1. 概述

 

　　预应力混凝土管桩是从上世纪80年代末在我国开始应用较多的一种预制桩型。由于该桩型具有工艺简单、质量可靠、施工速度快、造价较低、检测方便等优点，因而在工程中得到了相当广泛的应用。因管桩桩端截面形式的不同而分为敞口管桩与闭口管桩．敞口管桩的受力机理不同于其他预制桩，存在土塞效应，即敞口管桩在沉桩过程中，桩端土一部分进入管内形成土塞，预应力混凝土管桩的土塞效应仍有待深入研究。预应力混凝土管桩在沉桩的过程中，桩端的一部分土将被挤入管内，形成“土塞”或“土芯”，伴随着沉桩的深入，管桩内的“土芯”将会发生压缩，同时管桩内壁将产生摩阻力，所以，预应力混凝土管桩的竖向承载力实际上是由三部分组成的，即桩外侧阻力、桩管内侧阻力、环底端阻力。同时，在压桩的过程中，由于桩端土体的挤压，使得持力层的承载力进一步提高。若按原状土设计的参数进行计算，则得到的结果往往会偏低。因此，对“土塞”的研究，对于确定预应力混凝土管桩承载力的大小具有十分重要的意义。

 

　　2.土塞的传递机理

 

　　由于土塞的存在，使管桩的传递机理远比闭口管桩的传递机理复杂，土塞的破坏模式取决于土塞的受力情况，F1：土塞的抗剪切强度，F2：土塞与管桩内壁的摩阻力，F3：桩端土塞处的承载力。在沉桩的过程中由于压入桩的速率较快，故可近似认为桩端土处在固结不排水状态，桩端土塞处的承载力几乎不随着桩贯入深度的增加而变化。

 

　　在砂性土中，渗透系数较大，桩内土塞处于固结排水状态，沉桩过程中，固结应力逐渐增大，土塞的抗剪切强度也随之增大。此外，由于沉桩过程中法向应力的增加，土塞与管桩内壁的摩阻力也随之增大。当F1＞F2＞F3时，管桩中的土芯完整，土塞呈闭塞状态；当F1＞F3＞F2时，管桩中的土芯完整，土塞呈滑动状态，即没达到闭塞状态。

 

　　在粘性土中，土的渗透系数较小，土的渗透性较差，桩内土塞处于不排水状态，沉桩过程中，固结应力逐渐增大，有效应力逐渐减少，当F2＞F3＞F1时，管桩中的土芯破坏，土塞未达到闭塞状态；当F3＞F2＞F1时，管桩中的土芯破坏，土塞达到闭塞状态；当F2＞F1＞F3时，管桩中的土芯完整，土塞没达到闭塞状态；；当F3＞F1＞F2时，管桩中的土芯完整，土塞达到闭塞状态。

 

　　土塞高度的变化反映了桩端土的极限承载力与管桩内摩阻力之间的平衡关系，，是研究管桩承载机理的一个重要方面。

 

　　PLR=；土塞率=土塞的高度/桩贯入土深度；PLR=0时，说明土塞不在进入管桩，土塞达到闭塞状态；PLR=1时，土塞处于完全非闭塞状态。

 

　　影响土塞高度的因素

 

　　（1）土质条件，粘性土中的土塞率一般高于砂性土；软黏土中的土塞率一般大于硬黏土；砂土越密实，土塞率越大。这一观测现象与通常认识有差异，产生差异的原因是管桩在砂性土沉桩过程中，在靠近桩端部分的土塞产生了拱效应，拱效应的产生导致了非常大的内摩阻力。

 

　　（2）桩的截面尺寸，桩径和壁厚的比值对土塞高度影响很大，桩径与壁厚的比值越大，土体越容易进入管桩内形成土塞，即土塞高度越高，土塞效应越弱；桩径与壁厚的比值越小，土塞高度越低，土塞效应越强。

 

　　3.工程实例

 

　　沈阳建筑大学研究生宿舍工程试验，持力层为中砂，现场桩采用静压预应力混凝土管桩，PHC-AB400（95），桩长7m。

 

　　土的物理力学指标

 

　　3.2 22.8

 

　　通过静载试验实测桩的极限承载力分别为≥2500KN，2700KN，2800KN，土塞的高度分别为

 

　　2.3m，2.3m，2.7m.

 

　　（1）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）计算公式：

 

　　u为桩身周长，和分别为极限端阻力标准值和桩侧极限侧阻力标准值，为空心桩端净面积，为空心桩敞口面积，桩端进入持力层深度。

 

　　（2）考虑内摩阻力的修正计算公式：

 

　　U为桩内壁周长，a为土塞效应修正系数，粘性土a=0.3，；粉土a=0.5；砂土a=0.6；

 

　　桩号 公式（1）计算值(KN) 公式（2）计算值(KN) 试验值（KN）

 

　　4.结论

 

　　在实际工程中，对比桩基规范及本文所给的修正方法，，本文的计算公式更加接近于实测值。同时规范在计算承载力时偏保守，在具体设计时可以适当放宽。本文没有建立土塞率与相关计算参数的联系，公式中的值选取和土的性质及桩截面尺寸有密切关系，对公式中a的取值有待于进一步改进。

 

　　参考文献

 

　　【1】《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）【s】.北京：中国建筑工业出版社.

 

　　【2】杜来斌PHC管桩土塞效应浅析【J】.工业建筑，2005，35（增刊）：590-594，612.