浅谈预应力管桩抗压设计中应注意的问题

随着经济的发展,城市中各类高层建筑拔地而起,作为高层的基础部分往往在整个建筑物投资中占据了很大的比例。而高层基础往往采用桩基础,因此,如何选择合理的桩基础形式,对于保证安全,节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。

作为设计人员,我们应该对每个建筑物的勘察报告进行仔细分析,对桩基础设计中值得注意的问题进行探讨。下面就预应力管桩抗压设计中应注意的几个问题进行讲述。

1 管桩抗压设计时应注意的问题

(1)持力层的选择问题。预应力管桩同其他桩型一样,也有其一定的适用范围。首先应该明确的是管桩不可能打入中风化岩和微风化岩层,管桩桩端持力层应选择为强风化岩层、坚硬的粘土层或密实的砂层。管桩的应用受到地质条件的较大限制,主要表现在:孤石和障碍物多的地层及有坚硬夹层却不能作为持力层时不宜使用或慎用,否则桩身容易破裂,导致废桩太多;在基岩面不规律且起伏不平的地区,会导致桩尖受力不均匀,宜慎用预应力管桩。(2)预应力管桩桩型的选择问题。应根据不同的地质情况和施工条件选用合适的规格。若持力层埋深较深,管桩以侧阻力为主,属摩擦桩或端承摩擦桩,一般选用PTC桩,长径比不宜大于80。当持力层埋深较浅,端承载力较大时,相应要求桩身强度较大,管桩宜采用PHC桩或PC桩,以避免沉桩时最后将桩打碎,此时若中间层松软,则管桩的受力状态类似于柱,其长径比控制应更为严格,最佳长径比区间以30~60为宜。设计时,应首先暂定桩径,根据公式求得单桩承载力,得到相应于承载能力极限状态下荷载效应基本组合,单桩所受竖向力设计值后,进行桩身强度验算。在此过程中,通过桩径和桩型调整,以保证同时满足单桩承载力和桩身强度两方面的同时,尽量以桩身强度控制单桩竖向承载力特征值,用足桩身强度来保证设计经济性。(3)终止压桩的问题。压桩时,以压桩力和桩长双控指标,将会过高估计土的动强度,具有过高的安全度,造成浪费。压桩力达到设计值时,但桩长尚未达到设计预定值时,可以停止压桩。(4)单桩承载力问题。管桩的竖向承载力按现行规范公式计算普遍偏低。对于入土深度40m以上的超长管桩,采用现行规范提供的设计参数,是可以求得较高的承载力。但对于一些桩端进入强风化岩的情况下,按现行规范提供的设计参数计算,承载力远远偏小,有时计算值要比现在实际应用值小一半左右。事实上,管桩有其独特之处,管桩穿越土层的能力比预预制方桩强得多,管桩桩尖进入风化岩层后,桩尖附近的持力层发生剧烈的挤压加固作用,桩尖附近的强风化岩层已不是原来的状态,岩体承载力几乎达到中风化岩体的原状水平。桩间距大小影响管桩的承载力:规定桩的最小中心距是为了减少桩周应力重迭,也是为了减少打桩对邻桩的影响。《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)规定挤土预桩排数超过三排(含三排)且桩数超过9根(含9根)的摩擦型桩基,桩的最小中心距为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,有的一个大承台含有管桩200余根。如果此时桩间距仍为3.5甚至3.0,打桩引起的土体上涌现象很明显,有时甚至可以将施工场地地面抬高1米左右,这样不仅影响桩的承载力,还可以将薄弱的管桩接头拉脱。因此高层建筑主楼的管桩基础,最小桩间距为4.0,有条件时采用4.5,这样挤土影响可大大减少,对保证管桩的设计承载力很有帮助。