静压预应力管桩的设计施工

关键词 静压管桩；适用条件；管桩设计；施工控制；终压力

　　1 静压预应力管桩发展概况

　　静压预应力管桩的使用是最早上海在20世纪60年代研究和应用的。到了20世纪80年代，随着压桩机械的发展和环保意识的增强，静压预应力管桩得到了进一步的推广和应用。而到了90年代，静压预应力管桩适用的建筑物不仅有多层和中高层，也可以在20-35层的高层建筑使用。目前在我国的大部分地区尤其是以武汉、上海、南京、广州及珠江三角洲等地区应用的较多。自2001年辽宁省引进该项技术后，由于预应力管桩具有施工工期短、承载力高及造价较低等优点，得到了迅猛发展及推广应用。本文针对静压预应力管桩在设计和施工中存在的问题进行了探讨。

　　2 静压预应力管桩的技术特点

　　静压预应力管桩在实践应用中解决了部分桩基础施工无法克服的问题，在市区、学校、医院等对振动、噪声、污染有严格要求的地区取得了较好的成果。静压预应力管桩在施工中利用了压桩过程中的直观性，解决了由于地质条件的复杂而产生的不可预见性，从而为桩基础设计提供了桩基承载能力的可靠性。

　　静压预应力管桩的主要优点如下：

　　1）施工时噪声小、振动小适合于在城市中和对噪声有要求的区域内的施工；2）施工过程中，桩身产生的应力比锤击法小，且在施工过程中不会出现拉应力，因此可以减少桩的配筋，降低造价。3）管桩在工厂中制作，质量安全可靠。在沉桩过程中可记录压桩全过程的压桩力，有经验的施工人员可根据终压力、桩的入土深度及土质情况比较准确的估算处单桩承载力；4）施工速度快，工效高，工期短。

　　静压预应力管桩的缺点和局限性：对场地要求高，在新填土、淤泥及积水浸泡过的场地施工会造成机器下陷。存在一定的挤土效应，在数量多布桩密集地区施工，会造成对旁边桩和建筑物的危害。静压预应力管桩在砂土地层施工时应对压桩的可行性应进行判断。

　　3 静力压桩适用的条件

　　3.1 土层的性质

　　静力压桩是依靠设备自身的重量克服压桩阻力，将桩沉至持力层的。在沉桩前应对土层的性质进行研究。对于高压缩性粘土层或砂性较轻的软粘土层，沉桩的成功率较高。而当土层含有砂层时，需根据砂层的厚度、相对密度、压桩能力等进行综合的

　　分析。

　　3.2 设备自身的能力

　　压桩设备有轻重之分，一根桩能否被压下去，与压桩设备大小有很大关系。根据沈阳地区桩端为砂土层的情况，静压桩的压入力与桩的极限承载力关系如下：

　　Qu=K·Q

　　式中：Qu—桩的极限承载力（kN）；

　　Q—压入力（kN）；

　　K—与土层有关的系数。

　　静压桩的设计内容包括：收集设计资料，选择桩型，桩身设计，选择桩端持力层，确定桩长、单桩承载力特征值、桩距、如何布桩，承台设计等。

　　4.1 确定桩型

　　辽宁地区一般选用高强度预应力混凝土管桩。桩径可视具体工程，一般选择直径300 mm~600 mm。同一工程中桩的规格、型号不应太多，以免造成施工混乱。

　　4.2 桩端持力层的选择

　　为了充分发挥预应力管桩的高强度特性（混凝土等级为C80），通常要把桩压到坚硬的持力层来得到较大的端承力。深基础滑动破坏面发生在桩底以上约6d和桩底以下约2.5d范围内，所以该范围内土层的性质对桩的承载能力十分重要，要求嵌入坚硬的岩石层。根据《建筑桩基技术规范》（jGj94-2008），静压桩全截面嵌入持力层深度，对于粘性土、粉土不宜小于2d，砂土不宜小于1.5d，随时土不宜小于1.0d。当存在软弱下卧层时，桩端以下持力层的厚度不宜小于4d。静压桩能观察到压桩力，所以桩端进入持力层的深度容易判断。

　　4.3 确定桩长

　　确定桩长时要对静压桩穿透土层的能力，即沉桩可能性进行预测，确定桩长，这样既能保证桩的承载能力又能保证桩端嵌入持力层的深度。可根据不同地区的经验，结合土层的标准贯入试验锤击数或静力触探试验，确定或预测桩长。

　　4.4 静压桩的竖向承载力

　　静压桩施工的最终压力与周围土壤的摩擦力和单桩承载力特征值是相关的。在桩周围土壤为粘土、粉质粘土等固结系数较高的时，静压桩最终获得的极限承载力会比压桩时的最终压力高出很多（有时达到2倍以上），这种程度与土的性质、桩长、桩间距、固结时间等因素有关。在砂层中成桩时，由于砂层的渗透系数较大，沉桩产生的孔隙水压力迅速消散，压桩阻力随桩入土的深度增大而增大。当以砂层为持力层时，在终压力作用下，砂颗粒之间的咬合和摩擦作用提供的反作用力使桩处于动平衡状态。卸载后一定时间内砂粒之间会产生部分错动，颗粒重新排列，桩端阻力和桩侧阻力会有所降低，桩的极限承载力可能会比终压力小。一般地基往往是介于粘性土层与砂性土层之间。单桩极限承载能力是对土体的相对稳定的长期抗力检测，而沉桩的终压力实际上反映的是土体对桩的短时间的抗力。可以将终压力看作是广义的零时刻的极限承载力。

　　4.5 桩数和桩距

　　静压桩是挤土桩，如果布桩过密，先压入的桩就有可能受后压入的桩的影响而被拱起来，因此严格按照《建筑桩基技术规范》（jGj94-2008）规定的桩距来布桩。在有条件的桩施工时，应跳花施工，待第一批桩浇灌混凝土强度达到5 MPa后，再施工相邻桩。

　　5 静压预应力管桩的施工

　　液压桩机对桩的压力通常是由水平方向的液压千斤顶来完成的，称为抱压式或抱箍式。在抱压处桩体受力处于复杂三维应力状态，在压桩力较大时可能对桩头、桩身产生破坏。因此对于预应力管桩桩身允许的压力为：

　　Pjmax≤0.45（fck-σpc）A

　　式中：fck—混凝土轴心抗压强度标准值（kPa）；

　　σpc—混凝土有效预加应力（kPa）。

　　一般情况下，除保证桩长及桩尖入持力层深度应该满足设计要求外，还要控制终压值Q的大小。这种关系与工程地质构造情况关系较大，与桩的长度以及所在的持力层关系也有一定关系。

　　6 结束语

　　静压管桩技术在我省的应用时间较短，静压管桩工程尚处于实践阶段，但随着静压管桩技术的广泛应用和发展，以及人们对静压管桩的理论研究和工程实践经验的积累，相信静压管桩技术将会不断地得被提高。

　　参考文献

　　[1]林本海,王离.静压桩承载性能的分析研究[A].第九届土力学及岩土工程学术会议论文集,2003.

　　[2]王宁伟,李天琪.静压管桩技术在在沈阳地区的应用[J].沈阳建筑工程学院学报,2004,3.

　　[3]张明义.静力压入桩的研究与应用[M].中国建材工业出版社,2004.

　　[4]jGj94-2008.建筑桩基技术规范[M].中国建筑工业出版社,2008.