引言：由于PHC预应力管桩具有桩身混凝土强度高、耐冲击性能好、穿透力强、地区适应性强、质量稳定可靠、耐久性好、施工工期短、单桩承载力高、监测方便、造价较低、施工现场简洁、无污染、无噪音、能保障文明施工、对环境影响小等多种优点，近几年来在广东地区的多高层建筑桩基工程中得到广泛应用。但PHC管桩也具有脆性破坏、水平承载力有限、抗拉强度低的特性。另外，PHC预应力管桩在设计过程中存在单桩承载力的确定比较困难、水平承载力达不到抗剪要求等问题。笔者根据近年来积累的管桩基础工程的设计经验，结合揭阳市区的具体情况谈谈PHC管桩设计中容易产生的问题，并提出了初步的解决办法。

 

　　一、概述

 

　　揭阳市区大部位于榕江南北河两侧，其地质条件可归纳为：顶部多为人工填土或耕作土，下部为第四纪榕江河口平原海陆交互相沉积层，该层特点为：上部为淤泥、粘土等软弱土层，下部则为中砂、粗砂等中硬土层，中间没有发育不良的地质情况。根据揭阳市区的地质特点，采用预应力PHC管桩基础是适宜的，采用的持力层为下部中砂、粗砂等中硬土层，桩型以端承摩擦桩和摩擦端承桩为主，极少有端承桩和摩擦桩出现。使用的PHC管桩桩长大部分为10m至30m之间，常用桩型及桩径为PHC-A型D400(95)、D500(100)。自2003年以来，随着预应力管桩的性价比越来越高，预应力管桩在揭阳地区发展迅猛，大量的工程均采用了预应力管桩基础，已有取代原大量使用的钻孔灌注桩基础的势头出现，但由此也带来了一些问题。

 

　　二、预应力PHC管桩设计中容易出现的问题

 

　　1、单桩承载力计算难以精确确定，与静载试验结果有较大出入。

 

　　按国家规范，单桩承载力宜由静载试验确定。但由于揭阳市区的工程多以小型多层建筑为主，出于时间关系和经济方面的考虑，很少有建筑物在施工前先做静载试验来确定单桩承载力，设计人员在设计时，均以地质报告提供的参数采用经验参数法，即《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008(以下简称《桩基规范》)中的5.3.5式来计算单桩承载力。但地质资料中提供的设计参数离散性大，且为经验值，按此计算并不科学。从这几年的工程经验来看，这样计算出来的单桩承载力往往偏保守，造成管桩的用量较多，浪费比较严重。

 

　　解决办法：在场地条件允许的情况下，尽量要求业主采用静压法施工，目前静压桩机与锤击桩机的进退场费用已相差不大，经济上完全可行。由于可以通过桩机压力表取得桩的终压力值，在试桩时当发现终压力值已满足设计要求，但桩的纵向位移很小，且桩端持力层较厚、场地内地质情况变化不大的情况下，可尝试加大终压力值进行即时复压，然后根据最终终压力值反过来确定单桩承载力特征值。

 

　　《桩基规范》并未对根据终压力值来确定单桩承载力做出具体规定，在广东省标准《静压桩基础技术规程》(讨论稿)附录4中，给出了静压桩竖向极限承载力与终压力的经验关系，可供参考。

 

　　静压桩竖向极限承载力与终压力有以下关系：

 

　　当6m≤L≤8m时，Qu=β•Pze=(0.60~0.80)Pze；……(1)

 

　　8m15mL>23m时，Qu=β•Pze=(1.00~1.15)Pze；……(4)

 

　　式中：

 

　　L——静压桩的入土深度，即桩长；

 

　　Qu——入土部分的静压桩竖向极限承载力

 

　　β——静压桩竖向极限承载力与终压力的相关系数(部分文献将其称为土体恢复系数，是一个与时间有关的系数，当土层一般时可取小值，土层较好时可取大值)；

 

　　Pze——静压桩的终压力值。

 

　　以上公式适用于淤泥层厚度不大于L/3的端承摩擦桩或摩擦端承桩，不适用于摩擦桩和端承桩。

 

