周第i层土的极限侧阻力；Aj：空心桩桩端净面积 Aj=π（d2-d12）/4；λ：桩端土塞效应系数Ap1：空心桩敞口面积Ap1=πd12/4

桩截面面积：

将桩端、桩侧阻力特征值带入下式计算所得：

3.2.2 单桩竖向承载力特征值计算

Ra=1/K×Quk（注：K为安全系数，取 K=2）

3.3 布桩

根据PKPM结构软件计算结果，读取基础以上荷载总值、基础筏板自重两项荷载，求和后除以单桩承载力特征值得到管桩数量。管桩间距按照1.70m≤d≤2.70m进行布置，本工程采用静压摩擦敞口管桩，施工必须保证图纸中要求的设计桩长(有效长度),采用预应力高强混凝土敞口管桩（PHC）A桩，桩身强度C80,桩径d=500mm,桩壁厚100mm，设计单桩竖向承载力特征值为R=1700kN，桩长L=25m，桩最终竖向及水平承载力应通过静载实验确定。

3.4 构造要求

所采用管桩必须符合《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-2009)要求,载力应能满足吊装、运输和静压作用。桩身承桩顶采用插筋和承台连接，6根三级钢直径为20的钢筋，插入管桩内>2m，填芯混凝土采用C35掺8%UEA膨胀混凝土填充密实，填充前应对管桩内壁进行清理，插筋锚进承台长度≥LaE，桩顶入承台50mm,做法见图1。

图1 管桩承台连接结构图

3.5 管桩检测及施工要求

单桩竖向极限承载力标准值、极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值应通过单桩静载试验确定。单桩水平承载力应通过单桩水平静载试验确定，实测沉降，试验法可按现行行业标准《建筑基桩检测技术规范》执行。本工程的试桩数不宜少于总桩数的1%，且>3根。施工完成后的所有管桩应进行桩身完整性检测，桩位及桩顶标高偏差检测，符合规范要求后方可进行上部结构施工。

管桩工程基坑开挖严禁边打桩边开挖，应制定合理的施工方案和工序，注意保持基坑围护结构的稳定。该工程管桩施工机械采用静压机械，根据桩的密集程度及桩基础与周围建筑物的关系、桩的入土深度、布桩的疏密程度确定压桩顺序，严格执行管桩接桩的焊接方法，选择合适的桩帽、送桩器和衬垫，控制好终压时连续复压的次数、稳压时间，管桩基础施工参照《预应力混凝土管桩》（03SG409)进行，并注意施工安全。

4.结语

安阳市洹上名门小区于2010年4月完成设计，同年5月开始施工，于2011年11月竣工验收，交付业主使用。从小区开始动工伊始至交付使用，专人负责记录建筑物沉降观测数据，资料显示建筑物沉降量满足《建筑变形测量规程》的要求，说明该小区采用管桩进行基础设计是符合该段场地地质情况的，是合理的选择。

王 文（1977-），女，工程师，国家二级注册结构师，主要从事工业与民用建筑规划、设计。

2012-07-26