管桩的应用和预应力混凝土管桩在施工中常见的问题

管桩的应用和预应力混凝土管桩在施工中常见的问题　李思萌孟令闯　摘要：近年来，管桩作为一种地基处理的形式，以其施工方　便、承载力高、质量可靠、较为经济等优点越来越得到广泛的　应用　本文根据管桩的承载力特性和受力状况，分析了影响管　桩承载力的因素以及提高管桩承载力的方法．并基于对施工　熟，配套应用技术日趋完善等特点。　管桩的种类分为：钢管桩、预应力混凝土管桩及钢管混凝　土管桩。钢管桩及钢管混凝土管桩具有高强度、抗冲击疲劳性　能好、贯入能力强、便于割接、质量可靠、运输方便、沉桩速度　中常见问题的探讨，提出有效的防治措施。尤其是对预应力管　桩有所着重介绍。　关键词：管桩预应力混凝土管桩承载力施工质量控制　前言　管桩作为一种地基处理及桩基础形式从上个世纪初产生　到现在已经得到了很大的发展，在各种建筑基础中得到广泛　地应用，并发挥着巨大的作用。从国外管桩的发展来看，从　１９２０年澳大利亚发明了离心法制作混凝土制品、１９２５年日本　快及挤土影响小等优点，但造价高，约为预应力混凝土管桩的　３—１０倍。预应力混凝土管桩之所以得到迅速发展和广泛的应　用，主要是由于具有以下优点：（ａ）施工工期短，施工方便、不受　季节，工业化生产：（ｂ）对施工场地无污染，若采用静压式　施工更无噪音，符合绿色环保施工要求；（ｃ）经济效益可观，同　样的地基处理效果（竖向承载力及水平承载力）所使用的混凝　土比实心桩节省３０％一６０％且抗腐蚀能力强，工作性能同钢　管桩基本相似。（ｄ）对持力层起伏变化较大的地质条件适应性　强，一般情况下，软土、粘性土、粉土、砂土及全风化岩体等地　层条件均可采用。因此像高层建筑、码头工程、桥梁工程、高速　引进这种技术用于钢筋混凝土管桩，在１９６２年开发预应力混　凝土管桩（ＰＣ管桩），到现在已有十年的历史，目前管桩已　朝着全面取代传统实心桩方向发展。我国是１９４４年开始生产　混凝土离心（ＲＣ）管桩，到ＳＯ年代末期研究成功预应力抽筋管　桩，即采用后张法对桩身混凝土施加预应力。近１５年，我国生　产的预应力混凝土管桩无论从产品性能和产量上都达到了世　界前列，呈现出布局面广，产品品种、规格齐全，生产技术成　公路、铁道工程、填海建筑等除必须采用钢管桩的特殊基础　外，在工程中钢管桩已大部分被预应力混凝土管桩所代替。现　在我国预应力混凝土管桩使用量已经相当可观。　预应力混凝土管桩的简单介绍　１、等级和壁厚　管桩按混凝土强度等级和壁厚分为预应力混凝土管桩和　中筒和束筒三种类型。　三．高层建筑结构选型的思路探讨　结构初步设计直接影响结构设计质量的好坏。在高层建筑　结构初步设计中最重要的内容便是结构体系的选择。从上文　（３）简体结构布置要点　简体结构平面形式常见的有方形和矩形，也可采用圆形、　椭圆形、三角形、多边形等形式（图７）。矩形平面的简体长短边　之比不宜大于２，使筒体更好空间受力作用。空腹式简体的立　柱间距不能太大，否则会影响筒体的整体性。常用柱距是　１＿２—３．０ｍ，个别可扩大到４．５—５．Ｏｍ，但一般不应大于层高。横　可知，高层建筑的选型至少要确定结构的材料和抗侧力体系。　当然高层建筑结构的选型还包括竖向结构的类型和大跨度楼　盖类型等。影响结构选型的因素很多，如环境条件、建筑方案　等。一个好的结构形式的选择，不仅要考虑建筑的使用功能，　结构上的安全合理，施工上的可能条件，也要考虑造价经济和　选型的美观。有时结构选型还受到投资者的影响。　梁高度在０．６—１．５ｍ左右，上下横梁和左右两根柱之间的空隙　即为开窗的７Ｌ，Ｎ。为了保证筒体的整体工作，开窗面积不应大　于整个墙面５０％。为了使筒中筒结构的内外共同工作，内筒的　长度Ｌ不能小于外筒长度的１／３。同样，内筒的宽度Ｂ不应小　于外筒宽度Ｂ的１／３（图８）。　