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1、2 . 1 。 预应力管桩在高层建筑中的应用蔡长赓( 广州军区建筑设计院， 5 1 0 0 7 5 )【 提要】 本文就预应力管桩的适用范围， 单桩承载力确定和管桩的施工等问 题，作了简要叙述可供设计和施工参考。、前言预应力混凝土管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型方法制成的一种空心圆柱型钢 筋混凝土预制桩， 它是在传统预制混凝土方桩的基础上发展起来的。 华南地区自1 9 8 4 年开 始研制和应用预应力管桩，目 前已 有数十家工厂生产，年产量达数百万米，广泛用于工业 与民 用建筑。 效果较好。预应力管桩与人工挖孔桩、钻 ( 冲)孔灌注桩是华南地区高层建 筑常用三种主要桩型。现就预应力管桩在高
2、层建筑工程中应用的有关问题简要叙述如下。二、适用范围及条件管桩分预应力混凝土管桩 ( 代号 “ P C “ )和高强度预应力混凝土管桩 代号 “ P H C “ ) , P C管桩离心混凝土强度等级不得低于C 5 0 级， P H C管桩不得低于C 8 0 级。管桩节长一般 不超过 1 2 m，各厂均有几种不同长度的桩节供用户选用。在噪音不受限制的地区地段，当 地质条件及周围环境适合打预制桩的工程应优先采用承载力高、 质量有保证的预应力管桩。 而在市区内，环境噪声污染防治规定，禁止使用锤击桩机。近几年来，华南地区购置了大 吨位静力压桩机，目前已有 Y Z Y - 3 8 0 型、Y Z Y -
3、 4 4 0 型、D Y Y - 4 6 0 型等多种压桩机，可以 静压预应力管桩，并在高层建筑中应用。常用的预应力管桩各项参数如表 1 ,预应力.桩各顶.数衰衰 1管桩外径 卢( mm)(m m )节长系列( m)混凝土强度等级 C桩尖可进人的土层一一一 桩 。 ， ， 一最后贯入度控创值 ( m m/ l 0 击)单桩竖向承 载力设计值( k N)3 0 06 5 或 7 06 ， 了 ，8，9, 1 17 0中密密实砂层硬塑坚硬土层3 . 4 6 . 22 0 - 3 05 0 0 - - 8 0 04 0 09 0 -9 77 , 8 , 9 ,1 0, 1 17 0 - 8 0中密一
4、密实砂层硬塑坚硬土层3 . 4 - 6 . 22 0 丸 4 09 0 01 6 0 05 0 01 0 07 , 9. 1 17 0 - - 8 0密实砂土，坚硬土层、强风化层7 . 2 - 8 . 22 0 - - 5 0一1 8 0 0 2 3 0 0l5 0 01 2 57 , 9, 1 17 0 - 8 0强风化层9 . 2 - 1 1 . 02 0 - 6 02 4 0 0 - 2 7 0 05 5 01 2 0 ( 1 2 5 )7 , 8, 1 07 0强风化层1 2 . 3 - 1 5 . 03 0 - - 6 01 8 0 0 -3 0 0 06 0 01 1 07, 9,
5、 1 18 0强风化层1 8 . 0 1 8 . 44 0 - 8 02 5 0 0- - 3 5 0 0管桩应用中应注意如下几点1 8 7( 1 )管径及壁厚的选择， 如属摩擦桩应尽量选取细长桩，由于其承载力主要由桩周摩 阻力起控制作用， 故其壁厚不必太大; 如属端承桩， 在满足长径比的前提下， 选用管径稍 大、壁厚较大的桩.( 2 ) 桩靴的选择， 预应力管桩的桩靴常使用钢桩靴， 当前常用的桩靴有a开口平底式， b . 封底十宇刃式， . 闭口 钝回锥式三种 ( 表2 ) 。 其中a 适用于摩擦桩， b , c 则适用于打人 强风化岩的端承桩。 试验表明， 对于同一土层 ( 岩层) 的端承
