浅析预应力砼管桩在建筑基础中的应用优势

周付彬

（山东省鲁南地质工程勘察院，山东济宁272100）

·隧道与建设工程·

浅析预应力砼管桩在建筑基础中的应用优势

周付彬*

（山东省鲁南地质工程勘察院，山东济宁272100）

通过预应力混凝土管桩在工程造价、设计施工、施工工期等方面与其它桩型相比较，并通过市场调查和案例分析，得出预应力混凝土管桩在中高层建筑基础中的应用优势。

预应力砼管桩；造价；工期；设计；施工

1　预应力砼管桩的概况

预应力管桩是近十多年来发展起来的一种新型的桩基形式，是采用高强砼和高强度的预应力钢棒，在工厂用预应力预制而成。通常分为3种，预应力高强砼管桩（PHC）、预应力砼管桩（PC）、预应力砼薄壁管桩（PTC），应用最广泛的为预应力高强砼管桩（PHC），按外径分有以下规格：300mm、400mm、500mm、550mm、600mm、800mm、1000mm，按桩身砼有效预压应力值或其抗弯性能分为A型、AB型、B型、C型。

预应力砼管桩具备以下特点：

（1）适应性广。可用于工业与民用建筑工程基础、大型设备基础、桥梁和码头的基础及挡土墙等，尤其对各种地质地层有较强的穿透能力；

（2）单桩承载力高。由于挤压作用，管桩承载力要比同样直径的沉管灌注桩或钻孔灌注桩高；

（3）抗弯抗裂性好。采用高强度钢筋和预应力工艺，与普通混凝土预制桩相比具有较强的抗裂性较强的抗弯性刚度，在运输过程中及施打过程中均能保持桩身完好；

（4）经济效益好。因单桩承载能力比同直径的沉管灌注桩和钻孔灌注桩高，并可接驳，管桩长度与沉管灌注桩和人工挖孔桩相比受施工机械和地质条件的限制较少；

（5）符合环保要求，运输吊装方便，施工现场整齐文明；

（6）成桩质量可靠，且检测方便，监理强度低；

（7）缩短工期是预应力管桩的最大优势，施工进度快，而且不需要等待28d龄期，成桩后即可做桩基检测。

不过预应力管桩也有其局限性，如以下工程地质条件不宜使用预应力管桩：①孤石和障碍物多的地层；②有坚硬隔层的地区；③石灰岩地区；④从软塑层突变到特别坚硬的地区，主要是上软下硬、软硬突变的地区。

预应力管桩作为预制桩的一种，随着人们在十多年的工程实践应用中，解决了预制桩的许多工艺技术问题，如接桩和截桩等问题，随着国家标准设计图集03SG409和《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-92）的颁布，标志着预应力混凝土管桩的使用技术已经成熟。

预应力高强度砼管桩可以广泛用于工业与民用建筑、铁路、公路和、桥梁、码头、港口等工程建设。从国内各省的应用情况来看，以工来与民用建筑用量最大，约占总量的80%。预应力管桩既适用于多层建筑，也适用于高层建筑，尤其是10～30多层楼房。预应力管桩最适合应用于基岩埋藏深、强风化岩层或风化残积土层厚的地质条件。目前预应力管桩已经成为国内12层以及12层以上高层建筑的常用桩基础之一。

2　预应力砼管桩的设计和施工

2.1预应力砼管桩的设计

设计方要根据工程地质详细勘查报告，判断地质情况是否适合采用预应力管桩，并分析关于管桩的各种计算参数，以及预应力管桩可以达到的承载力特征值。

预应力管桩的承载力由桩身结构竖向承载力设计值和单桩承载力特征值决定。其中桩身结构竖向承载力设计值可以查国家建筑标准设计图集03SG409确定，其中常用的如表1所示。

单桩承载力特征的计算在国家规范中无明确规定，按照力学性能分析，可以参照钢管桩的计算公式初步估算，公式如下：

表1　桩身结构竖向承载力设计值表

考虑到预应力管桩的挤土效应，λs、λp都可以取1。

但是一般按照施工图详勘报告的参数计算，计算出来的结果远远小于预应力管桩实际能达到的承载力。实际设计施工过程中，承载力特征值的选定一般根据地质报告、规范参数、本地区经验综合选定，在施工之前进行试桩，在根据试桩的静压试验确定承载力特征值。在正式施工中，往往以最后三阵的标准贯入度控制，最终以静压试验为准。当工程地质情况较好的情况下，单桩承载力特征可以达到桩身结构竖向承载力。

管桩桩尖的选择：管桩桩尖的形式主要有3种：十字型、圆锥型和开口型。前两种属于封口型，穿越砂层时，开口型和圆锥型比十字型好，开口型桩尖一般用在入土深度为40m以上且桩径≥550mm的管桩工程中，成桩后桩身上部约有1/3～1/2桩长的内腔被土体塞住，从土体闭塞效果来看，单桩承载力不会降低，但挤土作用减少。封口桩尖成状后，内腔可一目了然，对桩身质量及长度可用目测法检查，这是其他桩型所没有的。