当然,太大的桩间距又会增加桩承台的造价。对静载试桩荷载最大值的不同理解将会引起对管桩承载力的不同评价:现行基础规范采用RK和R两种不同承载力表达方式,Rk是单桩的竖向承向承载力标准值,R是单桩竖向承载力设计值,对桩数为3根或3根以下的桩承台,取R=1.1 R k,四根或四根以上的桩承台取R=1.2 R k。检验单桩竖向承载力时是用2Rk还是用2R来进行静载荷试验?不少设计人员往往要求将二倍的单桩承载力设计值作为静载试验荷载值来评价桩的好坏。这是一种误解。按规范要求,应以2 R k作为最大荷载值来检验桩的承载力,因为2Rk等于单桩竖向极限承载力。如果用2倍单桩承载力设计值,也即用2.4Rk或2.2Rk(大于极限承载力)为最大荷载来试压,对一些承载力富余量较多的管桩,是可以过关的;对一些承载力没什么富余的管桩,按2Rk来试压,是可以合格的,按2.4Rk来试压是不合格的,结论完全不一样。(5)管桩抗锤击力。锤击压应力:桩头上锤击压力的大小取决于多种因素,如桩锤重量,桩锤落程或锤击速度,桩垫的软度厚度,打桩施工控制情况,现场土质条件以及沉桩贯人要求等。若桩锤较轻,或桩锤落程太大,或桩垫既硬又薄,或施打操作不合理,或桩底土层异常坚硬,但又须强行打人时,就有可能在桩体引起很大的锤击压应力,以至将桩打坏,所以在混凝土桩的设计中曾有提高混凝土抗压强度的倾向。但当桩锤选用合适,落距控制合理重(1)锤低打,衬垫既软又厚并及时更换,施打操作亦能严加控制时,则在通常的土质条件及合理的贯入要求下,打桩的锤击压应力就不会很高,既可顺利地沉桩到位,又可避免桩破损。锤击压应力极易变化,需通过适宜的打桩施工技术尽量降低。而在桩体设计中提高混凝土强度,也应结合具体情况进行考虑。(2)混凝土抗压强度:国内在年代研制预应力管桩时已认识到混凝土强度对打桩的重要性,将强度从普通管桩时的3.5k N/cm2提高到3.5 k N/c m 2,后又提高到5 0 N/m m 2、6 0 N/m m 2。但即使管桩混凝土土强度等级为C45,也可满足正常情况下的打桩需要,并具有很好的耐打性。在国内曾发生过的打桩破坏事例中,有些是由于施工引起的,如桩垫不合适,有的是制造引起的,如局部的成形缺陷。这两方面的问题均应采取措施解决。国内的某些习惯做法应予以改进。研究这个问题也需考虑管桩的截面因素。设将550mm管桩的璧厚从80mm增至100mm或120mm,即将截面面积增大20%或30%,这在提高管桩的抗压力或抗打击性上,与提高混凝土强度20%或40%是等效的。为了过好打桩关,适当提高混凝土强度是必要的,但若付出过高代价去追求高强未必值得。除特殊工程或有特殊要求者外,预应力管桩混凝土采用5060N/mm2的设计强度一般可以满足需要,但需改善打桩施工技术和保证管桩成形质量。

2 结语

与其他传统桩型相比,预应力管桩具有设计简洁、施工快速、质量可靠等明显优势,尤其适用于持力层较深的摩擦桩型。施工过程中,应采取制定合理的打桩顺序、原位引孔、设置防挤沟和泄压孔等,以保证桩基的质量。桩基工程是一繁重而复杂的过程,我们设计人员一定要考虑到每一个环节,统筹兼顾,从各方面使之合理化。好的设计不仅仅是要保证建筑物安全,更要使设计经济合理。

摘要：预应力管桩具有设计简洁、施工快速、质量可靠等突出优势,因此在工程设计中得到了大量的应用。本文主要讲述了在预应力管桩抗压设计中应注意的几个问题。

关键词：预应力管桩,抗压桩,抗拔桩,单桩承载力