6、桩， 采用c 型桩靴的单桩承载 力要高于b型桩靴桩。桩赚类型班a名称结构图 透视图备注口开口平底桩橄 a进人土层中较易保持好进桩直线性， 容易穿过厚砂层， 构造简单 可利用端头板作桩N Oa封底十字用桩琉日霆 升较易保持桩直线性，穿进硬层性能较好， 适用于打穿坚硬地层， 如卯石层以至强风化岩层亡闭口饨口银形桩.份鬓 蒙 )适用于一般砂地层( 3 )桩距选择， 预应力管桩的桩中心距通常取3 d 。大面积密集群桩， 比如结构筒体承 台下的群桩， 由于桩之间产生较大的挤土作用， 其桩距宜大些， 框架柱承台下的桩数较少， 其 桩 距 酌 情 可 取 小 些。 筒 体 下 的 群 桩 为 了 满 足 桩
7、 根 数的 要 求 又 不 致 便 承 台 面 积 太 大， 当 相 邻桩距偏小，相互影响较大时，可考虑先钻孔 ( 孔径小于管桩)后打桩的施工方法。三、单桩 承载 力 问题管桩单桩竖向承载力的确定，常用方法是:按桩身撅定强度来确定;利用经验公式进 行估算;通过现场静载荷试验确定。管桩因管桩外径、壁厚、 棍凝土强度等级等因家而承载力不同。桩身额定强度， 上 海 地荃基础设计规范 D B 扣8 - 1 1 - 8 9 采用了 美国U B C和A C I 的计 算公式形式，桩身结构强度按下式验算:v 毛 ( 0 : 2 0 一 0 . 2 5 ) R一 0 . 2 7 a ( 1 )式中 。 桩身垂
8、直压应力，单位同R s1 8 8R 边长为2 0 c m的混凝土立方体试块的极限抗压强度; a p c 桩身截面上混凝土有效预加应力。 我国管桩生产厂家流行的算式是套用日 本和英国的公式，即R b =1 / 4 ( 关一。 、 ) A ( 2 )式中 R b管桩桩身额定承载力;f管桩桩身混凝土设计强度，如C 8 0 时，取f = 8 0 MP a ;a K 桩身 有效预压应 力，A 桩身有效横截面积。广东建设实业集团公司副总工王离高工提出了华南地区管桩单桩竖向承载力标准值的 经验公式:R , = 1 0 0 NA p +u p 和,; L ; ( 3 )式中 R k 管桩竖向承载力标准值;N桩
9、端处强风化岩的标贯值;A p 桩尖 ( 封口)投影面积;u p管桩桩身外周长;L ; 各土层划分的各段桩长，q . i 桩周土的 摩擦力标准值， 按G B J 7 - 8 9 规范附录十五所列数值的上限( 高值) 取用，强风化岩的4 ， 值取 1 5 0 k P a ,公式适用范围:( 1 )管桩桩尖必须进人N)5 0 的强风化岩层，当( 2 )当计算出来的R 大于桩身额定承载力R 、 时，由于管桩单桩竖向承载力设计值在 3 5 0 0 k N以 下， 因 此多数工程都是以静载荷试骏来确定其承载力。 图1 为番禺市某工程试桩F - : 曲线。该工程采用“ 5 5 0 管桩，壁厚 1 2 0 m
10、m,混凝土强度等级为 C 8 0 ，桩长 1 3 . l m,单桩承载力取 2 5 0 0 k N。该处地质情况为:粉质 粘土: L = 1 . 7 m , q , = 3 0 k P a ;粘土:L =8 . O m, ，二4 0 k P a ;强风化岩: L =3 . 4 m, q , =1 5 0 k P a ,按华南地区经验公式验算能满足R E =2 5 0 0 k N要N6 0 时，取N=6 0 ; 取R 为额定承载力R b .求。目前在高层建筑中采用静压预应力管桩也较为普 遍， 如珠海市翰高商业广场1 9 层商住楼，采用静压 “ 5 0 0 m m X 1 0 0 m m薄壁预应力
