预应力混凝土管桩与钻孔灌注桩的工程特性对比研究

欧阳伟波 城地建设集团有限公司

1 前言

为确保工程的高质量建设，有效发挥作用，采用符合实际情况的施工方案。具体在桩基工程建设过程中，预应力混凝土管桩与钻孔灌注桩较为常见，不同桩施工技术具有不同特点，本文对预应力混凝土管桩与钻孔灌注桩的工程特性进行对比分析，相关内容如下。

2 预应力混凝土管桩PHC技术及其应用

2.1 技术概况

预应力混凝土管桩PHC技术是指结合PHC管桩的应用，即结合混凝土材料制备成PHC管桩，该管桩的制备过程中通常应用离心工艺来实现。由于混凝土在实际的制备过程中会受到环境以及养护措施的影响，因而在对PHC管桩进行制备的过程中，需要满足蒸汽养护的条件，将环境控制在10个大气压、1800℃的范围之内，而在这个条件下对管桩进行制备，能够使其最终形成混凝土预制构件，这种预制构件通常呈空心圆筒型。而根据混凝土原料、壁厚的不同将管桩分为预应力混凝土管桩、预应力高强混凝土管桩、薄管管桩等；而根据施工工艺，又可以分为先张法和后张法预应力管桩。

预应力管桩在实际施工过程中，常见的施工方法主要有静压法与锤击法，均属于沉桩工艺，一般主要结合地质条件的实际情况进行施工方法的选择。

2.2 工程案例

某桩基工程项目，总占地面积48860.80m2，总建筑面积118957.49m2，主要有综合楼、1#车间、2#车间、3#车间、110降压站、地下水池及泵房、门卫室等组成。建筑高度22.82m，建筑面积3151.32m2，地下室水池及泵房周长233m，建筑面积2905.7m2，埋地油罐4.9m，消防水池开挖深度6.4m，泵房7.2m，吸水沟7.8m。基础形式为桩承台基础，主体结构为框架结构，局部框剪结构，抗震等级为一级和二级。

2.2.1 地质条件

勘察资料揭露场地地面下65.50m以内的地层，按其沉积环境、成因类型以及土的工程特性，自上而下可分为8个工程地质层及6个亚层。具体如表1所示。

综上，考虑项目地质较差，桩基拟采用预应力管桩，工程抗压桩为摩擦桩。

2.2.2 预应力管桩施工及其质量控制

项目桩基设计为预应力管桩PHC-600（130）AB-C80，桩长为42m～47m，入土深度为45m～50m，桩较密，场地东侧为已建厂房，该厂房距离现施工桩最近距离为5m，且为浅基础，厂房跨度大，设备多，对变形比较敏感，减少桩基施工对东侧厂房的影响成为该桩基施工的重点和难点。

施工过程中，东侧设置应力释放孔+轻型井点降水井减压的方式减少静压桩所产生的应力，采用Φ400的桩孔，桩孔深为30m，间距1m，布置2排呈梅花型布置，排距1m，轻型井点沿东侧应力释放孔外侧每40m布置一套，根据监测情况，轻型井点按需降压。为了确保施工质量，科学合理的安排施工顺序，如采用入土深度先长后短、先高后低的施工方式，与此同时，确保打桩速率的科学合理。施工过程中，严格按照施工图纸要求，确保预应力管桩安装位置的准确，加强测量放线工作的管控，以测量3次取平均值为准。统筹规划，避免施工交叉影响、施工次序混乱的现象发生。

表1地基土承载力特征值表（部分）

3 钻孔灌注桩技术及其应用

3.1 技术概况

钻孔灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤压或人工开挖等方式在地基土中形成孔洞，放置钢筋芯，并灌注混凝土，达到加固桩基的效果。具体施工阶段，要对施工现场的桩孔位置进行设计，确保桩孔位置的设计合理，只有在钻孔大小和尺寸符合工程设计标准的情况下，才能进行下一阶段的灌注工作。

