浅析静压式PHC管桩的沉桩机理及常见问题

梁竹林

云南省马龙县工程质量监督站

浅析静压式PHC管桩的沉桩机理及常见问题

梁竹林

云南省马龙县工程质量监督站

本文探讨预应力PHC管桩沉桩机理，阐述沉桩的终压力与极限承载力的关系，并对工程中常见的质量问题及处理方法进行分析。

管桩；沉桩机理；终压力与承载力；常见问题

1 前言

PHC管桩即混凝土预应力管桩，这种桩具有产品质量稳定可靠、标准化程度高、桩身混凝土强度高、贯入性好、运输吊装方便等特点。一般采用静压法施工，是通过静力压桩机以压桩机自重和机架上的配重反力而将管桩压入土中的沉桩工艺。这种方法具有低燥音、无振动、工艺简明直观、接桩灵活、穿透力强、施工速度快、检测方便等优点，这种桩型的整体质量明显好于其它传统桩型，质量问题明显减少。因其有较传统桩型无法比拟的优点，得到推广运用。对此有必要对预应力管桩的沉桩原理及常见问题进行分析讨论，利于有效控制预应力管桩的施工质量。

2 静压式预应力PHC管桩的沉桩机理

沉桩施工时，桩尖“刺入”土体中时，厚状土的初应力状态受到破坏，造成桩尖下土体的压缩变形，土体对桩尖产生相应应力，随着桩贯入压力的增大，当桩尖处土体所受压力超过其抗剪强度时，土体发生急剧变形而达到极限破坏，土体产生塑性流动或挤密侧移或下拖。在地表处，粘性土体会向上隆起，砂性土则会被拖带下沉；在地面深处由于上覆土层的压力，土体主要向桩周水平方向挤开，使贴近桩周处土体结构完全破坏。由于较大的幅射向压力的作用也使邻近桩周处土体受到较大的扰动影响，此时，桩身必然会受到土体的强大法向抗力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗；桩顶静压力大于沉桩时的这些抵抗阻力，桩将继续“刺入”下沉，反之则停止下沉。

3 终压力与极限承载力

在静压桩施工完成后，土体中孔隙水压力开始消散，土体发生固法强度逐渐恢复，上部桩桩穴区被充满，中部桩滑移区消失，下部桩挤压区压力减小，这时桩才开始获得了工程意义上的极限承载力。从大量的工程实践看，粘性土中长度较长的静压桩其最终的极限承载力比压桩施工时的终压力要大（见工程实例1)，在某些土体固结系数较高的软土地区，静压桩最后获得的单桩竖向极限承载力可比终压力值高出一倍多；但粘性土中的短桩，土体强度经一段时间的恢复，摩阻力虽有提高，但因桩身短，侧摩阻力占桩的极限承载力的比例差异不大，最终极限承载力达不到桩的终压力（见工程实例2）。因此桩的终压力与极限承载力是两个不同的概念，两者数值上不一定相等，主要与桩长、桩周土及桩端土的性质相关，但两者也有一定的联系，终压力的确定是静压预应力PHC管桩施工成败的关键（其基桩极限承载力值是否满足设计值要求），在施工时宜结合施工经验、桩长、地质情况及试桩情况综合分析确定。结合几个工程PHC桩的施工及检查情况，提出自己的想法，供同行参考。对设计承载力高的桩基工程，终压力值宜达到设计值的2倍以上，并视地层情况及布桩情况考虑复压；对于短桩，终压力宜控制在设计值的2倍以上，并考虑复压3次以上；对于中长桩，终压力宜控制在设计值的1.5-2倍；对于长桩，终压力宜控制在设计值1.0-1.5倍。

工程实例1马龙县法院审判法庭工程桩静载试验

桩号终压力(KN)桩长(mm)土体休止期(天)单桩竖向极限承载力设计值(KN)相应沉降量(mm)相应沉降量(mm)6#24#112#说明:1、由施工期紧，经业主、设计、监理、施工等部门同意在基桩休止期未达规范要求的情况下进行工程桩试验。2、基桩试验时土体休止期很短，从沉降Q-S曲线不难看出其单桩竖向极限承载力远大于极限承载力设计值。1 1 7 17.0 13.0 15.3试验最终施加载荷(KN)1050 1000 1026 1026 1026 8.52 14.73 9.0单桩竖向极限承载力值(KN)≥1026≥1026≥1026≥8.52≥14.73≥9.00

