软土地基条件下PHC桩锤击沉桩贯入度控制分析

林诚鑫 梁秀忠

摘要：本文通过黄骅港地区的工程实例分析了PHC桩沉桩贯入度控制终止锤击的条件，指出了规范及传统打桩动力公式中对PHC桩终止锤击最后贯入度控制表述的不足。为类似地质条件下的PHC桩沉桩控制提供了有益的借鉴。

关键词：PHC桩；贯入度；沉桩控制；软土地基

1、PHC桩简介及规范要求桩终止锤击的控制原则

1.1 PHC桩简介

PHC桩，即预应力高强混凝土管桩，是由專业厂家生产，采用先张法预应力和掺加磨细料、高效减水剂等先进工艺，将混凝土经离心脱水密实成型，经常压、高压两次蒸汽养护而制成的一种细长空心等截面预制混凝土构件。它具有强度高、质量稳定可靠、施工速度快、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。

1.2锤击法施工终止锤击的控制原则

PHC桩沉桩施工主要分为锤击法与静压法两种，用柴油锤、液压锤锤击法沉桩的施工工艺在目前在我国还是占主导地位。

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第7.4.6条，混凝土预制桩终止锤击的控制应符合下列规定：

（1）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；

（2）桩端达到坚硬、硬塑的黏性土、中密以上粉土、砂土、碎石类土及风化岩时，应以贯入度控制为主，桩端标高为辅；

（3）贯入度已达到设计要求而桩端标高未达到时，应继续锤击3 阵，并按每阵10 击的贯入度不应大于设计规定的数值确认，必要时，施工控制贯入度应通过试验确定。

规范对预制桩贯入度控制的设计值并没有十分明确的规定，目前一般由设计人员参考有关经验提出，例如依据格尔谢凡诺夫打桩动力公式计算、依据当地打桩沉管桩公式计算或依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）附录H中锤击沉桩桩锤选用表H.0.1中推荐的贯入度进行设计。但在工程实践中，往往发现实际贯入度与设计要求的值有较大的出入。现以黄骅港地区某变电所工程实例进一步探讨PHC桩贯入度的控制原则。

2、工程实例分析

黄骅港（煤炭港区）四期工程某变电所基础采用PHC桩（PHC 500 AB 125-35），桩径500mm，设计桩长35.0m，桩身砼强度C80，设计单桩竖向抗压极限承载力标准值不小于2500KN，总桩数112根。

2.1 工程地质情况介绍

工程所在地陆域为吹填形成，经过真空预压地基处理，属软土地基。各土层地质情况自上而下分为：①细砂，灰褐色，松散状，为人工回填形成，平均层厚为0.9m；②粉质粘土，灰褐色，流塑，吹填形成，平均层厚为1.14m；③粘土/粉质粘土，灰色～深灰色，流塑～软塑，平均层厚为8.12m；④粉土，灰色，很湿，稍密～中密，土质不均，平均层厚2.55m。⑤粘土/粉质粘土，灰色～深灰色，软塑，平局层厚7.74m；⑥粉质粘土，灰色～褐灰色，可塑，平均层厚1.85m。⑦粉砂，黄灰色～黄褐色，密实～中密、局部稍密，平均层厚为3.24m；⑧粘土/粉质粘土，黄褐色～灰黄色，软塑～可塑，平均层厚9.61m；⑨粉土，黄褐色，很湿，中密～密实，平均层厚2.29m，⑩粉质粘土/粘土，黄褐色～褐黄色，可塑，局部硬塑。

2.2 PHC管桩沉桩过程介绍

本工程管桩沉桩采用DF-63筒式柴油打桩锤，冲击部分重量为6.3t，桩帽重量为100kg，落距为1.5m。设计桩长为35m，施工现场采用三节PHC桩拼接而成，每节长度12m左右。沉桩时先施打第一节桩，沉入后起吊第二节桩，采用焊接方式与第一节桩连成一体后继续施打，继而焊接第三节桩继续施打。值得提及的是，由于表层土较软，第一节桩在下放过程中尚未锤击就能自动下沉4-5米。管桩入土每延米的锤击数从最初的数锤逐渐提升至最后的20锤以上。

本工程打桩初打时下沉量较大，低锤轻打，随着沉桩加深，沉速减慢，起锤高度逐渐增加，在最后阶段起锤高度达到最大值1.5m。在整个打桩过程中，桩锤、桩帽、桩身尽量保持在同一轴线上。必要时将桩锤及桩架导杆方向按桩身方向调整。

沉桩过程中，发现绝大部分的PHC最后三阵10击的贯入度都达到40余厘米，普遍大于其它区域。选取其中4根桩经过高应变动力检测的PHC桩，列出其打桩记录及检测结果如下表一所示：

