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1、预应力管桩基础设计应注意问题探讨预应力管桩基础设计应当特别注意的问题深入探讨本文主要从岩土工程的观点去深入探讨预应力管桩的应用领域条件,明确提出管桩基础设计应当特别注意的几个问题；工程勘测问题；单桩承载力问题；收锤标准问题；不必应用领域管桩的工程地质条件问题。经过十年来的推广应用，预应力混凝土管桩作为一种较新型的基桩已被广东土木界所接受。广东现有管桩厂四五十家，年生产量四百万米左右，占全国的三分之二以上。目前广东高层建筑桩基主要采用人工挖孔桩、冲钻孔灌注桩和预应力管桩。在10-40层楼房的基础工程中，原来采用人工挖孔桩和冲钻孔灌注桩的，有不少已被预应力管桩所替代，这是因为预应力管桩具有工程造价
2、较便宜、质量较可靠、长度易调整、施工速度快、监理方便、检测时间短、现场简洁等优点。但是，若对管桩的应用条件认识不清，对使用方法掌握不当，也会发生工程质量问题。下面就设计预应力管桩基础应注意的问题谈一些看法。一、管桩的应用领域条件介绍管桩的应用领域条件，对掌控管桩基础的设计质量非常有益。管桩的制作质量建议尚无国家标准先张法预应力混凝土管桩（GB13476-92）。管桩按混凝土强度等级分成：预应力混凝土管桩和预应力高强混凝土管桩。前者代号为PC桩，其混凝土强度等级通常为 C60或C70；后者代号为PHC桩，混凝土强度等级为C80，通常必须经过高压蒸养就可以生产出，从成型至使用权用的最为短时间只需三
3、四天。管桩按抗核裂变距和音速变距的大小又可以分成：A型、AB型、B型，有效率换热器形变值约3.56.0Mpa的有效率换热器形变，浇筑时桩身混凝土就可能将不能发生纵向裂缝，所以，对于通常的建筑工程，使用A类或AB类型桩就行及。目前，广东地区常用的管桩规格例如表中1。常用管桩规格表中:外径（L） 壁薄(L) 混凝土强度等级 节长(L) 承载力标准值(KN) 适用于楼层300 65-75 C60-80 511 600.900 612400 90-95 C60-80 512 9001700 618500 100 C60-80 512 18002350 1030550 125 C80 512 20002
4、700 2035600 105-130 C80 613 18002500 1030管桩的施工方法即为浮桩方式存有六七种之多。广东前几年主要使用打进法，过去用过民主自由落锤，目前几乎都使用柴油锤。柴油锤的音速科孔度厂家规定为20L/10箭，过大的科孔度作业可以损毁柴油锤，增加其使用寿命。管桩用柴油锤施踢，震动小，噪音小。近年来，广东研发了一种静压沉桩工艺，即为使用液压式静力甩桩机将管及桩挤到设计持力层。前几年在广东应用领域的静压桩机，最小压桩力只有1600kN2400 kN，现在，静压桩机的最小压桩力减小至5000 kN，可以将500 和550的预应力管桩逼出，单桩承载力仅约20002500 k
5、N，适用于于1530层的高层建筑，特别适用于于市区施工。管桩桩细长形式主要存有三种：十字型、圆锥型和开口型。前两种属封口型。横越砂层时，开口型和圆锥型比十字型不好。开口型桩细长通常用在排钱深度为40m以上且桩径550L的管桩工程中，成桩后桩身下部约存有1/3-1/2桩长的内腔被土体封住，从土体架空线效果来看，单桩承载力不能减少，但挤到土促进作用可以增加。封口桩细长成桩后，内腔可以一目了然，对桩身质量及长度需用度角法检查，这就是其他桩型所没的。十字型桩细长加工难，价钱昂贵，破岩能力弱，故广东省约90%以上的管桩使用十字型桩细长。桩细长规格不合乎设计建议，也可以导致工程质量事故。管桩桩端持力层可选
