近十多年来，预应力高强混凝土管桩在我国的生产与应用以惊人的速度迅速发展，生产管桩的企业10年内增加了近10倍。国家标准图集“预应力混凝土管桩”03SG409，适用范围为非抗震区和抗震设防烈度6度、7度的地区，若使用于抗震设防烈度8度的地区，则需另行验算。

 

　　1水平承载力的计算

 

　　1.由桩身强度确定的水平承载力

 

　　随着桩基工程应用的增多和普及，水平承载力深入研究，国内抗震宏观调查，除建于液化地基上的建筑，地基基础有较多失效报导外，地下室和桩的地震损坏远远小于上部结构。桩基水平承载力的验算应考虑承台、地下室外墙侧面土的抗力也已进入有关规范的条文。桩基设计，近年来一般只做桩的竖向静荷载试验和竖向承载力验算，不再做桩水平静荷载试验和桩水平承载验算，认为考虑承台、地下室外墙土的水平抗力后，桩的水平承载力已能满足抗震要求。管桩的水平承载力，一由桩身强度决定，即桩身的抗剪承载力和抗裂弯矩。二由管桩桩侧土的抗力决定的水平承载力，可由桩的水平静荷载试验确定或采用m法估算。一般后者的抗力小于前者。预应力管桩抗剪承载力设计值(Vcs)、抗裂弯矩标准值(Mk)与可用于8度地震区C型预制方桩的比较。

 

       计算结果分析可以得到如下结论：

 

　　(1)预应力高强混凝土管桩，在水平地震力作用下，桩身抗裂弯矩除Φ400×95A型桩外均高于可用于8度抗震的相近规格C类预制方桩。预应力高强混凝土管桩不出现裂缝，预制方桩允许出现裂缝，裂缝宽度Wmax≤0.2mm。

 

　　(2)预应力高强混凝土管桩，在水平地震力作用下，桩身抗剪承载力，中国规范无计算公式，参照日本规范的公式计算，按日本规范规定混凝土抗拉强度ft=5.39N/mm2计算，管桩的抗剪承载力除Φ400×95A型桩外高于或接近于可用于8度抗震的相近规格C类预制方桩。

 

　　(3)按桩身强度验算桩的水平承载力时，水平地震力应采用设计值，地震力的分项系数为1.30。桩身的抗剪承载力、抗弯承载力应除以承载力抗震调整系数rRE，抗剪时为0.85，抗弯时为0.75。

 

 

　　2.1由单桩水平静荷载试验确定单桩水平承载力。

 

　　2.2按电算程序估算管桩水平承载力。

 

　　无管桩计算程序，应将管桩截面折算后才能电算。可参考使用程序为：

 

　　(1)理正工具箱：桩水平承载力验算。

 

　　(2)PKPM的JCCAD：基桩横向承载力校核。

 

　　2.3按管桩桩侧土确定的水平承载力作抗震验算时，同竖向承载力抗震验算一样，水平地震力取标准值，管桩的水平承载力应乘1.25的提高系数。

 

　　当m=4时(相当于软塑、流塑状饱和黄土)；对于Φ400×95管桩，桩水平承载力特征值Qa约为104.6KN，桩身强度控制的竖向承载力特征值Ra约为1500KN，1.25Qa/Ra=8.72%；对于Φ500×125管桩，Qa约为164.6KN，Ra约为2500KN，1.25Qa/Ra=8.23%。相当于地震剪力和建筑物总重之比不超过该值时，可不作抗震验算。

 

　　以某八度抗震区工程实例为例。该工程经方案比较，并且进行计算比选，桩选用A型预应力高强混凝土管桩（PHC），桩外径￠500，壁厚100，混凝土强度等级C80，即选用国家标准设计图集03SG409中PHC-A500（100）-H。设计的桩尖持力层选在第（5）（6）（7）层强风化粉砂岩、中风化粉砂、微风化石灰岩层。桩进入持力层不小于0.5m，桩长约8至44m，并根据现场实际地形情况进行适当调整，桩长总体相差较大。初步计算单桩竖向承载力最大特征值为1200kN，桩顶进入承台50mm。考虑本工程的特殊地质条件，必须进行试桩才能确定合适的单桩竖向承载力最大特征值。