2.2预应力砼管桩的施工

2.2.1测量定位

通常在桩身中心打入一根短钢筋，若在较软的场地施工，由于桩机的行走而挤压预打入的短钢筋，故当桩机大体就位之后要重新测定桩位。

2.2.2压桩机就位

经选定的压桩机进行安装调试就位后，行至桩位处，使桩机夹挟钳口中心（可挂中心线陀）与地面上的样桩基本对准，调平压桩机后，再次校核无误，将长步履（长船）落地受力。

2.2.3吊装喂桩

静压预制桩桩节长度一般在12m以内，可直接用压桩机上的工作调机自行吊装喂桩，也可以配备专门调机进行吊装喂桩。第一节桩（底桩）应用带桩尖的桩，当桩被运到压桩机附近后，一般采用单点吊法起吊，采用双千斤（吊索）加小扁担（小横梁）的起吊法可使桩身竖直迸入夹桩的钳口中。当接桩采用硫磺胶泥接桩法时，起吊前应检查浆锚孔的深度并将孔内的夹物和积水清理干净。

2.2.4桩身对中调直

当桩被吊入夹桩钳口后，由指挥员指挥司机将桩缓慢降到桩尖离地面10cm左右为止，然后加紧桩身，微调压桩机使桩尖对准桩位，并将桩压入土中0.5～1.0m，暂停下压，再从桩的2个正交侧面校正桩身垂直度，当桩身垂直度偏差小于0.5%时才可正式压桩。

2.2.5沉桩

根据设计文件、地勘报告、施工场地周边环境选择合适的沉桩机械。沉桩机械分锤击沉桩和静压沉桩2种。锤击法沉桩机械通常采用柴油锤、液压锤，不宜采用自由落锤打桩机；静压法沉桩机械采用液压式机械。桩间距小于3.5d（d为桩径）时，宜采用跳打。

施打时应保证桩锤、桩帽、桩身中心线在同一条直线上，保证打桩时不偏心受力。沉桩过程中应经常观测桩身的垂直度，若垂直度超过1%，应找出原因并设法纠正。

2.2.6接桩

工程中应尽量减少接桩，任一单桩的接头数量不宜超过4个，应避免桩尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层时接桩。

接桩分为端板焊接连接和机械快速连接2种。

接桩时焊缝要连续饱满，焊渣要清除；焊接自然冷却时间应不少于1min，地下水位较高的适应当延长冷却时间，避免焊缝遇水如淬火易脆裂；对接后间隙要用不超过5mm钢片充填，保证打桩时桩顶不偏心受力；避免接头脱节。

2.2.7送桩

如果桩顶已接近设计标高，而桩压力尚未达到规定值，可以送桩。如果桩顶高出地面一段距离，而压桩力已达到规定值时则要截桩，以便压桩机移位。

静压桩的送桩作业可以利用现场的预制桩段作送桩器。施压预制桩最后一节桩的桩顶面达到施工地面以上1.5m左右时，应再吊一节桩放在被压桩的顶面，不要将接头连接起来。

2.2.8截桩

截桩宜采用锯桩器，严禁采用大锤横向敲击截桩或强行扳拉截桩。应确保截桩后管桩的质量。

2.2.9检查验收

（1）当采用送桩时测试的贯入度应参考同一条件的桩不送桩时的最后贯入度予以修正。

（2）根据设计及试打桩标准确定的标高和最后三阵贯入度来确定可否成桩，满足要求后，做好记录，会同有关部门做好中间验收工作。

（3）实际控制成桩标准中的标高和最后三阵贯入度与设计及试桩标准出入较大时，应会同有关部门采取相应措施，研究解决后移至下一桩位。

（4）打桩过程中，遇下列情况之一应暂停打桩，及时会同有关部门解决：

①贯入度突变；

②桩头混凝土剥落、破碎、桩身出现裂缝；③桩身突然倾斜、跑位；

④地面明显隆起，临桩上浮域位移过大；

⑤PC桩总锤击数超过2000，PHC桩总锤击数超过2500；

⑥桩身回弹曲线不规则。

3　市场调查案例

通过广泛的市场调查，对建筑市场预应力混凝土管桩进行了调查分析，现结合案例分析，将预应力混凝土管桩与人工挖孔桩、沉管灌注夯扩桩，主要从工程造价、施工工期等方面进行比较分析。

3.1案例一：某住宅小区（33层）

某住宅小区，共12栋高层住宅，每栋地上33层，地下1层，标准层层高3m，建筑高度99m，结构形式采用剪力墙结构，基础形式均采用预应力高强混凝土管桩。以其中5#栋的基础为例：

基础形式采用预应力高强混凝土管桩，型号PHC-AB-500-125，外径500mm，壁厚125mm。桩长为10m左右，单桩承载力特征值取2700kN。由于持力层比较平缓，锯桩数量很少。施工完成后，静载试验验测结果，单桩承载力特征值可到达3000kN。

总桩数为205个，按照桩长为10m，初步估算桩的造价（不包括承台）为205×10×1190=389500元。工期按照2台锤击打桩机，每天施工40根桩，工期只要5d，施工完成后即可进行静载和桩身动测试验。

