开封市静压PHC管桩竖向承载力确定方法初探

张宝戌

【摘要】本文依据开封市鼎立国际城C地块项目桩基础方案勘察、设计、施工及检测的资料为依托，对现行技术规范中单桩竖向极限承载力标准值的几种确定方法进行了对比分析。利用基桩静载试验测试成果，对置于密实砂层上的管桩竖向极限承载力的大小、桩侧摩阻力和桩端阻力对极限承载力的影响进行了分析，為开封市PHC管桩竖向承载力的确定以及各参建单位应用静压PHC管桩提供了可借鉴的依据和参考。

【关键词】PHC管桩 单桩竖向极限承载力 确定方法 对比分析静压施工 静载试验

一、引言

高强预应力混凝土管桩（PHC管桩）静压施工具有单桩竖向承载力高、质量较可靠、对周边环境影响小、施工速度快等优点，因其对开封市中软土地层适用性较好，自2002年以来在开封市建设工程领域得到广泛应用，提供了上部荷载较大时有效解决问题的深基础形式。

PHC管桩竖向承载力的确定是桩基础设计中最关键的要素之一，目前建筑地基基础设计规范、建筑桩基技术规范、高层建筑岩土工程勘察规程均提供了相应的计算方法，但是通过静载试验及桩身内力测试成果，根据相关规范得到的单桩竖向极限承载力标准值与桩身实际受力状态不完全一致。

开封市PHC管桩桩端持力层位于密实砂层上，在收集了大量静载试验检测资料的基础上，通过10根PHC管桩静载极限承载力试验并参考其他工程桩身内力测试及研究，对比分析了相关规范计算得到的单桩竖向极限承载力的大小、桩侧摩阻力和桩端阻力对极限承载力的贡献程度，为勘察、设计和施工单位提供了参考。

二、工程地基勘察资料

根据开封市鼎立国际城C地块（1～33#楼）岩土工程勘察报告，本工程场地属黄河冲积平原，地貌形态为单一的平原地貌。勘探深度内（50米）揭露的地层均属第四系全新统（Q4）。地质成因为黄河冲积，土的类型以粉土、粉质粘土、细砂为主。第⑧层细砂位于自然地面埋深20米以下，该层厚度大于20米，是良好的桩端持力层，因此选用⑧层为桩端持力层，桩长21.0米左右，进入砂层深度1.0米左右。岩土工程勘察报告提供的岩土物理力学性质参数见下表：

三、单桩竖向极限承载力的计算

（一）原位测试法

根据《建筑桩基技术规范》相关规定，双桥静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，按下式计算：

（二）经验参数法

根据《建筑桩基技术规范》相关规定，根据土的物理指标和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，宜按下式估算：

Qvk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp

根据该项目土工试验和原位测试成果，提出桩基初步设计参数见下表：

根据《建筑桩基技术规范》公式进行计算：

（三）用标准贯入试验成果估算单桩竖向极限承载力

根据《高层建筑岩土工程勘察规程》相关规定，根据土的物理指标和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，宜按下式估算：

Qu=βsu∑qsisli+qpsAp

根据该项目标准贯入试验实测击数，提出桩基初步设计参数见下表：

根据《高层建筑岩土工程勘察规程》公式进行计算：

（四）单桩静载试验结果统计

本文收集了具有代表性较强的10组单桩静载试验结果，桩径为0.4米，桩长21.0米，进入砂层深度1.0米左右，单桩竖向抗压静载荷试验加载到2500kN时试验终止，统计结果见下表：

四、管桩承载力计算值与试验结果分析

工程桩单桩竖向抗压静载荷试验加载到2500kN时未破坏，原位测试法得到的极限承载力为2635.19，桩端阻力与极限承载力比值为0.48，经验参数法得到的极限承载力为2013.37，桩端阻力与极限承载力比值为0.31，用标准贯入试验成果得到的极限承载力为1930.97，桩端阻力与极限承载力比值为0.57。通过试验与计算结果比较可知，三种计算方法中仅原位测试法得到的极限承载力高于试验结果，经验参数法和用标准贯入试验成果得到的数值偏低。

静载试验结果加载到2500kN时累计沉降量为7.35～26.67mm，卸荷至0kN残余沉降量为2.85～15.50m，数值离散程度较大。由于桩身压缩变形量较小，因此，残余沉降量主要由桩端刺入变形量贡献。相关研究表明黏性土层中桩侧摩阻力充分发挥需要的桩土相对位移为5～10mm，砂性土层中为10～20mm。本次试验结果表明大部分桩在黏性土、粉土中侧摩阻力已发挥，砂层中侧摩阻力未完全发挥。

单桩竖向极限承载力的取值依赖于桩侧摩阻力和桩端阻力的共同作用，根据以上分析应充分考虑发挥桩端阻力的作用，并进行破坏性的静载荷试验同时测试桩身内力，分析破坏状态前的桩侧摩阻力和桩端阻力发挥程度。由于静载荷试验与基桩实际受力状态不完全一致，因此单桩竖向极限承载力的最终确定应通过上述计算和分析取值并同时考虑相应建筑物变形允许值的限制。

五、结论

（1）以密实砂层作为桩端持力层并进入持力层一定深度时，按规范方法计算的承载力与试验测试值有一定偏差，极限承载力取值过高或过低都会造成工程结构的不安全或浪费。

（2）单桩竖向极限承载力的主控因素主要由勘察、设计、施工、天然土的状态等组成，施工期间的质量控制对单桩竖向极限承载力影响较大。PHC管桩施工时应以桩长和终压力进行控制，对工程桩应进行复压增加终压力并控制终压沉降量，同时应加强施工过程和施工后的基桩的检测和监测。

（3）单桩竖向极限承载力由桩侧摩阻力和桩端阻力共同组成，桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥随荷载大小和时间变化，规范取值不能反映基桩的实际受力状态，单桩竖向极限承载力应通过计算和静载测试并考虑建筑物变形允许值进行最终确定。