3.2 工程案例

以某主题乐园工程项目为例，建筑面积200000m2，共计18个单体。其桩基工程为灌注桩工程，桩径为600mm/700mm灌注桩，总计85759.62m3，桩长约45m、67m和69m。结合实际施工情况，由于桩长较长且土质不好，导致桩的垂直度控制较困难，而这种情况也会导致出现孔斜的现象，给钻孔作业增加不必要的负担。对此，采取措施如下。

（1）枕木在钻孔灌注桩的施工中发挥着重要的作用。为了减少桩基出现的问题，可以通过增加枕木的数量来提高钻塔的稳定性。作为桩基作业的基础性工程，钻塔的稳定性对钻机的加固和稳定具有重要的作用。

（2）在一般的桩孔施工过程中，钻头是否带有导正性能也会对桩孔是否发生倾斜产生一定的影响。为了尽量减少孔斜现象的发生，在桩基钻孔的过程中注意选择具有导正性能的钻头来进行施工作业。现阶段解决这种问题的方案是采用导正性能较好的笼式双腰带钻头，在应用这种钻头时，保证导正器腰带与钻头腰带之间的间距控制在3m，还要注意保证钻头的翼板能够在作业的过程中均匀受力。

（3）钻杆的接管应采用高强度的法兰和带锯齿的法兰，并有良好的导正性，钻杆连接后，钻杆支柱应垂直保持。

（4）全孔减压状态下钻进，钻杆柱悬挂起来，以保证钻机在施加钻压时的垂直钻进。

（5）如果在接触面的孔段遇到地层变化，应放慢进尺速度，在钻杆穿过接触面到下一个地层后，拉起钻杆重复钻进，以避免接触面不平整造成孔的倾斜。

通过采取可靠的措施，有效地解决了孔斜的问题，保证了施工质量，也确保了工期。

4 预应力混凝土管桩和钻孔灌注桩工程特性对比

根据上述工程桩基方案的落地，围绕在不同工况下桩基施工技术的应用优势，归纳如下。

4.1 工程地质适应条件比较

受限施工方式，预应力混凝土管桩通常会采用静压和锤击施工，这就对地质条件要求相对较高，故大多情况下适应于普通地质结构，即一般适应于软土、黏土、砂土、风化基岩地质，方能够呈现出良好的应用效果。但如果在实际施工过程中遇到地层内部存在难以消除的障碍物、大块孤石时，这种技术的应用效果不理想。

相对于复杂的地质环境，选用钻孔灌注桩施工技术可有效避免对地质结构造成影响。

（1）当地基施工过程中存在厚土层、暗流、深坑等自然地质情况时，不能将基层用作持力层，在地基的实际施工场地出现可液化土层时，为了确保桩基施工阶段的稳定、可靠，可以结合钻孔灌注桩技术的应用。当山区工程的施工，存在坡地覆土层薄厚不一，梯度较大时，也可以结合钻孔灌注桩技术的应用。

（2）针对仓库、港口等大面积的建筑工程，地层若存在软土地基形式，容易受到不均匀沉降的影响，产生地面的凹陷等问题，此时可应用钻孔灌注桩技术解决有关问题。

（3）对某些具有特殊要求的建筑，可以结合钻孔灌注桩技术的应用，如对地基沉降具有严格要求的厂房、一些承受动力载荷的设备基础等。

4.2 两种桩结构的优、缺点比较

4.2.1 PHC管桩的技术优点和缺点

PHC管桩是结合生产工艺制备而成的桩体，生产阶段，通过严格的技术标准要求，确保质量。故管桩本身在工程项目的施工过程中就需要满足较高的可靠性要求，因而在桩基的施工速度、施工质量等方面具有较大的优势。与此同时，PHC管桩与其他材质的管桩最大的区别就是其应用的PHC材料能够满足不同的设计要求、较高的施工效率还能够减少施工的周期，并且能够最大限度地控制和减少材料成本的消耗。

而从缺点来看，PHC管桩在实际的施工过程中由于制作的工艺比较复杂，因而需要消耗一定的资金来实现PHC材料的制作。而在具体的PHC管桩施工过程中，无论是锤击法还是静压法都会因噪声污染或施工设备搬运困难而给实际的施工作业造成影响。除此之外，挤土效应以及送桩深度等都会对PHC管桩的施工作业造成一定的影响，因而这种管桩仍具有一定的限制条件。