6、择为强风化岩层、柔软的粘土层或规整的砂层，广东汕头、湛江及珠江三角洲某些地区，基岩埋太深，管桩桩细长通常座落在中密至规整的砂层上，桩长约3040m，这就是以桩两端摩阻力居多的端的顺摩擦桩。广东其他许多地区基岩埋较厚，约1030m，且基岩风化轻微，强风化岩层厚达几米、十几米，这样的工程地质条件，最适宜预应力管桩的应用领域。预应力管桩通常可以打进强风化岩层1-3m，即可打进N=5060的地层；管桩不可能将打进中风化岩和微风化岩层。这就是一个基本概念，弄不清这个概念就无法恰当应用领域预应力管桩。预应力管桩的应用领域，同基他任何桩型一样都存有基局限性。有些工程地质条件就不必用预应力管桩。主要存有以下四
7、种：（1）孤石和障碍物多的地层不必应用领域；（2）存有柔软夹层时不必应用领域或禁用；（3）石灰岩地区不必应用领域；（4）从坚硬变异至特别柔软的地层不必应用领域。参见下节2.4条.二、管桩基础设计应当特别注意的问题2.1工程勘测问题勘测就是设计的前提。错误的勘测必然可以引致错误的设计。目前工程勘测存有以下问题：勘测就是设计的前提。错误的勘测点必须适度加密。就是一些小型工程，勘测点也不必多于五个。有些建设单位为省勘测费用而增加必要的勘测点，结果引致浇筑施工时的更大浪费甚至失利。标贯试验次数太少管桩工程要求地质勘察报告中多提供有用的N值，所谓有用的N值，主要是遇到砂夹层、下卧软弱层、残积层及强风化岩
8、层时多做一些标贯试验，残积层最好每2m、强风化岩层最好每1m测一次N值，有利于配桩和打桩收锤。有些勘察单位往往在持力层上面的软土层中做了许多标贯试验，而在硬夹层和强风化岩层中一个也不做，这样会给设计和施工带来许多困难，甚至会引起工程质量中故。勘测中的弄虚作假个别勘测单位作风不正。有些孔显然没勘探，凭空写下出。有些土层随意升级，例如将残积土订为强风化岩，将强风化岩订为中风化岩。设计人员根据这些报告确认管桩的持力层，必然出差错。标贯值不许一个原因就是试验设备不标准，例如锤不是63.5kg，落距不是76cm；另一原因就是不触探杆长度校正系数值域问题，现行国家规范列举的触探杆长度最久21m，校正系数为
9、0.7，而广东3040的管桩就是常用的,根据广东经验,30m时校正系数为0.61，39m为0.52,有些勘测单位将大于21m的触探杆长度校正系数为0.7m，这就可以引发金蹄蝠力层的错判。三就是当标贯深度超过没30cm时又如何抒发N值，常用的折算方法无法反应实际情况。提供更多的岩土力学指标不符合实际目前有些勘测人员对建工方面的岩土标准不甜，对基础工程更是spend隔山，加之现行规范对管桩基础没专门的规定，得出的设计参数比实际偏大许多，有利于管桩的推广应用。标贯本身试验的瑕疵目前我国的现场标贯试验几乎全系列就是在水冲成孔中展开的，有的特种土层，受热后立即软化，现场测出的科孔击数比实际相对较低很多，