　　工程实例：某小区均为5层住宅楼，根据地质报告采用经验参数法计算出来的D400桩单桩承载力特征值为Ra=863KN，实取Ra=800KN，初定桩长28m，桩端持力层为厚约7m的中粗砂，采用静压法施工，终压力值按2Ra=1600KN控制。试桩时，桩尖进入持力层后，桩机加载至1600KN时，桩的纵向位移几乎为零且已有反弹现象出现，要求桩机复压3次，第一次加载至1800KN、第2次加载至2000KN、第3次加载至2200KN，每次稳压时间不少于5秒。复压后，桩的累计纵向位移只有约17mm，由此判断原设计单桩承载力偏小。若取第2次复压的终压力值Pze=2000KN计算，根据公式(4)，取β=1.0可得：Qu=β•Pze=1.0Pze=2000KN，安全系数取K=2，则根据《桩基规范》5.2.2式可算得单桩竖向承载力特征值为：

 

　　Ra=Qu/K=2000/2=1000KN。

 

　　现场将D400桩单桩承载力特征值调整为Ra=950KN，调整后，原设计中共有286根D500桩可以换成D400桩，整个场地的管桩施工完毕后所做的静载试验表明D400桩的单桩承载力完全能够满足设计要求，仅此一项就为业主节约投资约32万元。

 

　　当场地内地质情况变化较大或持力层厚度不够时，上述方法不适用。最终的解决办法还是要在工程实践中逐步积累本地区的经验，制定适合本地区实际的管桩标准图集，从而可以直接采用标准图集中的桩身额定承载力来作为设计时采用的单桩承载力。

 

　　2、设计时应考虑PHC管桩水平承载力较低的情况并采取相应构造措施。

 

　　PHC管桩的水平承载力远低于其竖向承载力，但PHC管桩的水平破坏通常不是桩身破坏，而是桩侧土体的变形破坏。根据揭阳市区的地质情况，承台下部土层多为粘土或淤泥质土，其地基土水平抗力系数的比例系数m值较小，通常可取2.5~3.0KN/m4，若取桩顶水平位移允许值χoa=10mm、桩的换算埋深αh=4.0，桩顶与承台的连接按铰接考虑，根据《桩基规范》5.7.2-2式计算可得出D400(95)管桩的单桩水平承载力特征值Rha只有大约25KN、D500(100)管桩的单桩水平承载力特征值Rha只有大约38KN，远小于其单桩竖向承载力。揭阳市区的多层建筑一般不设地下室，而揭阳又位于抗震设防烈度7度区，地震分组第1组，加速度值0.15g，所以当建筑物高度较大时(8层及以上建筑物高度一般可达到28m以上)，此时建筑物底部剪力较大，若设计时不考虑建筑物及地质的实际情况，一味套用预应力管桩标准图集中的桩顶构造，而不采取相应的加强措施，管桩的水平承载力就有可能达不到抗剪要求，容易造成工程隐患。

 

　　解决方法：、在桩顶一定深度范围内，配置纵向钢筋笼并灌注混凝土，以提高桩身上部的刚度，减少桩顶水平位移，从而避免水平破坏。

 

　　笔者在进行某总高28.9m的8层住宅楼的设计时，鉴于PHC管桩持力层上部淤泥层厚度达17m，且淤泥层刚好位于承台下。为稳妥起见，采取的具体构造措施为：对D400管桩，在桩顶3.0m范围内，配置4根直径20(D500为直径22)、长均为4.0m的二级钢筋，这4根钢筋伸出桩顶1.0m作为伸入承台锚固用，然后灌注C35细石混凝土，这样就在管桩上部3.0m的范围内形成一段“实心桩”。其次，在采用多桩承台的情况下，仍然在该建筑的纵横向设置了联系梁。

 

　　三、结语

 

　　随着预应力高强管桩的应用越来越广泛，管桩设计中出现的一些问题应引起设计人员的足够重视，在《桩基规范》中大量参数仍为经验值的情况下，应注意对本地区管桩的设计、施工经验进行积累，总结模索出适合本地区的经验值，而不应拘泥于规范中规定的数值。从而达到在保证建筑物质量、安全的同时也实现最大的经济、社会效益。

 

　　参考文献：

 

　　[1]、《桩基工程手册》(桩和桩基础手册)，史佩栋主编，人民交通出版社，2008

 

　　[2]、《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，中国建筑工业出版社，2008

 

　　[3]、《静压桩基础技术规程》(讨论稿)，广东，2001