工程实例2马龙县工商局红盾家园小区B户型住宅工程桩载荷试验

桩号桩长(mm)土体休止期(天)终压力(KN)相应沉降量(mm)试验最终施加载荷(KN)相应沉降量(mm)23#10.0 41 815 912 51.13单桩竖向极限承载力值(KN)798 10.41单桩竖向极限承载力设计值(KN)1000注明：新回填土达4米

4 静压式PHC管桩施工过程中常见问题分析

4.1 PHC管桩自身存在问题

PHC管桩虽然质量稳定，但也会出现壁厚不均匀的情况；

PHC管桩虽然强度高，但易脆，桩身受外力作用易产生裂缝。因此PHC管桩运到工程场地后，宜进行外观质量检测，必要时可进行质量抽样检测。

对地质条件复杂，持力层起伏较大的工程场地，即使地质资料详细完整，也很难估计桩的实际长度，容易造成配桩超长或送桩过深的情况，超长需截桩，过深则需接桩，加大了工程成本。

4.2 终压力的确定

前面已提到终压力的确定宜根据施工经验、桩长、桩周土和桩端土的特性及设计要求综合确定，结合施工过程的实际情况进行合理调整。许多工程在施工时，由于终压力的确定不当，导致检测试验时单桩竖向承载力值不满足设计要求，见工程实例3。

工程实例3马龙县龙庭苑御苑住宅（3幢）载荷试验

桩号桩长(m m)土体休止期(天)终压力(KN)试验最终施加载荷(KN)相应沉降量(mm)相应沉降量(mm)单桩竖向极限承载力设计值(KN)23#28 1120 1311 11.40≥11.40 117#42 896 1226 53.11单桩竖向极限承载力值(KN)≥1311 1140 7.76 1300 216#11.00 14.00 16.0 41 784 1226 51.39 1140 6.77

4.3 桩靴的焊接质量

对于桩靴的焊接质量、要求与端板间无间隙、错位、保证焊缝饱满，无气孔。施焊对称进行，焊接时间控制要得当，焊接完成后自然冷却10分钟左右方可施打，因高温焊接遇水后易变脆，容易开裂。在实际施工中由于焊工的焊接技术参差不齐，导致焊接质量差异较大；值得特别提示的是，普遍存在为赶工期，焊接完成后未经自然冷却即继续施打。

4.4 桩顶（底）开裂

由于压桩机械的压力越来越大，最大可达6800KN。对于较硬土质，终压力己经很大，但桩长仍达不到设计桩长，在反反复复施压情况下，管桩桩身产生强烈应力，桩顶混凝土易开裂，乃至产生垂直裂缝。另一种情况，管桩由软弱层突然进入硬质持力层，没有经过过度层，桩机油压迅速升高，桩身受到瞬间冲击力容易引起桩顶开裂；如果硬持力层面不平整，桩端卡不进土层引起拆断破碎。

4.5 桩身上抬

由于静压桩是挤土桩，在场地桩数量较多，桩距较密的情况下，时常发生后压的桩对已压的桩产生挤压上抬，特别对于短桩，易形成所谓的吊脚桩。防治出现桩身上抬，要在施工前合理安排压桩顺序，同一建筑物一般要求先压场地中央的桩，后压周边的桩；先压持力层较深的桩，后压持力层较浅的桩。

4.6 基坑开挖

应根据开挖深度考虑是否需要先围护再沉桩的方案；边打桩边开挖是不可取的，先打桩后开挖应考虑对称均匀；如在中间开挖把土堆在四周就会造成四周和中心的土体高差悬殊，同时超孔隙水压及震动会使管桩倾斜或折断；开挖桩间土时要选择合适的机械以防止机械开挖过程中造成基桩浅部断裂；所以合理制定基坑开挖方案，是必不可少的。

5 结束语

综上所述可见，静压式PHC管桩的施工质量的保证与地质情况、桩数、桩距、桩长、终压力确定、施工顺序、基桩开挖进度等多方面有关，有待在更多的工程实践中不断分析研究，总结经验，有待加强对静压式PHC管桩在不同地质条件下的沉桩机理的击研究。对其耐久性和抗水平荷载的能力问题有待进一步研究探讨。

[1]JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].

[2]JGJ106-2014.建筑基桩检测技术规范[S].

[3]相关基桩检测报告.