预应力混凝土管桩在某工程中的应用研究

史 坤 孙鹏辉

(1.烟台市房屋建筑勘察设计院有限责任公司，山东烟台 264000;2.山东岩土勘测设计研究院有限公司，山东烟台 264000)

0 引言

预应力混凝土管桩因其桩身混凝土强度高，质量可靠，工期短，施工速度快，综合造价低等优点而得到了越来越广泛的应用，但其也存在着抗剪、抗弯性能差的缺点，限制了预应力混凝土管桩的应用。

1 预应力混凝土管桩的性能

预应力混凝土管桩除主要承受上部结构物传下来的竖向荷载外，还有可能承受来自水平方向的荷载和弯矩，这要求预应力混凝土管桩应具有良好的轴向抗压性能，较好的水平抗剪及抗弯性能。

预应力混凝土管桩由于采用高强度混凝土，具有良好的轴向抗压性能，但其水平抗剪及抗弯性能较差。根据图集10G409预应力混凝土管桩，对于PHC-500-100-AB预应力混凝土管桩，其桩身受剪承载力设计值为233 kN，其抗裂弯矩为138 kN·m，其桩身轴向受压承载力设计值3 158 kN。

2 工程概况

2.1 工程地质概况

本工程场地位于某市开发区，其地貌类型为海岸平原。场地内地基土在勘察深度范围内划分为12个工程地质层，即①层耕土、①-1层素填土、②层粉质黏土、③层粉质黏土、③-1层粉细砂、④层粉质黏土、⑤层粉质黏土、⑤-1层中粗砂、⑤-2层粗砾砂、⑥层角砾、⑦层强风化片岩、⑧层中风化片岩。各土层的主要物理力学性质指标如表1所示。该场地地势较平坦，地下水位埋深较浅，地基土的工程性质较差。

表1 地基土主要物理力学性质指标平均值

2.2 单桩静载荷试验概况

根据工程场地地层分布情况，拟建场地布置4根工程试验桩，桩型选用PHC-500-100-AB型预应力混凝土管桩，锤击法沉桩，进行破坏性试桩，试桩资料如表2所示。经单桩载荷试验确定的单桩承载力特征值大于设计单桩承载力，均满足设计要求。

表2 试桩资料表

3 预应力混凝土管桩的应用分析

3.1 试验结果的分析

根据勘察报告推荐的预应力混凝土管桩极限侧阻力标准值及极限端阻力标准值，按JGJ 94-2008建筑桩基技术规范估算相同桩型预应力混凝土管桩的单桩承载力特征值为2 371.9 kN～2 502.3 kN，对比表2可以看出，经单桩静载荷试验确定的单桩承载力要比勘察报告的推荐值大很多。这是因为管桩属于挤土桩，在施工过程中，使得桩周土层密实度得到了提高［1］。

3.2 影响单桩竖向承载力的因素

单桩竖向承载力由侧摩阻力及端阻力组成。桩受到竖向荷载的作用，会产生相对桩侧土体向下的位移，而使桩的侧摩阻力得到发挥。在侧摩阻力逐步发挥并达到极限值后，其荷载增量就由端阻力来承受。

1)工程地质条件。桩周土及桩端土的特性影响着桩的侧摩阻力及端阻力的发挥。桩土间的侧向位移是产生桩侧摩阻力的主要原因，而侧摩阻力的大小取决于桩周土的类别和强度。桩端土的剪切和压缩特性决定了端阻力的大小。

2)桩的尺寸。根据JGJ 94-2008建筑桩基技术规范推荐的计算公式，桩的侧摩阻力随着桩长的增大而增大。根据实测结果，在一定深度范围内，桩的侧摩阻力与深度为正比关系，但当深度继续增加时，桩的侧摩阻力达到极限值，不再增加。桩径增大，桩的截面积增大，桩的端阻力也随之增大。但软土中桩径对桩的端阻力影响有限。

3)施工顺序。施工时，管桩会产生挤土效应或扰动桩侧土体。挤土效应导致桩侧土体变得密实，而提高桩的侧摩阻力，桩侧土体被扰动后，强度减弱，相应的侧摩阻力也随之减小。施工结束静置一段时间后，桩侧土体重新固结使得土体强度随之增加，甚至可能超过施工前的水平。因此，合理的施工顺序，可以使预应力混凝土管桩的侧摩阻力得到更好的发挥。

4)时间效应。施工时产生的挤土效应对土体产生挤密和扰动，同时产生超孔隙水压力。成桩时，超孔隙水压力得不到消散，此时的侧摩阻力较小。超孔隙水压力随着时间的推移消散后，桩侧土体强度得到恢复，桩侧摩阻力也随之增大。

5)加荷速率。加荷速率快可以提高桩端阻力。

3.3 影响单桩水平承载力的因素

根据文献，混凝土有效预压应力、壁厚和剪跨比均对管桩的受剪开裂特征有重大影响［2］。

4 结语

预应力混凝土管桩在本工程中得到应用，通过试桩，提高了设计单桩承载力，节省了施工成本。

预应力混凝土管桩应采用合理的桩径和桩长，控制长径比。

单桩静载荷试验应在施工结束后静置一段时间，待扰动土固结后再进行。

预应力混凝土管桩的单桩水平抗剪及抗弯能力较差，施工中可采用最上面一节桩型号或壁厚高于下节桩的配桩方案，或对最上面一节桩进行灌芯处理。

［1］蔡 健，周万清，林奕禧，等.深厚软土超长预应力高强混凝土管桩轴向受力性状的试验研究［J］.土木工程学报，2006，39(10)：102-106.

［2］周 安，陈 凯，刘小乐，等.预应力混凝土管桩抗裂抗剪性能研究［J］.合肥工业大学学报(自然科学版)，2013，36(9)：1093-1096.

［3］陈 峰.预应力混凝土管桩施工技术及常见问题处理［J］.山西建筑，2013，39(10)：79-80.