1概述

 

　　我国自上世纪80年代初开始引进、研制和生产预应力混凝土管桩。相较其它桩型，预应力混凝土管桩的优势在于其单桩承载力高，成桩质量可靠，施工速度快，沉桩监测直观，功效高，工期短，造价相对其它桩型便宜10％～5％。同时，管桩还有设计选用范围广，规格灵活多样，对桩端持力层起伏变化大的地质条件适应性强，成桩长度不受施工机械限制及施工文明、现场整洁等特点，所以其在工程设计中的应用广泛。

 

　　2工程概况

 

　　项目位于天津市空港经济区环河西路、西四道及保税路所围地块。拟建场地地貌单元属华北平原东部滨海平原地貌，属海相与陆相交互沉积地层。场地内勘探孔深度30m，在场地埋深范围内，地基按地层形成时代，成因类型及工程地质特征划分为5个工程地质层，按岩性组合及岩土力学性质划分为9个工程地质亚层，分别如下：①2素填土；④1粘土；⑥1淤泥质粘土；⑥2粉质粘土；⑥3粉质粘土；⑧1粉质粘土；⑨1粉土；⑨2粉质粘土；⑨3粉砂。土层中淤泥质土层最厚处约4.0m，易产生不均匀沉降。而本工程主厂房上部荷载较重，地面使用荷载为50kN/m2。业主对地基沉降要求严格，不均匀沉降差不得大于13mm。同时，本工程施工周期短，工期紧张。综合比较后，设计中采用预应力混凝土管桩。设计中最初方案为普通预应力混凝土管桩，即PC型桩。项目进行过程中，考虑到基桩供货情况及工期，按业主要求更改为高强预应力混凝土管桩，即PHC型。桩端持力层为⑨1层粉质粘土层，桩端标高-16.5m左右，桩长约20米。桩径根据位置的不同有所区分，柱下桩径为500mm，地坪桩径为400mm。

 

　　3单桩极限承载力的确定

 

　　《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2010）规定，单桩极限承载力可通过单桩竖向静载荷试验确定，且采用单桩荷载试验确定承载力是最科学安全的方法。但是按照规范要求在同一条件下的试桩数量不宜少于总桩数的1％，且不应少于3根。本工程基桩数量大，如按要求选取实验桩，不仅不经济，而且作业周期也不能满足工程建设要求。如在场地周边做破坏性试桩，虽然可以较准确的测量出单桩竖向极限承载力，但是试验所需周期较长，且由于场地较大，而试桩数量和位置有较大的局限性。经综合比较及结合本区域以往项目经验，单桩承载力采用《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）公式（5·3·5）进行计算确定：（5·3·5）

 

　　式中：--桩侧第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)；

 

　　--极限端阻力标准值(kPa)；--桩侧第i层土层厚度(m)；

 

　　--桩周长(m)；--桩身的横截面面积(m2)；

 

　　根据本工程《岩土工程勘察报告》，勘探深度范围内各土层桩基有关设计参数如下表：

 

　　桩基设计参数表表1

 

　　按照规范公式及地勘报告提供的设计参数并结合所选桩长及桩径，对厂房区域内勘探孔进行逐个计算，桩径500mm的单桩竖向极限承载力标准值Qukmax=1710kN，Qukmin=1573kN；桩径400mm的单桩竖向极限承载力标准值为Qukmax=1449kN，Qukmin=1339kN。考虑到一般在基桩施工完成后，桩侧土体会有一定的回裹里，其单桩承载力会有所提高，而如果按照计算的最小值选用偏于保守，因此在实际的设计中取其平均值。由此，桩径500mm的单桩竖向承载力标准值Quk=1650kN，桩径400mm的单桩极限承载力标准值Quk=1390kN。根据桩基规范要求，单桩竖向承载力特征值为R=Quk/K（K为安全系数，取K=2）。

 

　　在大范围施工前，根据地勘报告提供的信息，在地质条件复杂或土层有较大起伏位置选取工程桩作为试打桩，以了解沉桩机具是否合理，并确定终压标准。同时通过压桩力侧面反应单桩承载力是否合理，适时调整。

 

　　4管桩在设计中应注意的事项

 

　　4.1桩顶设计标高应低于施工现场地面标高不小于250mm。管桩施工时采用的液压桩机自重及配重都相当大。如THI550型步履式液压静力压桩机自重达2200kN，配重最高可达1800kN，总重最高可达4000kN。桩机直接在场地上移动，现场地面下陷十分明显。若桩顶设计标高与场地地面持平或略低于场地地面，施工中因场地土下陷，将造成桩头外露，桩机移动将受影响，甚至破坏桩头，造成施工麻烦。

 