５．其他形式　四．结语　本文首先阐述了高层建筑的发展趋势及其对结构选型的　影响。接着详细论述了现有的各种结构体系及其优缺点。最后　探讨了以建筑结构选型的思路，并根据分析结果提出适合当　前设计人员在结构选型决策时的方法，那就是：结合结构选型　专家系统和设计人员及当地专家的判断，运用模糊数学原理，　进行高层建筑结构选型。　高层建筑的发展，尤其是发展超高层建筑存在很多争议，　但世界人口的增长和土地资源的不断减少，高层建筑有向更　高的高度，更大的体量和综合的功能发展。体型变化和轻质高　强材料应用趋势，抗风与抗震的结构控制，对高层建筑结构提　出更高的要求。近年发展起来的巨型结构体系，代表了一种新　的发展趋势。其中有悬挂式结构、巨型桁架结构、巨型框架结　构、核心筒加复合巨型柱结构。　一（作者单位：内蒙古科技大学建筑与土木＿ｖ－－４￣学院、东北电　＂力设计院；２ｏ１３．１）　６３—　预应力高强混凝土管桩。预应力混凝土管桩代号为ＰＣ，预应　力高强混凝土管桩代号为ＰＨＣ，薄壁管桩代号为ＰＴＣ。ＰＣ桩　的混凝土强度不得低于Ｃ６０，薄壁管桩强度等级不得低于　Ｃ６０，ＰＨＣ桩的混凝土强度等级不得低于Ｃ８０。　２、管桩沉桩方法　头在深处不宜在表面，接桩焊接要求高，焊缝要均匀饱满，焊　接后要等凉却一定时间后刷一层防腐涂料才能继续施工，以　免焊缝处入土急冷后冷脆影响使用寿命和地下水对其接头处　的腐蚀，有抗浮设计要求的，对焊缝要求很高。更应该控制好　质量。　管桩沉桩方法有多种，在我国国内施工过的方法有：锤击　法、静压法、震动法、射水法、预钻孔法及中掘法等，而以静压　法用得最多。由于柴油锤打桩时震动剧烈、噪音大，为适应市　区施工需要。近几年来我国各地开发了大吨位的静力压桩机　施压预应力管桩的工艺，静力压桩机又可分为顶压式和抱压　管桩的承载特性及承载力分析？　１、管桩的承载特性？　管桩的底桩端部的桩尖（靴）形式主要有十字型、圆锥型和　开１３型。前两种属于封Ｉ：１型。采用封口型桩尖的管桩其承载力　主要由桩周的侧摩阻力及桩端的端阻力组成；采用开口型桩　靴的管桩则在沉桩过程中桩身下部１／３—１／２桩长的内腔被土　体充塞，挤土效应较弱（与沉管桩、静压实心混凝土桩比），对周　围建筑物及环境影响小，具有较高的环保性能。但是内腔土塞　却为管桩提供了内侧摩阻力，使得管桩的承载力的组成变得　更为复杂。影响管桩承载特性的因素很多，比如桩侧土性、桩　端土性、桩径、开口管桩的壁厚、人土深度、施工顺序等。预应　式，抱压式是桩机的夹板夹紧桩身，依靠持板的磨擦力大于入　土阻力的原理工作，静力压桩机最大压桩力可达　５０００—６０００ｋＮ，可将直径５００、６００的预应力管桩压到设计要　求的持力层。从而大大推动了预应力管桩的应用和发展。　３　先张法工艺制作　目前我们房屋的工业与民用建筑的桩基础常用的一般为　先张法工艺制作的预应力高强混凝土管桩（即：ＰＨＣ桩）和预　应力混凝土管桩（即ＰＣ桩）。这两类桩适用于非抗震和抗震烈　度６度和７度的地区。ＰＨＣ桩和ＰＣ桩按桩身混凝土有效预　应力值或其抗弯性能分为Ａ型／ＡＢ型／Ｂ型／Ｃ型四种。ＰＨＣ　桩一般桩径有３０Ｏｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、５５０ｍｍ、６００ｍｍ、　８００ｍｍ、１０００ｍｍ；ＰＣ桩一般桩径有３Ｏ０ｍｍ、４００、５００ｍｍ、　５５Ｏｍｍ、６００ｍｍ．管桩水泥宜采用强度等级不低于４２．５级的　硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥。当管桩用于　摩擦型桩时桩长径比不宜大于１００；用于端承型桩桩的长径比　不宜大于８０。　