一、预应力混凝土管桩的基本原理

 

　　预应力混凝土管桩（下简称“管桩”）是一种细长的空心等截面预制混凝土构件，是采用先、后张法预应力工艺和离心成型方法并经蒸汽养护生产而成。管桩按桩身混凝土强度等级不同分为PC桩（其混凝土强度等级低于C80，但不低于C60）和PHC桩（其混凝土强度等级不低于C80）；按桩身桩裂弯矩的大小分为A型、AB型和B型（A型最小、B型最大），外径有300mm、400mm、500mm、600mm，壁厚为65～125mm，节长为4～12m，其中常用节长为7～12m。

 

　　一、桩型和沉桩工艺的选择

 

　　桩基设计中，桩型选择是十分重要的，它在桩基工程的质量和造价中起关键作用。具体讲，桩基的选型和沉桩工艺取决于工程地质条件、建筑结构特点、施工技术条件、环境因素和综合经济效果。设计以安全可靠、经济合理为原则。根据这些原则对各种桩型设计方案进行比较、分析，才能获得既安全又经济合理的桩型和沉桩工艺。设计基础采用管桩时，要认真分析场地的地质勘察资料，结合工程的实际情况，合理选择管桩直径和壁厚，确定管桩的施工长度，合理布桩，计算确定单桩竖向承载力，选择合理桩机型号及提出符合实际的施工技术要求等。一般来说，因摩擦桩受桩周摩擦力控制，桩间土对桩的摩擦力影响大，所以，宜选择细而长的桩，壁厚不需要太大。端承载则在满足长径比的前提下，宜选用管径和壁厚都稍大的桩。同时，管桩的长径比不宜超过100，当穿越较厚淤泥层后即碰到硬岩层时，若管桩过于细长，在建筑荷载下，易失稳压折破坏。

 

　　二、确定管桩的单桩竖向承载力

 

　　合理确定管桩的单桩竖向承载力是管桩基础设计的主要内容，单桩竖向承载力一般由以下4种方法确定：

 

　　(1)通过现场静载试验确定。单桩竖向极限承载力标准值通过现场静载试验确定，试验方法应符合现行行业标准5建筑桩基础技术规范6中关于单桩竖向抗压静载试验的规定。

 

　　(2)利用经验公式进行估算。在根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，可按江苏省标准和地质勘察资料来进行估算，并作为参考。

 

　　(3)用高应变动测法估算。用高应变动力试桩结果估计管桩承载力设计值时，可参照现行行业标准5基桩高应变动力检测规程6JGJ106有关规定进行。

 

　　(4)按桩身允许承载力来确定。单桩的承载力设计值的取值应在桩身允许承载力设计值的范围内。在实际操作中应根据不同情况综合考虑，选用相应的管桩基础的单桩竖向承载力计算公式，合理进行调整，这样就可比较合理地确定单桩承载力。

 

　　三、合理布置管桩

 

　　桩的布置原则主要应考虑桩的中心距，桩的合理排列以及桩端进入持力层的深度等因素。这表明，布桩时桩的中心距的最小距离和桩端进入持力层的深度设计是否合理，是管桩质量的关键。规定管桩的最小中心距，是减少和防止打桩时引起相邻桩上浮、位移而导致桩的承载力下降的重要措施。设计布桩时桩不能太多太密，对独立承台内桩数超过30根和大面积群桩的情况，管桩的最小中心距更应加大至4.0d以上。另外，要求桩端进入持力层一定深度，主要是为了尽量提高桩端阻力，管桩在锤击能量作用下有明显的挤土作用，使桩端周围的土提高了密实度，达到增长阻力的效果，在临界深度范围内，桩进入持力层深度愈深，效果愈明显。

 

　　三、预应力混凝土管桩的优缺点

 

　　优点：①施工前准备时间短。由于制作过程的自动化程度高，经高压蒸汽养护的管桩，从成型到使用仅需几天时间。②适应性强。对持力层起伏较大的地质条件，设计可依靠桩长的调整，达到最佳的经济效果。③强度高，桩身耐打，穿透力强。成桩质量可靠。④施工速度快，施工周期短，文明施工，现场整洁。⑤经济效益好，单位承载力造价相对较低。与其他混凝土预制桩相比单方混凝土可能提供的承载力高。

 

　　缺点：①土层中含有较多难以清除的孤石（障碍物），或有不适宜作持力层且管桩又难以贯穿的坚硬夹层地域。②管桩难以贯入的岩面上无适合作桩端持力层的土层，或持力层较薄且持力层上覆土较松软，管桩难于贯入的岩面埋藏较浅且倾斜较大。

 

　　四、预应力混凝土管桩的注意事项

 

　　注意事项：①PHC桩、PC桩适用于抗震设防烈度不大于8度的地区；若使用于抗震设防烈度较高的地区，则需另行验算。②PHC桩和PC桩主要适用于承受竖向荷载的桩基。当有水平荷载或抗拔作用时，应根据荷载和地质情况按本图集或相应规范验算后使用。③当基础的环境条件对管桩有中度及其以上侵蚀性时，应根据使用条件按有关规范采取有效的防腐蚀措施。

 

　　五、工程实际中的一点经验

 

　　根据个人经验和普遍的反应，预应力混凝土管桩的竖向承载力按现行规范公式计算普遍偏低。尤其对一些10～20m的中短桩，按现行规范计算，承载力远远偏小，有时甚至计算值比实际应用值小1/2左右。单桩承载力特征值定得很低，会造成很大的浪费，显示不出预应力混凝土管桩的优越性，也不利于管桩的推广应用。相反，在特殊和较复杂的地质条件下，如当上下土层软硬差别很大时，甚至有坚硬夹层等地质情况，根据岩土工程勘察报告提供的设计参数，管桩的竖向承载力按现行规范公式计算会偏大。单桩承载力特征值定得偏高，会存在不安全的隐患，同样也是应该避免的。所以，在预应力混凝土管桩设计时不应该仅按现行规范公式计算单桩承载力，而应该通过静载试验来确定单桩承载力特征值。在地质条件较复杂的地区，勘察点要适当加密，不要为了节省勘察费用而减少勘察点，结果可能导致打桩施工时更大的浪费甚至失败。在工程地质条件较复杂的地区进行预应力混凝土管桩设计时，设计单位一定要根据施工现场的实际情况，调整确定合适的单桩承载力特征值，以达到工程设计的安全性和经济性的最佳结合。