谈预应力高强混凝土管桩在建筑工程中的应用★

杨 振 仲

(厦门城市职业学院，福建 厦门 361008)



谈预应力高强混凝土管桩在建筑工程中的应用★

杨 振 仲

(厦门城市职业学院，福建 厦门 361008)

分析了预应力高强混凝土管桩的适用范围和不宜采用的地质条件，结合工程实例，对比了单桩竖向极限承载力计算结果和单桩竖向抗压静载试验结果，得出了一些有意义的结论。

PHC桩，极限承载力，抗压静载试验，地质条件

1 PHC桩应用情况

1.1 适用范围

近年来，由于预应力高强混凝土管桩(以下简称“PHC桩”)具有强度高、施工速度快、施工质量好和工程造价低等优点，PHC桩在各地的建筑工程中得到了广泛的应用。

PHC桩适用于具有厚度较大的强风化或全风化岩层、坚硬粘性土层、密实砂土层等的场地，这是由于这些土层能适应PHC桩进入一定的深度，并将PHC桩设计成端承摩擦桩或摩擦端承桩，以充分发挥其强度高的优点。

此外，在淤泥质软土地区，如果采用沉管灌注桩，无法保证灌注桩混凝土的浇筑质量，而使用PHC桩可避免这一问题，确保工程质量[1]。

1.2 不宜采用的地质条件

虽然PHC桩具有很多优点，但是PHC桩不是万能的，不能包打天下。在使用过程中，应注意PHC桩的缺点和局限性，它不宜用于以下地质条件：

1)当场地中孤石或者障碍物较多时，桩遇到障碍无法沉入土中，在压桩力或锤击力持续作用下，桩身将出现弯曲甚至断裂。

2)当场地含有薄且非常坚硬的夹层时，桩要贯穿夹层容易断桩，而不贯穿夹层，夹层厚度太小又不足以作为桩端持力层。

3)当桩穿越软土层直接进入特别坚硬的土层(比如中、微风化岩)时，由于没有缓冲层，在桩尖碰到特别坚硬的土层的瞬间，桩身周围都是摩阻力很小的软土层，强大的压桩力或锤击力会全部传向桩尖，再由桩尖处岩面反射回来，引起桩身强烈反弹，易造成桩身断裂和桩头打碎。

4)桩难以贯入的岩面埋藏较浅且倾斜较大，由于桩侧土体对桩身的稳固力不足，将使桩跑位或沿岩面滑移[1]。

5)在石灰岩及其他溶岩地区，溶沟和溶洞等易引起工程事故[2]。

2 工程实例

厦门市某安置房工程项目由6栋高层住宅楼和集中商业以及公建配套等组成。其中，高层住宅楼为框架—剪力墙结构，23层～26层，编号为A-7号～A-12号。各建筑物自身及其之间设置了1层层高为4.8 m的地下室。

经结构分析计算，高层建筑柱底最大轴力为8 000 kN，基底压力为420 kN/m2～480 kN/m2，商业裙房柱底最大轴力为2 000 kN(地上)，纯地下室柱底最大轴力为2 500 kN。以A-8号楼主楼为例，室外地坪设计标高为8.1 m，地下室覆土厚度为1.0 m，桩顶标高为1.4 m，室外地坪以下土层参数一览表详见表1。

表1 A-8号楼主楼室外地坪以下土层参数一览表

由于受区域地质构造的影响，基岩风化较严重，强风化岩层厚度较大，局部地段呈槽状或囊状风化。如果采用PHC桩，虽然⑥强风化岩局部地段岩面坡度变化较大，但上部岩土层厚度较大，其力学强度及厚度条件一般可满足桩基水平抗力稳定性的要求。另外，在沉桩过程中，如能根据压桩力选择⑥强风化岩作为桩端持力层，一般也不易出现桩长差异较大和严重的接、截桩问题。此外，该场地周边环境较为简单，大面积压桩施工所产生的挤土效应对周边环境影响不大。

在A-8号楼主楼区域场地中，⑥强风化岩顶板标高-16.8 m～-23.1 m，埋深为24.9 m～31.2 m，埋深相对适中。根据上述地质条件，选用PHC桩，以⑥强风化岩作为桩端持力层，桩端进入持力层深度至少为1.0 m，则设计桩长为19.2 m～25.5 m。