10、根据这样的标贯击数去推论管桩的洛祖性，有时也可以出差错。2.2单桩承载力问题管桩的横向承载力按现行规范公式排序广泛相对较低对于排钱深度40m以上的极长管桩，使用现行规范提供更多的设计参数，就是可以求出较低的承载力，但对于一些1020的中长桩，尤其象广州开发区那样的地质，强风化岩层顶面掩埋深约20m，地面以下16-17m都就是淤泥软土，只有下部2-3m才就是软塑土层，这种桩细长步入强风化岩层1-3m的管桩，按现行规范提供更多的设计参数排序，承载力远远偏大，有时排序平方根比现在实际应用领域值大一半左右。单桩承载力设计值定得很低，可以导致非常大浪费。事实上，管桩存有其独有之处，管桩横越土层的能力比进
11、度表混凝土方桩强得多，管桩桩细长步入风化岩层后，经过频繁的侵蚀，桩细长附近的强风化岩层已不是原来的状态，岩体承载力几乎达至中风化岩体的原状水平，据对多言试压桩试验结果展开反算以及广州开发区建好总对管及桩形变量测数据说明，管桩桩细长步入强风化岩层后qp=50006000 kPa，qs=130180kPa，而现行的规范没列举强风化岩体的设计参数，通常的设计人员参考柔软的土层，挑qp=25003000 kPa，qs=4050 kPa，这样的设计结果必然偏大。1991年笔者在文章Rk=100NAp+UpqsiLi式中Rk管桩横向承载力标准值；N桩端的处强风化岩的标贯值；Ap桩细长（封口）投影面积；Up
12、管桩桩身外周长；Li各土层分割的各段桩长；qsi桩周土的摩擦力标准值，按GBJ7-89规范第三章十五所列于数值的下限（低值）丢弃，强风化岩的qs值取150 kPa。公式适用范围：a、管桩桩细长必须步入N50的强风化岩层，当N60时，挑N=60；b、当计算出来的Rk大于桩身额定承载力Rb时，挑Rk为额定承载力Rb。所谓桩身额定承载力就是桩身最小容许轴向顺压力，目前我国管桩生产厂家流行及的算式就是套用日本和英国的公式，即为Rb=1/4*（fce-pc）A式中Rb管桩桩身额定承载力；fce管桩桩身混凝土设计强度，如C80时，挑fce=80 kPa；pc桩身有效率预应力；A桩身有效率横截面内积。桩间距
13、大小影响管桩的承载力规定桩的最轻中心距就是为了增加桩周形变重迭,也就是为了增加浇筑对邻桩的影响.(JGJ94-94)规定挤土预桩排数少于三排(不含三排)且桩数少于9根(含9根)的摩擦型桩基，桩的最轻中心距为3.0d。目前，大面积的管桩群，在高层建筑的塔楼基础中被广泛应用，有的一个小钢箱梁所含管桩200余根。如果此时桩间距仍为3.5甚至3.0，浇筑引发的土体流现象很显著，有时甚至可以将施工场地地面压低1米左右，这样不仅影响桩的承载力，还可以将脆弱的管桩接点拉脱。因此高层建筑主楼的管桩基础，最轻桩间距为4.0,有条件时使用4.5，这样挤到土影响可以大大减少，对确保管桩的设计承载力很存有协助。当然，
14、太小的桩间距又可以减少桩钢箱梁的耗资。对静载试桩荷载最大值的相同认知将可以引发对管桩承载力的相同评价现行基础规范使用RK和R两种相同承载力表达方式，Rk就是单桩的横向承向承载力标准值，R就是单桩横向承载力设计值，对桩数为3根或3根以下的桩钢箱梁，挑R=1.1 Rk，四根或四根以上的桩钢箱梁挑R=1.2 Rk。检验单桩横向承载力时就是用2 Rk还是用2R去展开静载荷试验？不少设计人员往往建议将二倍的单桩承载力设计值做为静载试验荷载值评价桩的优劣。这就是一种误会。按规范建议，需以2 Rk做为最小荷载值检验桩的承载力，因为2 Rk等同于单桩横向音速承载力。如果用2倍单桩承载力设计值，也即为用2.4
