浅析高强预应力管桩设计要点与施工偏差处理

叩立刚

摘 要：在桩基工程中，合理选择桩基础形式，保证安全，节约投资、降低造价。本文就以下几方面对高强预应力管桩基础设计时值得注意的问题进行探讨；高强预应力管桩施工时的垂直度偏差为重要控制指标，需严格控制。

关键词：高强预应力管桩；高层建筑基础；施工偏差处理

1 引言

随着经济发展，各类高层建筑拔地而起，基础部分往往在整个建筑物投资中占据了很大的比例，高层建筑往往采用高强预应力管桩基础，如何选择合理的桩基础形式，对于保证安全，节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。笔者就以下几方面对高强预应力管桩基础设计值得注意的问题与施工偏差处理进行探讨。

2 管桩的应用范围

高强预应力混凝土管桩主要适用于人工填土、软土、粘性土、粉土、粉砂、细砂、中砂为覆盖层的地区；持力层一般选为粗砂、砾砂、圆砾、风化岩。另外预应力混凝土管桩在一些特殊的地质条件下应用时，曾出现过不少断桩、裂缝、桩身倾斜等质量事故。通过对这些质量事故的原因分析，列出了以下四种不宜应用管桩的地质条件：（1）含有较多孤石和障碍物的地层；（2）有不适宜作持力层且管桩又难以贯穿的坚硬夹层；（3）基岩上无适合作管桩持力层的石灰岩地区；（4）从松软地层突变到特别坚硬的地层。

3 管桩基础设计应注意的问题

3.1 工程勘察问题

勘察是设计的前提。不严谨勘察必然会导致错误的设计。工程勘察存在以下问题：

①勘察点过少。就是一些小型工程，勘察点也不宜少于五个。有些建设单位为省勘察费用而减少必要的勘察点，结果导致打桩施工时的更大浪费甚至失败。

②标贯试验次数少。管桩工程要求地质勘察报告中多提供有用的N值，所谓有用的N值，主要是遇到砂夹层、下卧软弱层、残积层及强风化岩层时多做一些标贯试验，残积层最好每2m、强风化岩层最好每1m测一次N值，有利于配桩和打桩收锤。有些勘察单位往往在持力层上面的软土层中做了许多标贯试验，而在硬夹层和强风化岩层中一个也不做，这样会给设计和施工带来许多困难，甚至会引起工程质量中故。

③提供的岩土力学指标不符合实际。目前有些勘察人员对建工方面的岩土标准不熟，加之现行规范对管桩基础没有专门的规定，给出的设计参数比实际偏小许多，不利于管桩的推广应用。

3.2 单桩承载力问题

①管桩的竖向承载力按现行规范公式计算普遍偏低 。管桩穿越土层的能力比预预制方桩强得多，管桩桩尖进入风化岩层后，经过剧烈的挤压，桩尖附近的强风化岩层已不是原来的状态，岩体承载力几乎达到中风化岩体的原状水平。

②桩间距大小影响管桩的承载力。规定桩的最小中心距是为了减少桩周应力重迭，也是为了减少打桩对邻桩的影响。《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）规定饱和黏性土，挤土预桩排数不少于三排且桩数不少于9根的摩擦型桩基，桩的最小中心距为4.5d，其他情况最小中心距为4d（根据土质区分）。目前，大面积的管桩群，在高层建筑的塔楼基础中被广泛应用，有的一个大承台含有管桩200余根。如果此时桩间距仍为4.0d，打桩引起的土体上涌现象很明显，有时甚至可以将施工场地地面抬高1米左右，这样不仅影响桩的承载力，还可以将薄弱的管桩接头拉脱。因此高层建筑主楼的管桩基础，最小桩间距为4.5d，有条件时采用5d，这样挤土影响可大大减少，对保证管桩的设计承载力很有帮助。

③有无送桩器测出的贯入度不一样。因为送桩器与桩头的连接不是刚性的，锤击能量在这里的传递不顺畅，所以，同一大小的冲击能量，直接作用在桩头上，测出的贯入度大一些，装上送桩器施打，测出的贯入度小一些。为要达到设计承载力，使用送桩器时的收锤贯入度应比不用送桩器的收锤贯入度要严些。

④如何确定收锤标准？一般的规范都提出“宜通过试打桩确定”。通过试打桩可以了解管桩的可打性，验证选锤的合理程度，提出较适合实际的收锤标准。整个场地几根试打桩完成后，经过综合分析，可提出整个场区的统一收锤标准，也可根据不同情况，分别提出不同的收锤标准。全部工程桩打完后，再选一些试打桩作静载试验，进行动静对比。这样做，一般不会出什么问题。

4 关于桩偏差的控制和处理：

樁基施工中对桩的偏差必须严格控制，特别是对于承台桩及条形桩，桩位的偏差都将产生很大的附加内力，而使基础设计处于不安全状态。对于桩位偏差我们主要控制两个方面，其一是竖向偏差，一般规定控制桩顶标高的允许偏差为-50～+100mm，但实际施工中偏差这么大将引起繁重的施工任务及损失。当桩顶标高高于设计标高，则需要破桩，特别对于预应力管桩等空心桩来说，桩顶有桩帽破桩既困难又不经济；而当桩顶标高低于设计标高时，又需要补桩头，这既影响工期又浪费金钱。这就要求施工单位在施工过程中必须严格控制桩顶标高，尽可能地使工程桩标高同设计一致，特别是施工过程中必须考虑到桩在卸载后的回降量，否则不加考虑则每根桩都将高于设计标高。而我们设计人员在设计过程中对施工误差亦应有所考虑，笔者建议针对目前的施工质量，设计中可以考虑 2mm 左右的偏差容许，这样就可以免除大量小偏差桩的劈桩，这在实践工程中具有相当的可操作性，避免了大量不必要的工作。其二则是桩位的水平偏差。根据 JGJ94-2008 第 7.4.5条控制各桩位偏差， 施工过程中发现桩位偏差较大则应及时补桩处理。这里针对 4～16 根承台的桩基，JGJ94-2008 规范第 7.4.5 条中规定允许偏差为 1/3 桩径或 1/3 边长，而根《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002 第 5.1.3 条则规定允许偏差为 1/2 桩径或边长。这显然是矛盾的，在实际过程中很容易与施工验收方产生不同的理解，因此笔者强调在设计过程中可以明确桩位偏差允许值所执行的标准。对于小直径（D≤250）笔者强调必须对其偏位进行严格控制而不应按上述规范标准，笔者建议对承台桩可控制 70mm；而对于条形承台则区分垂直于条形承台方向 50mm，平行于承台方向为 70mm，当然这些要求必须在施工前予于明确。当然桩位偏差满足规范或设计要求仅仅代表桩基本身验收合格，而对于由此引起的承台整体偏心或基础高度损失，我们必须另行处理。对于桩偏心我们可以采取增加承台刚度或加大拉梁刚度、配筋来解决，这在实际工程中需针对具体情况相应处理。

5 结束语

高强预应力管桩的设计过程复杂， 设计人员一定要详细考虑， 统筹兼顾，从各方面使之合理化。不仅要保证建筑物安全，也要使设计经济合理。

参考文献：

[1] 王离.预应力管桩基础设计中应注意的问题.混凝土与水泥制品，2012（10）.

[2] 林渝榕. PHC管桩基础设计与施工中若干问题的探讨.福建建筑，2006（4）.

[3] 胡煜.预应力管桩施工中应注意的几个问题.深圳土木与建筑，2005（19）.