４、主要区别　力混凝土管桩通常只具备开口桩的功效。？　２、管桩的受力分析？　管桩的竖向承载性状和单桩极限承载力确定管桩竖向承　载力的方法很多，最常用的方法也是最可靠的方法，是静力载　荷试验法，目前比较常用的公式有两类：一是以土的物理力学　指标和大量的试桩资料为依据，经统计分析建立桩侧和桩端　阻力与土类指标之间的关系；另一类是以土的力学性能指标　如土的标准贯入击数为依据，我国、欧洲及美国ＡＰＩ—ＲＰ２Ａ的　地基基础规范均采用第一类公式。　一｛　∑　ｆｌ１一｝　桩尖土的极限端阻力强度；　Ａ桩和ＡＢ桩主要区别简单讲就是钢筋用量不一样，例　如：外径３００ｍｍ桩。壁厚７０ｍｍ单节桩长１　１ｍ以内要求Ａ　桩钢筋６中７．１而ＡＢ桩为６　９　０，可见ＡＢ桩的钢筋比较粗！　同样情况下，Ｂ桩为８①９．０，Ｃ桩为８①１０．７，可见钢筋量　或直径都不一样。显然用量越大，结构越安全。实际设计必须　式中：　——单桩轴向极限承载力：　——，——桩身穿过第　层土的长度；　，，——第ｉ层土的桩侧极限摩阻力　；虽定蓬：　参照地质资料和上部荷载确定桩的类型和设计桩长。　预应力高强混凝土管桩的Ａ、ＡＢ、Ｂ和Ｃ型是按照施加的　，，——桩身横截面周－Ｅ￣：　有效预压应力分类的，它们的有效预压应力分别为４．０ＭＰａ、　６．０ＭＰａ、８．０ＭＰａ和１０　０ＭＰａ，Ａ型和Ｂ型桩身竖向承载力几　乎是一样的，只不过ＡＢ型抗弯性能比Ａ型好，要穿过坚硬土　层时在较大的锤击力下也不至于打碎，对于静压施工来说，同　４——桩端横截面积。　由于各地地质条件不同，地质结构比较复杂，桩的类型又　多，沉桩工艺也多种多样，很难用单一形式的公式来反映工程　实际。　样弯曲度的情况下，Ａ型比ＡＢ型更容易被压断。　５、管桩成桩分类　主要有柴油锤击打或静力压桩两种，柴油锤要根据承载　当桩顶竖向受压时，桩身上部首先产生垂直应力和弹性　变形，并向桩身下部传递，自上而下逐步建立摩阻力，桩身处　于弹性压缩阶段。当荷载较小时，变形量较小。桩基基本没有　发生位移，桩端阻力为零。随荷载增加，当垂直应力传递到桩　端时。桩端土逐步压缩，桩土相对变形加大，桩侧摩阻力进～　步发挥。在加荷载最后阶段，随着桩端阻力的不断增加，桩顶　部位侧阻力首先达到极限（摩阻力趋于定值），并向下逐步扩大　极限阻力的分布范围，在此过程中相对于荷载增量，作为抗力　力合理选用锤重和冲击能量，原则是重锤低击优于轻锤高击，　轻锤高击容易打烂桩帽。打入式成桩主要控制有桩长和最后　三镇贯入度或两者双控。静力压桩选用压桩重种越为特征值　的２．２～２．５倍，静力压桩比较直观，成桩后承载力比较有保　证。静力压桩的机械笨重，占地大，对场地尺寸和表层地基承　载力有要求。两种成桩方式静力压桩要贵，机械进退场费也贵　一的摩阻力增量所占比例愈来愈小，而桩端阻力增量所占的比　例则愈来愈大。最终导致桩端土出现塑性区并迅速扩展。桩因　急剧下沉而失效，桩端土的刺入破坏先于桩身强度破坏。此时　点。目前珠三角大约是相差１０Ｙｕａｎ／ｍ。施工过程对配桩和　接桩有些要求：例如配桩宜一根桩到底不用接桩，有接头宜接　——６４——　桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。　③管桩施工中垂直度没有控制好；　管桩设计施工中的问题及质量控Ｎ．９　④管桩由软弱土层突然进入硬土层，桩机压力迅速升高，　１、挤土效应？　桩身受到瞬间冲击力而引起；　在沉桩过程中，土体向四周排挤，使周围的土受到严重的　⑤基坑施工中，由于软土推挤隆起，基坑壁侧向移动造成　扰动，主要表现为径向位移，桩尖和桩周一定范围内的土体受　断桩。　到不排水剪切以及很大的水平挤压，产生较大的剪切变形，形　施工中若发现有断桩，就要采取补强加固方案处理。