15、Rk或2.2 Rk(大于音速承载力)为最小荷载去试压，对一些承载力紧缺量较多的管桩，就是可以闯关的；对一些承载力没什么紧缺的管桩，按2 Rk去试压，就是可以合格的，按2.4 Rk去试压就是不合格的，结论全然不一样。2.3收锤标准问题收锤标准即为暂停施打的掌控条件与管桩的承载力之间的关系相当紧密，尤其就是最后科孔度，常常被做为收锤时的关键条件，但将最后科孔度做为收锤标准的唯一指标的观点应该深究，因为科孔度本身就是一个变化的不能确认的量：相同柴油锤科孔度就相同重锤与重李任同一根桩，科孔度建议不一样。相同桩长科孔度建议相同同一个李任长桩和踢长桩，科孔度建议不一样。根据动量原理，冲击能够相同，质量小（
16、短桩）的加速度大即为科孔度大，反之科孔度小。所以，承载力相同的管桩，长桩的科孔度建议可以小一些，短桩的科孔度必须大一些。收锤时间相同科孔不一样在粘土层中打管桩，刚踢不好就立即测贯入度，科孔度可能将比较小，由于粘土的重塑晶化促进作用，过几小时或几天再测试，科孔度就小得多了，在一些风化残积土很薄的地区浇筑，初时测到的科孔度比较小，只要停在一二个小时再复踢，科孔度就激增，有的甚至变成零。而在砂层中浇筑，刚交锤时科孔度不大，由于砂粒的松驰时效影响，过一段时间再复踢，科孔度可能会变小小。有没有送来桩器测到的科孔度不一样因为送来桩器与桩头的相连接不是刚性的，大锤能量在这里的传达不通畅，所以，同一大小的冲击
17、能量，轻易促进作用在桩头上，测到的科孔度小一些，上装柳巴希夫桩器施踢，测到的科孔度大一些。为必须达至设计承载力，采用送来桩器时的收锤科孔度应比不必送来桩器的收锤科孔度必须汪些。相同设计在承载力科孔度建议也相同一般来说，同一场区同一规格承载力设计值较低的桩，收锤科孔度建议小一些，反之，科孔度可以大一些。相同设计承载力科孔度的“灵敏度”相同以桩两端摩阻力居多的端的顺摩擦桩，对科孔度的“灵敏度”较低，摩阻力占到的比例越大，“灵敏度”越高；而以桩端的阻力居多的摩擦端承桩，由于必须存有足够多的端的顺力作确保，收锤时的科孔度建议比较严苛，也可以说道这类桩对科孔度的“灵敏度”低。广东近十年去应用领域管桩尚无
18、1000多万米，大多数（80%）管桩的桩细长座落在强风化基岩上，一般来说，桩细长步入N=5060的强风化岩层中，单桩承载力标准值可以达至或吻合管桩桩身的额定承载力，科孔度大多数为1550L/10箭，表明桩锤Montbron了，换大一级柴油锤即可解决问题。用重锤低击的接种方法，可以并使浇筑的损坏增加至最高程度，承载力也可以达至设计建议。收锤标准应当与场地的工程地质条件、单桩承载力设计值、桩的种类规格长短、柴油锤的冲击能量等多种因素有关，收锤标准应当包含最后科孔度、桩排钱深度、总大锤数、每米大锤数及最后1m大锤数、桩端持力层及桩细长步入持力层深度等综合指标。这些综合指标不是并无侧重于的，据笔者经验
19、，桩端持力层、最后科孔度或最后1m大锤数这几个指标就是收锤标准中的主要指标。桩端持力层就是定性掌控，最后科孔度或最后1m大锤数就是定量掌控。当然，主要指标也可以随着工程条件相同而不所相同，例如摩擦桩，上述三个指标都不是主要指标，桩长才就是主要往下压掌控指标。就是摩擦端承桩，上述三个主工指标也可以随着地质条件的变化而变化，例如强风化岩上面存有10多米甚至更薄的柔软风化残积土层，管桩桩端持力层并非一定必须追到强风化岩层，大致步入柔软风化残积土层，管桩桩端持力层并非一定必须追到强风化岩层，大致步入柔软的风化残积土层8m左右即为必须满足用户设计承载力和下陷建议，若死死地拉住非追到强风化残积土层不容的观