4.2.2 钻孔灌注桩的技术优点和缺点

（1）承载力高，施工建设过程中桩的布置间距较大，适宜大面积建筑施工；（2）适应性良好，钻孔灌注桩的应用中可以穿越复杂的地层环境，桩的端部可有效嵌入地层中，包括嵌入基岩中，随时观察地层情况进而利于及时解决施工中的问题；（3）施工设备简单，钻孔灌注桩在实际应用过程中需要结合太过复杂的设备，施工阶段无噪音现象，也无浓烟排放，这对环境的影响小，对周围建筑、路面等也不会产生危害，可以保障较高的施工效率；（4）具有经济优势，成本投入相对预制桩而言，可以节约20%的成本，另外，灌注桩的配筋率相对较低，有利于减少成本投入；（5）抗震性良好，钻孔灌注桩既能够竖向载荷，也能够承受横向载荷，因此，实际应用中不仅能够起到支护桩的作用，还能够为工程项目的地下室等工程的施工提供一定的便利条件。

从灌注桩的不足来看，由于在实际的施工过程中会存在许多不确定的现场因素，因而影响灌注桩质量的因素也比较多，无论是缩径、断桩还是桩身局部夹泥、桩身混凝土离析等情况和事故的发生，都会对灌注桩的质量造成一定的影响，而像桩底沉渣问题由于难以控制而成为灌注桩在施工过程中的难点问题。

4.3 两种桩结构的承载特性比较

预应力管桩在实际的沉桩过程中容易出现的土塞现象也会对桩基的质量和稳定性产生一定的影响。基于外界载荷的综合作用下，会产生桩土的差异性沉降，促使管桩的摩擦阻力得到提升。管桩在沉桩过程中出现的土塞现象会受到荷载力大小的影响而呈现出不同的现象，当荷载力较小时，土塞现象不会对管桩的质量产生较大的影响，当土塞底部受到较大的反力作用时，土塞和管桩之间会因出现差异沉降而影响桩基的质量。而在这个过程中，判断荷载力大小的主要标准就是土塞对管桩内壁产生的摩擦阻力。

钻孔灌注桩成桩工艺中，结合钻孔机械设备的应用，在土中钻成桩孔，而后在孔内放入筋骨架，再注入混凝土材料，混凝土材料凝固后成桩，可以有效提升土地结构的承载力、稳定性，沉降量也相对较小。同样，钻孔灌注桩一般直径较大，除了可以承载巨大的垂直负荷，还也承受巨大的水平负荷。

4.4 承载力增长机制比较

预应力管桩与灌注桩施工后，承载力均会得到提高，针对预应力管桩分析可知，承载力升高的主要原因为土的固化，凝结。从施工特点来看，施工阶段水的压力消散，桩侧会发生固结，随之土的有效应力、密实度会增大。钻孔灌注桩的施工应用后，在孔内放入筋骨架，再注入混凝土材料，混凝土材料凝固成桩，基于桩体本身的强度，进而提升工程结构的承载力。施工过程中，并不会引起超孔隙水压力，与此同时，在经过预应力管桩以及灌注桩的施工后，土层也不会受到太大的影响，这样就能够将地基的承载力提高幅度控制在合理的范围之内，而桩孔灌注桩的承载力在发生触变影响之后还能够恢复原状。

5 比较结果分析

结合预应力PHC管桩施工方案，具有单桩承载力高、适用范围广、施工速度快的优势，在经济价格上也具有优势。结合灌注桩施工工艺，具有适应性良好，承载力高等特点。

基于此，根据对比结果的分析可知，在实际应用这两种方法时，要根据不同工程项目对桩基的施工要求来选择合适的方法，在综合分析后，再分析不同施工技术的适用性，合理选择桩基的施工工艺。

6 结束语

综上所述，桩基施工对保证建筑工程项目的建设质量、工程的稳定性、安全性具有重要影响。结合实际工况条件，可以采用灵活采用预应力混凝土管桩与钻孔灌注桩两种方案，不同结构桩基的特点不同，但均能满足设计要求。