大直径PHC管桩在软土地基工程中的应用

吴鸿志

(嘉博(福建)联合设计有限公司 福建福州 350001)

引 言

预应力混凝土管桩是目前应用最广泛、也相对比较成熟的桩型，与其它桩型比较具备了以下几个优点:①桩体强度高，单桩承载力高，设计范围广;②单桩可任意接长，施工条件限制小;③工厂预制，质量有保证;④施工简便，成桩可靠，工期短;⑤环境污染相对小;⑥造价低廉，经济性能好。

1 小直径混凝土管桩的局限性

目前民用建筑中应用比较多的是PHC 400 PHC500 PHC600这三种直径相对小的桩型。小直径的桩本身相对来说具有一定的局限性:①桩体小，有效摩擦力小，自重轻;②桩身抗弯刚度小;③桩身受弯、受剪承载力低;④桩长细比大;⑤承载力相对较低，布桩数量多等。

2 软土场地特点

福建沿海城市，大部分建筑场地地表都覆盖着比较厚的淤泥或淤泥质土，其主要特点是:①软土覆盖层厚且埋深浅;②桩端持力层深，桩长较长;③饱和土，含水率高，呈流塑或半流塑状态等。

3 小直径混凝土管桩在软土地基中使用的局限性

(1)淤泥或淤泥质土覆盖层厚，桩端持力层深，桩长比较长，小直径管桩长细比相对大，桩身垂直度控制难，打桩过程容易出现桩身倾斜、断桩、爆桩的情况。

(2)淤泥或淤泥质土多为饱和土，含水率高，管桩本身又是挤土桩，如果没有有效的措施及合理的施工方案，桩基础施工过程，随着沉桩数量不断增加，挤土效应明显并产生超孔隙水压力，带动桩间土及桩体往上位移，从而使桩端与持力层产生了较大的孔隙，也就是浮桩，浮桩量大了对桩的承载力特别是端承为主的桩影响较大。

(3)由于软土层埋深浅，基坑开挖深度及承台埋深大部分都位于淤泥或淤泥质土层，对于这种流塑或半流塑状态的土层，土方开挖过程容易引起土体滑坡，从而影响到工程桩，出现桩身倾斜、偏位甚至断裂的情况。

4 大小直径混凝土管桩力学性能对比

小直径管桩有效摩擦力小自重轻，桩基施工过程更容易浮桩;另一方面，小直径管桩长细比大、侧向刚度小、桩身抗弯承载力和受剪承载力低，打桩及土方开挖过程容易出现偏位、倾斜及爆桩、断桩情况。而大直径管桩相对于小直径管桩却具有一定的优势，从表1可以看出PHC 800 AB 130型较PHC 500 AB 125(PHC 600 AB 130)管桩桩身承载力具有较大优势，特别是水平承载力及抗弯刚度。

5 工程实例

位于福建沿海某城市的两相邻A、B地块，设防烈度、基本风压均相同，场地地质条件也相近，如下(图1)，淤泥埋深不到1m，含水率约75%。其中 A地块10#楼为33层百米高层住宅，建筑长宽分别为49.6m和16.4m，采用剪力墙结构;B地块6#楼为39层120m超高层住宅，建筑长宽分别为50.6m和19.7m，也是采用剪力墙结构;两栋楼的设计条件及建筑体型都非常类似。

A地块10#楼选用PHC 500 AB 125桩，持层为⑨卵石层，单桩承载力特征值2400kN，桩间距3.5d，总桩数为237根，桩总抗力与上部荷载比值约为1.2;采用锤击工艺，锤重6.2T，冲程2.0m，最后三阵贯入度控制50mm，有效桩长约40m，桩端进入持力层约1.0m，桩基布置如(图2)。

图1 工程地质剖面

图2 A地块10#楼PHC500桩布置图

B地块6#楼选用PHC 800 AB 130桩，持层为⑨卵石层，单桩承载力特征值4500kN，桩间距3.5d，总桩数为147根，桩总抗力与上部荷载比值约为1.2;采用锤击工艺，锤重10.2T，冲程2.0m，最后三阵贯入度控制30mm，有效桩长约40m，桩端进入持力层约2.0m，桩基布置如(图3)。

图3 B地块6#楼PHC800桩布置图

其中A地块桩基础于2012年施工完毕，B地块桩基础于2014年施工完毕，经监测对比:A地块10#楼，日最大上浮量50mm，最大总上浮量150mm，静载不满足要求;施工过程断桩、爆桩率相对高，约1.5～2%;土方开挖过程，出现较多桩偏位、桩身倾斜、断裂。B地块6#楼:最大总上浮量40mm，静载满足设计要求;施工过程断桩、爆桩率相对低，约0.5～1.0%;土方开挖过程，仅个别桩出现少量偏位。

图4 B地块6#楼Φ800冲(钻)孔灌注桩布置图

从以上两个工程实例可以看出，大直径管桩在软土地基中使用，其可靠性及稳定性较好，充分发挥了自身力学性能的优势。

表1 PHC桩桩身承载力指标

表2 PHC 800 AB 130型管桩与Φ800冲(钻)孔灌注桩经济指标对比

6 大直径混凝土管桩与灌注桩的经济性比较

大直径管桩除了在安全性、可靠性方面具备优势外，与其它类型的灌注桩对比，其经济性也相当明显。B地块6#楼改用Φ800冲(钻)孔灌注桩布置，如图 4，桩身混凝土为水下C40，桩端持力层选⑩中风化凝灰岩层，进入持力层深度不小于500mm，单桩承载力特征值由桩身混凝土控制取5000kN，冲(钻)孔桩单价按每立方混凝土成桩费用1500元计，不含桩端或桩侧注浆费用;PHC 800 AB 130桩每米费用约为480元(其中打桩费按30～40元计)。具体对比详表二，采用 PHC 800 AB 130桩大约可以节省40%造价，而且管桩施工工期短，环境污染相对小，整体经济效益更为明显。

7 大直径桩设计及施工注意事项

对于在软土地基中使用的大直径管桩，在设计与施工过程也需要采取合理的方案及措施，避免出现浮桩或斜桩的现象。具体如下:

(1)设计桩间距适当加大，按3.5～4.0d，地质条件允许的场地不采用桩尖或采用开口桩尖，以减少挤土效应;

(2)严格控制最后三阵贯入度，保证桩端多进入坚硬土层的深度，提高桩体有效摩擦力;

(3)根据场地情况设置一定的消挤孔、排水井或塑料排水板，降低孔隙水压力;

(4)采用“重锤低打”降低锤击应力，一般采用不小于10.2T的锤，并控制每天每栋楼每台机子的成桩数量;

(5)选择合理的打桩施工顺序，先里后外，先密后疏，先中间后两边;

(6)桩基全面施工前应将现有施工场地压实、整平，局部松软的场地、旧建筑物基础及混凝土地面、较大的块石等应清除;

(7)选取一定数量桩，每天测量桩顶标高;

(8)土方开挖深度较大的可以采用搅拌桩对表层软土进行固化处理，并采用分层开挖，分段砍桩。

8 结语

大直径管桩凭借其自身良好的力学性能，较好地克服了小直径管桩在软土地基中使用的局限性，具有比较明显的经济效益和时间效益。近年来高层与小超高层的建筑越来越多，大直径管桩在民用建筑的应用也将会越来越广泛。

[1]GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[2]JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[3]10G409，预应力混管桩设计图集[S].