20、点，有时桩的总大锤数最高达超过30004000箭，这对工程质量并无益处，每米进尺大锤数也就是一个不可忽视的参照指标，通过观察桩的每米进尺大锤数，可以确切地窥见桩长范围内土层的软硬件及厚度，甚至可以推论桩细长步入强风化岩层的深度，为浇筑收锤提供更多直观的信息。所以，一定必须具体情况具体分析，无法指出列举这么多收锤指标，收锤环评时一定必须全部舍韦这些指标不容，必须有所侧重于，突出重点，把握住主要矛盾，参照其他指标，并作综合评定。否则，又可以迈向事物的另一端，引发代莱工程质量问题。如何确定收锤标准？一般的规范都提出“宜通过试打桩确定”。通过试打桩可以了解管桩的可打性，验证选锤的合理程度，提出较适合实
21、际的收锤标准。问题是大多数工程，试打桩以后没有立即进行静载荷试验，一般要等工程桩全部打完以后再做静载荷抽检，万一当初试打桩时收锤标准定得不当，等最后的静载荷试压结果出来，发现桩的承载力达不到设计要求，为时已晚，挽救非常困难，因而不少设计人员在试打桩时往往将收锤标准定得非常苛刻，从而与施工发生矛盾，为解决这一矛盾，笔者推荐有PDA打桩分析仪配合柴油打桩机进行现场试打桩，可以尽快地得出比较合理的收锤标准，方法是：试打桩应选在地质钻探技术孔附近，按不少于1%工程桩数量且不少于3根进行；按地质资料提供的桩入土深度再加长34m作为配桩长度，用柴油锤按常规方法施打；桩尖接近持力层时桩头外装上传感器，启动P
22、DA，继续锤击；根据土的性质估计土的恢复系数，如在粘性土层，取恢复系数=1.21.25；砂土层取=0.91.0；当PDA显示瞬时阻力为2 Rk/时停止锤击，记下每米锤击数、入土深度，测出最后贯入度，分析桩尖进入持力层深度；经过24h再复打一次，若PDA测出的瞬时阻力达到2 Rk时，说明恢复系数估计正确，前一天测得的收锤指标可以作为今后施打试桩附近的管桩的收锤验收标准。整个场地几根试打桩完成后，经过综合分析，可提出整个场区的统一收锤标准，也可根据不同情况，分别提出不同的收锤标准。全部工程桩打完后，再选一些试打桩作静载试验，进行动静对比。这样做，一般不会出什么问题。2.4不必应用领域管桩的工程地质
23、条件问题设计者如果不介绍不必应用领域预应力管桩的地质条件而设计应用领域预应力管桩，那么一定不能发生工程质量事故。广东地区存有过不少的失利实例。笔者存有过这方面的文章总结文章，谈论了四类不必应用领域管桩的工程地质条件，其中孤石和障碍物多的地层、存有柔软夹层且又无法做持力层的地区不必应用领域管桩，道理显而易见，此外不再可知。下面重点深入探讨其他两类不必应用领域预应力管桩的工程地质条件。2.4.1石灰岩(岩溶)地区石灰岩无法搞管桩的持力层，除非石灰岩上面存有可为管桩抱持力层的其他岩土层。大多数情况下，石灰岩上面的全面覆盖土层属硬土层，而石灰岩就是水溶性岩石（包含其他溶岩）几乎没强风化岩层，基岩表面就