　　4.2对于多节桩，上下节桩的长短应考虑接桩时桩端所处的土层进行组合。接桩时若桩尖停留在硬土层内，当接桩过程延续时间过长，则沉桩阻力增加，使桩无法沉到设计深度。当接桩时桩端处在较厚的软弱土层时，接桩完成后桩由软土层而进入硬土层时，桩端阻力明显增大。而且由于软弱土层桩段约束较小，新接桩接近侧向无约束状态，这时在上部压桩力和桩尖阻力作用下，两桩中间受压，打桩控制一旦出现偏差，很容易把桩打断。所以在设计过程中，应根据地勘报告提供信息，选择合理的桩长组合，避免在砂质粉土、砂土等硬土层或淤泥质粘土等软弱土层中焊接。

 

　　4.3填芯混凝土的长度要求。根据国标及天津市地标要求，填芯混凝土应采用与承台或基础梁同强度等级混凝土，并宜与承台或基础梁一起浇注。考虑到实际施工过程中承台或基础梁的浇注常滞后于填芯混凝土及混凝土本身的收缩问题，因此设计中采用比承台或基础梁提高一级的微膨胀混凝土作为填芯混凝土。在填芯混凝土的深度上，国标和天津市地标中存在差别，设计中应特别注意。国标中规定填芯混凝土的高度H不小于3D，且不小于1.5m。而天津市基桩标准图集中规定，对于抗压桩，当采用端头板焊筋与承台锚固且无需考虑水平力作用时：对于非截桩基桩，桩顶填芯混凝土的高度不得小于（3~5）D且不得小于2.0m；对于截桩基桩，其桩顶填芯混凝土的高度不得小于（6~8）D且不得小于3.5m。而对于承受水平力的抗弯管桩，桩顶填芯混凝土的高度不得小于（8~10）D且不得小于4.5m。

 

　　4.4基坑周边桩顶标高应根据基坑深度有所调整。本工程中车间内有一地下工艺循环水池，池深4.5m。在水池基底标高以上土多为软弱土，其孔隙比大，压缩性高，抗剪强度低，竖向、水平方向的挤压均容易产生变形。预应力混凝土管桩为挤土桩型，施工速度比较快，由此造成施工区域内的挤土效应。管桩自身抗压强度较高，但抗弯强度较低，不同土层间水平力的作用容易引起桩身断裂。因此，土方开挖对软弱土地区管桩的安全性有着极大的影响。考虑到水池基坑大面积开挖对周边柱下基桩的影响，即开挖土层产生侧向土压力对正常的基桩产生水平推力而导致基桩破坏，产生安全隐患，设计中对周边承台桩顶标高按照一定坡度阶梯状提升，而非一步到位，以保证基桩的安全。

 

　　5基桩防腐处理

 

　　在国标及天津市地标的基桩设计总说明中均有规定：“本图集管桩(外径300mm除外)按二b环境类别进行耐久性设计。当基础的环境地质条件对管桩有中度及以上腐蚀性时，应根据使用条件按有关规范采取有效的防腐蚀措施”，《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-2008）中规定，预应力混凝土管桩不适用于，及pH值为强腐蚀等级的环境，仅适用于中、弱腐蚀性环境。可见选择预应力混凝土管桩对于使用环境的腐蚀性要求严格。

 

　　本工程中地勘报告提供的地下水腐蚀性评价如下：在干湿交替及无干湿交替条件下，地下水均对混凝土具弱腐蚀性，其腐蚀介质为。地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具中腐蚀性，其腐蚀介质均为；在长期浸水条件下，地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性；在干湿交替情况下，地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具中腐蚀性，其腐蚀介质均为。

 

　　按照最新的天津管桩标准图集津10G306，管桩的保护层厚度为40mm，对于直径400的管桩，其壁厚已由02图集中的80mm增加为95mm。而本次采用的PHC桩，桩身混凝土强度为C80，桩身混凝土抗渗等级S10，桩尖为闭口桩，这些都使基桩本身的防腐能力能够满足中等腐蚀的要求。同时在基桩设计说明中，我们一般都规定所采用须采用抗硫酸盐、硅酸盐水泥，碱含量<0.6%及接桩处外露钢板须用防腐沥青满涂两遍等措施来进一步保证防腐效果，这些措施也能满足《工业建筑防腐蚀规范》中的相关要求。

 

　　6结语

 

　　预应力混凝土管桩作为一种新桩型，具有良好的经济效益和工程应用前景，是值得推广的一种桩型。随着工程应用越来越多，肯定会有更多的工程问题出现，有待我们进一步去对工程经验进行归纳总结，进一步的完善和探索，使该桩型能更好的应用于各类不同的工程中。

 

　　参考文献：

 

　　[1]谭宁平.南京河西地区预应力混凝土管桩设计若干问题的探讨.建筑技术开发[J].

 

　　2012(6)27~29.

 

　　[2]预应力混凝土管桩技术规程(DB29-110-2010)，北京：中国建筑工业出版社，2004

 

　　[3]建筑地基基础设计规范(GB50007-2010).北京：中国建筑工业出版社.2002

 

　　[4]天津市工程建设标准设计《先张法预应力离心混凝土管桩》(津10G306).天津：天津市标准建筑办公室.2010.12.

 

　　[5]建筑基桩检测技术规范(JGJ1062003).北京：中国建筑工业出版社.2003