11、管桩， 贯穿1 2 二左右的 中粗砂层，桩尖贯人强风化岩 2 m，单桩承载力在 2 o o o k N左右;广州某 2 8 层商住楼，也采用静压 拓O O m m X l 0 0 m m管桩，平均桩长2 5 m，人强风化岩1 . 5 m，单桩承载力为 1 8 0 0 k N,1 8 9四、预应力管桩的施工管桩施工中应注意以下几个问题( 1 )打桩顺序:同一单体建筑一般要求先施打场地中央的桩， 后施打周边的桩。( 2 )桩锤及冲程的选择: 原则是 “ 重锤低击” ，以保证桩顶不易打碎， 桩机不易损坏， 又保证桩身能进人预定的深度，同时能提高工效。据理论分析及试验证明， 桩锤重量通常 不应小于单桩
12、极限承载力的1 / 1 0 0 ,( 3 )接桩质量控制:桩节的接头质量是管桩桩基质量的关键。 接头质量的 宏观要求是 既需保证桩的竖向承载力要求，又要使桩能承受一定的弯矩和剪力。管桩通常采用焊接接 头方法，施焊要对称进行， 焊缝要饱满， 焊接时间要控制恰当， 不宜太短也不宜太长， 其 次要做到焊接完成后， 经自然冷却一定时间 ( 一般不应少于1 0 分钟) ， 才可继续施打。( 4 )收锤标准: 纯摩擦桩以桩长来控制，端承桩以最后贯人度为收锤标准，贯人度太 大固然不行， 而强击次数过多致使贯人度太小也未必有利，通常情况下的贯人度以2 0 - 4 0 m m / 1 。 击为合适。 值得注意的
13、是， 最后贯人度并非预应力管桩的唯一收锤标准， 现场施 工时还应将最后三阵每1 0 锤的贯人度与总锤击数、最后l m的锤击数等参数综合衡量。( 5 ) 送桩要求: 一般工程的管桩都允许送桩， 无地下室的工程送桩浅些， 有地下室的 工程则要求送桩深些， 从保证管桩质量出发，送桩不宜太深。对于承载力较大的摩擦端承 桩， 送桩深度一般不宜超过2 m。 由于送桩需套上送桩器施打， 其锤击能量的传递损耗很大，当若因此送桩时的收锤贯人度要比不送桩的小，该贯人度的取值需通过现场试打桩后确定。 工程有地下室甚至多层地下室时，咯 由 2 s 成 a 由 加C 3 0 棍挂土.薄铁板 J 今2 3 图 2现场采用
14、先护坡后开挖再打桩的施工 方案，则可避免深送桩的弊病，但此 时应考虑打桩对支护结构的影响以及 现场可能降水时间长而增加费用等问 题。( 6 )承台与桩顶的连接: 不宜采 用ie 凿管 桩 壁以 阵出 预 应力钢 筋 并将 其伸入承台的连接方法。 宜采用经机 械截桩头后在桩顶预擂粗钥筋的连接 方法。桩顶灌注棍凝土的高度不小于 一米，且不小于2 倍团 桩直径，为满 足抗展要求，并增配螺旋筋。接头做 法如图 2 所示。( 7 ) 承台混凝土强度: 由于管桩的桩身混凝土强度高达C 8 0 ， 承台承受较大的局部受压， 故其混凝土强度等级不低子C 2 5 ,五、结束语预应力管桩由于具有承载力高、成桩质量有保证、耐打性好、穿透力较强、运输吊装 方便、施工快、工效高、接驳快捷、施工现场干净、成桩质量方便，特别是采用静压法沉1 9 0桩，克服施工噪音及振动大的缺点， 更加得到广泛的应用。同时由于承载力大，承台体积 小， 其综合造价比 钻孔桩节省2 5 % 3 0 %， 与 4 8 0 m m沉管灌注桩相接近， 有的甚至还稍 低，因此具有极大的发展前途。我们在工程实践中， 积累的经验不多，水平有限，不妥之 处，请指正。参考文献王离， 预应力管桩基础设计应注意的问题桩基工程技术， 北京:中国 建材工业出版社， 2结构设计统一技术措施. 广东省建筑设汁研究院，1 9 9 61 9 9 61 9 1