表一 部分工程桩沉桩记录及检测数据

桩

号 垂直度‰ 落距

（mm） 实际桩长（m） 桩顶标高

与设计标高

偏差（m） 最后三阵

贯入度

（mm/10击） 桩身质量等级 单桩抗压极限承载力标准值（KN）

1# 2 1500 35 +0.00 550 Ⅰ 2662

4# 1 1500 35 +0.00 380 Ⅰ 2583

27# 2 1500 35 +0.01 470 Ⅰ 2516

49# 1 1500 35 +0.00 410 Ⅰ 2546

从上表一可以看出，沉桩过程中，最后10击贯入度普遍都比较大，但大小与检测出的抗压极限承载力并无明确的比列关系，1#桩最后10击贯入度最大，反而检测出的极限抗压承载力标准值最大。检测结果显示，单桩抗压极限承载力标准值均达到设计要求的2500KN。

2.3 沉桩最后贯入度分析

本工程设计文件规定沉桩控制标准采用设计标高与贯入度双控，以控制桩底标高为住，控制贯入度为辅。沉桩过程中，每根桩桩底标高均按设计要求打至桩顶设计标高以下35米，但设计并未给出贯入度的控制标准。

经查询《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）附录H中锤击沉桩桩锤选用表H.0.1，得出本工程所配桩锤在该设计单桩极限承载力要求下最后10击贯入度宜取2～8cm。

若采用格尔谢凡诺夫打桩动力公式[1]计算最后每锤平均贯入度则为式（1）：

式中：e--打桩最后阶段平均每锤的贯入度，cm；

n--桩及桩垫材料系数，无桩垫时，n取0.5；

--恢复系数，有桩帽时取0.45；

Q--桩锤重，KN；

q--桩、桩帽中非冲击部分重量，KN；

H——落锤高度，cm；

A——桩的横截面面积，cm2

m---安全系数，永久建筑物取2；

——单桩承载力标准值，KN。

根据现在身边情况及设计要求，相关参数取值为：Q=63KN，q=113KN，A=1472cm2，H=150cm，Rk=2500KN。将上述数值代入式（1），得e=0.156cm/击，则最后10击贯入度为1.56cm。

由此可见，格氏公式计算得到的最后贯入度控制值与查询规范得到的最后贯入度控制值较为接近，但本工程实际记录的最后贯入度存在很大的偏差。然而本工程PHC桩经过高应变动力檢测，其竖向抗压极限承载力标准值均能达到设计要求，该变电所从建成至今也未见明显沉降，这说明理论与实际存在着一定的偏差，其原因可能与本地区为软土或超软土地基有关，规范中只给定了在一般土层及较硬土层下的沉桩控制原则，可能并未充分考虑软土或超软土条件下的贯入度控制条件。

3、结论与建议

PHC桩沉桩是一个复杂的桩、土共同作用过程，设计时想从现有理论或规范得出一个定量的贯入度控制规则是比较困难的。目前的理论可能在某种地质条件下并不适用，盲目的套用沉桩动力公式设计沉桩控制贯入度可能会造成工程上的浪费[2]。造成PHC桩锤击贯入度理论与实际在部分地区相差较大的原因可有以下几点

（1）沉桩时由于连续的锤击震动，土体经过不断扰动，其内摩擦角产生很大的变化，一般都会变小。而在管桩施工完成后进行承载力检测，此时土体结构基本稳定，承载力有了一定幅度的提升，这种提升在成桩后前期比较明显[3]。

（2）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）附录H中推荐的贯入度控制值适用于桩端进入硬土层一定深度的情况，然而在软土地基或超软土地基条件下，管桩打设至设计深度时，桩端可能还是处于软弱土层，桩基承载力主要靠桩侧的摩擦力提供。目前，规范中并未给出此种条件下的贯入度控制推荐值范围，还有待进一步完善。

（3）规范中要求根据设计单桩极限承载力选用与其相匹配的桩锤，其对桩锤的选择划分的较为细致。但在实际施工过程中，特别是小型工程往往并没有那么丰富的打桩机可供选择，所选用的桩锤可能偏大，这也容易造成实际最后贯入度偏大。

在实际施工时，对于无经验的地区或地质条件，可先打设实验桩，根据实验桩的检测结果与打桩记录合理设计贯入度。对于黄骅港地区软土或超软土地基情况，管桩的沉桩控制最后贯入度值可较规范推荐的数值适当提高数倍。在今后的管桩施工过程中要注意收集相关技术资料，进行统计分析，以便形成本地区管桩沉桩控制贯入度取值的经验公式或经验参考数值。这将有助于减少打设试验桩，以节省费用和缩短工期。

参考文献

[1]周宏. 沉管管桩贯入度的准确控制[J]. 建材技术与用，2006，03：39-41.

[2]陈思晓，米海珍，许方义，林雪. 用锤击式PHC桩分析贯入度控制值[J]. 公路交通科技（应用技术版），2008，12：124-126.

[3]陈军. 预应力高强混凝土管桩贯入度控制问题的研究[J]. 黑龙江科技信息，2013，36：202+63.

【作者简介】林诚鑫，男，1987年生，汉族，福建福州人，硕士学历，助理工程师职称。主要研究方向：工程技术管理方向。

梁秀忠，男，1986年2生，河北张家口人，硕士学历，助理工程师职称，主要研究方向：工程技术管理方向。