如果采用人工挖孔桩，桩径为1.0m，扩底尺寸为1.6m，单桩承载力特征值经计算为6000kN。总共需要人工挖空桩数位：205×2700÷6000=92根桩，考虑到至少15%的桩不需要扩底，桩总数为1.415×92=105。初步估算桩的造价为494550元，还不包括施工过程中的降水费用。工期按照每天施工5根桩，工期需要21d，施工完成后28d后才能进行静载和桩身动测试验。

由于桩（墙）底内力比较大，可不考虑采用夯扩桩。

3.2案例二：某小区A区2栋（18层）

某小区A区2栋住宅楼，地上18层，地下1层，标准层层高3m，建筑高度56m，结构形式采用框架—剪力墙结构，基础形式均采用预应力高强混凝土管桩。

基础形式采用预感力高强混凝土管桩，型号有2种，其一为PHC-AB-500-125，外径500mm，壁厚125mm，单桩承载力特征值取2500kN；其二为PHCAB-400-95，外径400mm，壁厚95mm，单桩承载力特征值取1500kN。桩长为8～15m左右，持力层为强风化砾岩，桩端土的承载力特征值3500kPa。

总桩数为PHC-AB-500-12585个，PHC-AB-400-95342个。按照桩长为12m，初步估算桩的造价（不包括承台）为85×12×190+342×12×140=768360元。工期按照2台锤击打桩机，每天施工40根桩，工期只要11d，施工完成后即可进行静载和桩身动测试验。

如果采用人工挖孔桩，桩径为1.0m，扩底尺寸为1.5m，单桩承载力特征值经计算为6000kN。总共需要人工挖空桩数为：（85×2500+342×1500）÷6000=121根桩，考虑到至少30%的桩不需要扩底，桩总数为1.3×121= 157。初步估算桩的造价为887365元，还不包括施工过程中的降水费用。工期按照每天施工5根桩，工期需要27d，施工完成后28d后才能进行静载和桩身动测试验。

由于桩（墙）底内力比较大，可不考虑采用夯扩桩。

3.3案例三、某房地产小F3栋（10层）

某房地产小区F3栋，地下10层，标准层层高3m，建筑高度32m，结构形式采用剪切墙结构，基础形式采用预感力高强混凝土管桩。

基础形式采用预应力高强混凝土管桩，型号PHC-AB-400-95，外径400mm，壁厚95mm。桩长为7～12m左右，单桩承载力特征值取1400kN。持力层为强风化砾岩，桩端土的承载力特征3000kPa。

总桩数为111个，按照桩长为10m，初步估算桩的造价（不包括承台）为111×10×160=177600元。

工期按照一台锤击打桩机，每天施工20根桩，工期只要5.5d，施工完成后即可进行静载和桩身动测试验。

如果采用人工挖空桩，桩径为0.9m，扩底尺寸为1.4m，单桩承载力特征值经计算为4600kN。总共需要人工挖空桩数为：111×1400÷4600=34根桩，考虑到至少30%的桩不需要扩底，桩总数为1.3×34=45。初步估算桩的造价为171680元，还不包括施工过程中的降水费用。工期按照每天施工5根桩，工期需要9d，施工完成后28d后才能进行静载和桩身动测试验。

如果采用夯扩桩，桩径为0.38m，单桩承载力特征值为600kN。总共需要夯扩桩数为：111×1400÷600= 259根桩。初步估算桩的造价为259×10×85=220150元，工期按照每天施工18根桩，工期需要15d，施工完成后20d后才能进行静载和桩身动测试验。

3.4预应力混凝土管桩与人工挖孔桩、夯扩桩技术经济比较（见表2）

4　小结

表2　预应力混凝土管桩与人工挖孔桩、夯扩桩技术经济比较

通过对预应力管桩的考察和市场案例分析可以得知：

对于7～10层的多层建筑，采用高强预应力管桩可以大幅度地缩短施工工期，管桩成桩后即可作静载和桩身动测试验，而夯扩桩成桩后20多天后方可做检测。

对于11～18的高层建筑，采用高强预应力管桩和人工挖孔桩在经济比较上，可以降低土建的工程造价10%～15%，对于19层以上的高层建筑，采用高强预应力管桩和人工挖孔桩在经济比较上，可以降低土建的工程造价15%～30%。

综合上述，预应力管桩在技术上是一种相当成熟的桩基型式，可以给业主方带来良好的经济效益和社会效益。

On theApplicationAdvantages of Prestressed Concrete Pipe Pile in Buildings Foundation

ZHOU Fu-bing
（Shandong Lunan Geological Engineering Investigation Institute，Jining Shandong 272100，China）

By comparing prestressed concrete pipe pile with other types from aspects of project cost，design and construction period，and through the market investigation and case analysis，it comes to the conclusion that the prestressed concrete pipe pile has application advantages in the high-level architecture foundation.

prestressed concrete pipe pile；cost；construction period；design；constructing

TU37

A

1004-5716（2016）01-0185-04

2015-02-13

周付彬（1979-），男（汉族），河南鹤壁人，工程师，现从事勘察施工与管理工作。