 

　　1.预应力混凝土管桩试桩

 

　　预应力混凝土管桩试桩共选取3根，在现场，由业主、监理、施工单位商量一致意见后，选定位于不同部位的3根桩进行试桩。从2007年3月17日上午开始，对选定的3根桩按计算单桩竖向承载力最大特征值1200kN分级静压进行试桩，每级270kN，加压至10.5级荷载，达到2900kN，是设计承载力最大特征值的2.4倍，3根试桩均完好。根据以往通常的设计经验，又经过试桩数据的分析，决定将单桩竖向承载力最大特征值定为1200kN。

 

　　2.预应力混凝土管桩施工

 

　　从2009年4月21日上午开始，进行正式压桩施工。开始63根桩按设计要求施工比较顺利，加压至10.5级荷载，均达到2900kN。但在以后的压桩施工中，从126号至154号桩段中，压至18～19m时出现断裂，压力仅750～1600kN，根据地质资料反映在19m处局部有石灰岩、溶洞。各根桩的压桩情况如下：

 

　　191#：压桩深度23m，探孔深度18m，压力2400kN。

 

　　154#：压桩深度30m，探孔深度13m，压力1250kN。

 

　　122#：压桩深度32m，探孔深度25m，压力2400kN。

 

　　58#：压桩深度39m，探孔深度23m，压力2200kN。

 

　　60#：压桩深度30.5m，探孔深度23m，压力2200kN。

 

　　62#：压桩深度38m，探孔深度13m，压力1500kN。

 

　　67#：压桩深度28m，探孔深度16m，压力1500kN。

 

　　39#：压桩深度60.10m，压力2800kN（复压3次下沉4公分）。

 

　　在操作过程中凡在断折深度位置感到有轻微受压及振荡，压完126号至133号桩，将压桩机移至桩长只有10m处下压，现象也是一样，压桩时在10m处的桩管有黄泥水涌上。

 

　　在沉桩过程中出现以上情况，设计单位得知后要求立刻停止压桩施工，认真查阅研究《岩土工程详细勘察报告》，根据问题桩位置一一对照地质情况，查找原因。经过设计单位与业主、监理、施工单位共同商讨，可以判断出是桩身断裂。桩身断裂主要原因：（1）工程勘察存在的问题是勘察点太少，桩身在施工中遇到有石灰岩、溶洞，硬度大的土层，且起伏较大，桩尖没有进入持力层而滑移，出现较大弯曲，在集中荷载作用下，桩身不能承受抗弯而断裂。（2）由于第④层砂质粘性土层土质总体硬实，不均匀，临近基岩中央的土段易受地下水软化而呈软～可塑状，工程性质不甚稳定。持力层第⑤层强风化粉砂岩岩质坚硬。导致桩压到持力层土层时，桩尖进入持力层较少，压入量很少，但压力在不断提高，到一定压力时出现弯曲而断裂。

 

　　预防措施：经过仔细探讨分析，了解周围及附近场地的压桩经验，决定采取如下措施：（1）到达持力层时，减慢压桩速度；（2）降低单桩竖向承载力最大特征值，经计算，决定采用800kN，桩顶进入承台50mm，确保桩体完整。治理方法：施工中已经出现的断裂桩，会同设计人员共同研究处理办法，根据工程地质条件、上部荷载及所处的结构部位，采取补桩的方法解决。还没有压桩的部位，单桩竖向承载力最大特征值调整为800kN，加压至7级荷载，达到1900kN，是设计承载力最大特征值的2.4倍。一旦沉桩量达到要求，桩顶进入承台50mm，不再加载，确保桩体完整。

 

 

　　经过以上预防措施的制定、具体治理方法的研究确定，施工单位按此要求进行施工压桩，没有再出现断桩现象，整体施工进度也大大提高，此后压的桩全部压到1900kN的压力，没有再出现断裂桩，满足了设计要求，并且一次检测通过。