3 单桩竖向极限承载力计算

单桩竖向极限承载力是单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。

3.1 土对桩的支承阻力[3]

当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系计算单桩竖向极限承载力时，宜按式(1)估算：

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp

(1)

其中，Quk为单桩竖向极限承载力标准值；Qsk为单桩总极限侧阻力标准值；Qpk为单桩总极限端阻力标准值；u为桩身周长；qsik为单桩第i层土的极限侧阻力标准值；li为桩周第i层土的厚度；qpk为单桩极限侧阻力标准值；Ap为桩端面积。

A-8号楼主楼选用的桩型为PHC 500 AB 125-12，设计桩长和各土层厚度均按平均值进行计算，则Quk=π×0.5×(60×3.0+80×3.2+70×7.85+90×3.2+130×1.0)+π×(0.52-0.252)×11 000/4=3 824 kN。

3.2 桩身受压承载力[4]

根据国家建筑标准设计图集10G409预应力混凝土管桩，不考虑管桩压屈影响，桩身轴心受压承载力应符合式(2)规定：

R≤ΨcfcA

(2)

其中，R为桩身轴心受压承载力设计值；Ψc为考虑沉桩工艺影响及混凝土残留预压应力影响而取的综合折减系数，统一取0.7；fc为混凝土轴心抗压强度设计值；A为桩身截面面积。

PHC桩fc=35.9 MPa，则桩身轴心受压承载力设计值R≤ΨcfcA=0.7×35.9×π×(5002-2502)/4=3 701 kN。

4 单桩竖向抗压静载试验

根据行业标准JGJ 94—2008建筑桩基技术规范，单桩竖向极限承载力标准值应符合下列规定:1)设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定；2)设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；其余均应通过单桩静载试验确定；3)设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定[3]。该工程地基基础设计等级为乙级，应根据单桩竖向抗压静载试验确定竖向抗压极限承载力。根据JGJ 106—2014建筑基桩检测技术规范[5]，施工现场选取了A-8号楼主楼的3根桩进行单桩竖向抗压静载试验，采用慢速维持荷载法，单桩最大试验荷载为5 100 kN，最大沉降量为20.94 mm，单桩竖向抗压静载试验结果见表2。

由此可见，该工程单桩竖向抗压极限承载力不小于5 100 kN，单桩竖向抗压静载试验结果比经验参数法的计算结果高出30%以上，差异较大。

表2 单桩竖向抗压静载试验结果

5 结语

根据上文所述可得出以下结论：

1)PHC桩适用于具有厚度较大的强风化或全风化岩层、坚硬粘性土层、密实砂土层等的场地。

2)PHC桩不是万能的，在使用过程中，应注意不宜采用PHC桩的地质条件。

3)确定单桩竖向抗压极限承载力，单桩竖向抗压静载试验比经验参数法更精确。

[1] DBJ 13—86—2007，先张法预应力混凝土管桩基础技术规程[S].

[2] 邓友生，孙宝俊，邬忠强.预应力混凝土管桩的应用研究及发展前景[J].建筑技术，2003，34(4):263-266.

[3] JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].

[4] 10G409，预应力混凝土管桩[S].

[5] JGJ 106—2014，建筑基桩检测技术规范[S].

On the application of pretensioned spun high strength concrete piles in construction engineering★

Yang Zhenzhong

(XiamenCityUniversity,Xiamen361008,China)

The scope of application and unsuitable geological conditions of pretensioned spun high strength concrete piles were analysed, and combining with a practical project, by the comparison between the calculation of ultimate vertical bearing capacity of a single pile and the results of vertical compressive static load test on a single pile, draw some significant conclusion.

PHC piles, ultimate bearing capacity, compressive static load test, geological conditions

1009-6825(2016)18-0058-02

2016-04-06

杨振仲(1980- )，男，硕士，讲师

TU473

A

★:2014年福建省中青年教师教育科研项目“预应力高强度混凝土管桩在建筑工程中的应用研究”(项目编号：JA14426)