对预　成具有很高孔隙水压力的扰动重塑区，降低了土的不排水抗　应力管桩浅层断桩可采用接桩。对深层断桩的接桩（包括部分　剪强度，促使桩周邻近土体会因不排水剪切而破坏，由于群桩　错位桩纠偏后接头）要抽干桩内积水，确认桩的倾斜在允许范　施工中的迭加作用，会使已打入桩和邻近管线产生较大侧向　围内，放人钢筋笼，钢筋笼应伸到断桩下３ｍ，用高等级混凝土　位移和上浮。桩群越密越大。土的位移也越大。　灌注。接桩后要进行承载力检测。当断桩处错位，无法复原时，　施工遇到挤土效应采取的防治措施是：①合理安排沉桩　应重新补桩。对工程事故应分析问题的原因、补桩的可能性和　顺序、控制每日打桩的数量，减少孑Ｌ隙水压力的迭加：②采用　对已施工桩的影响，考虑其它可利用条件以及经济和工期等　先开挖基坑后沉桩的施工工序，可减少地基浅层软土的侧向　要求。　位移和隆起，有利于降低沉桩所引起的超静孔隙水压力，从而　减少地基深层土体变位。③在场地设置袋装砂井或塑料排水　结束语　板，创造排水条件以降低孔隙水压力。④预钻孔辅助沉桩。　管桩作为一种新桩型以其桩身质量可靠、承载力高、施工　２、浮桩　速度快、现场整洁、较为经济等优点越来越得到广泛的应用。　浮桩现象是静压管桩挤土效应的一种表现形式。该问题　但由于管桩的应用时间不长，在研究和应用等方面都还存在　表现得很隐蔽，并且往往是等到压桩工程完工后做静载检测　着不少亟待解决的问题。而工程实践的发展已远远超过理论　时才发现，而此时桩机可能已退场。此时再来处理就非常被　研究水平，使得管桩的应用受到严重制约。本文总结了管桩的　动。比较好的处理措施是：提前选取有代表性的桩进行测量监　承载力特性和受力分析、影响管桩承载力的因素以及提高管　控，在桩施工结束后应立即用水准仪测量记录其桩顶标高，并　桩承载力的方法、施工中常见问题以及防治措施。但文中所涉　在整个施工过程中定期复测，通过比较来检查桩身是否有上　及到的诸多问题目前都还没有得到的解决，因此还需要　浮现象。如果发现有上浮现象，则需采取前面提过的控制压桩　通过大量的科学研究和工程实践来做进一步探讨。　速率、重新调整压桩路线或钻孔取土等措施，减少挤土效应进　而控制桩身上浮现象。如果采取上述措施后仍不能解决桩身　（作者单位：沈阳双兴建设集团有限公司；２０１３．１）　上浮现象，则可采用复压的补救方法进行处理。　３、沉桩达不到设计要求　参考文献：　沉桩达不到设计的最终控制要求主要原因是：　预应力混凝土管桩基础技术规程　①勘探点不够或勘探资料粗糙，对工程地质情况不明，尤　预应力管桩技术规范．ＤＢ２１／Ｔ１５６５—２００７　其是对持力层起伏标高不明，导致设计考虑持力层或选择桩　建筑基桩检测技术规范．１ＧＪ１０６　长有误。　建筑地基处理技术规范．ＴＧＪ　７９—２００２　②设计持力层选择不当，预应力管桩持力层宜选择强风　１０Ｇ４０９图集　化层。以达到较高承载力。但当强风化层埋深较深时，考虑到　建筑地基基础设计规范．（ＧＢ５０００７—２００２）　桩长，不得已选择全风化层作持力层时，承载力将受较大　建筑桩基技术规范．ＯＧＪ９４—９４）　影响。特别是全风化层有遇水易软化特点，地下水可能通过桩　．　管内从桩尖渗入，大大降低桩端承载力。　③设计对单桩承载力预估不准，导致实际桩长与压桩力　不匹配。　④桩身断裂致使不能继续施压。　防治措施为首先详细探明工程地址地质情况，必要时应　作补勘，正确选择持力层或标高；施工采用合适吨位桩机；根　据工程地质条件，合理选择桩的施工方法及打桩顺序，避免断　桩，确保桩身质量。科学设计，通过试桩确定合理终压标准。　４、断桩　断桩是预应力混凝土管桩施工中常常遇到的问题，其产　生的主要原因主要有：　①使用了厂家生产的未经检验的不合格的桩；　②桩尖碰到地下障碍物管桩被蹩断；　一６５一