24、是新鲜岩面；在石灰岩地区，溶洞、溶沟、溶槽、石笋、圆柱形等等“喀斯特”现象相当广泛，在这种地质条件下应用领域管桩，常常可以出现以下工程质量事故：管桩一旦沿着覆盖层就立即碰触至岩面，如果桩细长不出现位移，那么科孔度就立即显得不大，桩身回调特别难受，管桩很快发生溃环现象：或桩细长变形、或桩头击碎、或桩身脱落，损坏率为往往高达3050%。桩细长碰触岩面后，很难沿弯曲的岩面位移。有时桩身忽然弯曲，断桩后可以很快被辨认出；有时却慢慢地弯曲，至一定的时候桩身被撞断，但难于辨认出。如果覆盖层深而软，桩身跑位相当显著，即使桩身不撞断，成桩的弯曲率为大大少于规范建议。施工时桩长很难掌控，配桩相当困难。桩长参差不
25、齐相差悬殊就是石灰岩地区的普遍现象。桩细长只落到基岩面上，周围土体镶嵌江崎不大，桩身稳定性高，有些桩的桩细长只有一部分在岩面上而另一部分却悬空着，桩的承载力难以获得确保。在岩溶地区浇筑，时常可以看见一种浇筑的假象：当一根桩的桩细长附近的桩身混凝土被击碎以后，碎裂处以上的桩身混凝土随着上部大锤浇筑而连续不断地毁坏，表面来看，大锤一下桩向上科孔一点，实质上这些大锤能量都用作毁坏底部桩身混凝土并将其碎块侵蚀至四周的土层中，浇筑排钱深度仅仅就是个假象而已。1994年广州市西郊某工程，设计使用400管桩，用D50柴油锤施踢，挑Rk=1200Kn，其中存有一根桩整整打进73m，浇筑时每大锤一次管桩向上科孔
26、一点，未发现异常，但此地钻孔资料说明019m为软土，19.90m以下就是微风化白云质灰岩，管桩不可能将打进微风化岩。为了分析原因，设计者非政府勘探队在离桩边约40M处为展开迁调扣，当钻进地面以下1112m处为，遇到混凝土碎裂导致的，在这个工地上，相似这样的“极长桩”占到整桩数15%以上，给基础工程质量的检测和解决问题工作增添许多困难和麻烦。总之，凡是设计以石灰岩做持力层的打进式管桩工程，没一个设计师的日子就是不好过的。2.4.2从坚硬变异至特别柔软的地层大多数石灰岩地层也属这种“上软下硬，软硬件变异”的地层，但这里所指的不是石灰岩，而是其他岩石例如花岗岩、砂岩、泥岩等等，一般来说，这些岩石存有
27、弱、中、微风化岩层之分后，管桩以这些基岩的弱风化层作桩端持力层就是相当理想的，不过有些地区，基岩中缺乏强风化岩层，且基岩上面的覆土层比较坚硬，在这样的地质条件下打管桩，有点类似石灰岩地区，桩细长一碰触软岩层，科孔度就立即变大甚至为零。石灰岩地层溶洞、溶沟多，岩面地条叶不平，而这类非溶岩面通常比较平缓，成桩的弯曲率为没石灰岩地区那么小，但浇筑的损坏率为并不高。在这样的工程地质条件下打管桩，不管管桩质量多不好，施工技术多高明，桩的损坏率为仍然可以很高，这是因为中间缺乏一层“缓冲器层”。这个道理如同绑铁钉一样，铁钉钉入存有弹性的木板时，敲打一下进来一些，不能出现什么问题；铁钉若想打进柔软的岩石时，只
28、要敲打几下就被弯角而折屈。这样的工程地质条件在广州、佛山、三水、中山、深圳等地都碰到过，打管桩的损坏率为低超过1020%，因此，有些工程半途改为桩型，有些搞修补措施，有些也弄得难以收场。实际上，基岩上部全然并无强风化岩情况比较少见，但有些强风化岩层很厚，只有几十厘米，这样的地质条件应用领域管桩也就是弊多利少。有些工程整个场区的强风化岩层较薄，只有少数顺台下强风化的岩层很厚，那么，这少数钢箱梁中的桩，收锤科孔度必须收紧，单桩承载力设计平方根减少，适度减少一些桩，也就是可以解决问题的。以上深入探讨的就是踢式管桩不必新颖的工程地质条件，如果就是使用静压方法情况就相同了，有些不必应用领域管桩的工程地质条件也可以应用领域项松茂了，所以小吨位静力压桩法就是小存有发展前景的。文章