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1、预应力管桩的应用 （主题：管桩基础的设计）,王 离 (教授级高工)广东省土木建筑学会 (2009年4月 青岛),内 容 提 要一、管桩基础设计和施工的基本概念 二、管桩基础的设计 三、管桩基础施工的几个问题,一、管桩基础设计和施工的基本概念,1.1 遵从的规范、标准和理念 1.2 管桩的规格和型号 1.3 管桩的接头 1.4 管桩的桩尖 1.5 管桩基础施工方法 1.6 管桩桩端持力层的选择 1.7 管桩不宜采用或慎用的地质条件 1.8 管桩的选用原则（广东做法） 1.9 管桩基础的防腐蚀措施（广东做法） 1.10 管桩桩身竖向抗压承载力设计值,1.1 遵从的规范、标准和理念,可遵从的规范和标
2、准：预应力管桩的产品质量国家标准是：先张法预应力混凝土管桩GB134761999，2008年已作修订，新标准今年会发布实施，编号为GB134762009.管桩基础的设计规范有：国家标准建筑地基基础设计规范GB500072002；行业标准建筑桩基技术规范JGJ942008；各省（市）地方标准管桩基础技术规程，其中浙江、福建、辽宁、云南、黑龙江、湖北、吉林、广西、广东等省（市）都陆续出台了有关规程；如：广东省标准锤击式预应力混凝土管桩基础技术规 程DBJ/T 15222008；广东省标准静压式预制混凝土桩基础技术规程（在编）。,基础设计的一些理念：工程地质各地千变万化，因此，基础工程也是要因地制宜
3、。国家和行业标准是管全国的，当地的设计和施工经验是十分宝贵的，要尊重当地的经验。规范（规程）中的技术水平不是最先进的，是成熟技术、通用技术的总结，对初入行的工程技术人员起一个引导和规范的作用，“照样画葫芦”不会出大偏差。规范（规程）往往与采用新技术有矛盾。工程师要学会“将复杂问题简单化”的本领。有人说搞地基基础，“三分靠理论，七分靠经验”，这是对的，但我认为: “三分靠理论，五分靠经验，还有两分运气在里边！”,1.2 管桩规格和型号,按外径分为 ：300、400、500、600、以及700、800、1000、1200、1300、1400mm等规格。常用管桩外径：300、400、500、600m
4、m按混凝土有效预压应力值和管桩的抗弯性能分为： A、AB、B和C型有效预压应力值分别为：A型 4.0MPa AB型 6.0MPa B型 8. 0MPa C型 10. 0MPa,常用PHC管桩的构造和承载力,根据国家标准混凝土结构设计规范、工业建筑防腐蚀设计规范的要求，新的国家管桩标准GB134762009对管桩的保护层厚度加大了许多，主要是提高管桩基础的耐久性，延长建（构）筑物的使用年限。新标准是这样规定的：外经300mm管桩预应力钢筋的混凝土保护层厚度不得小于25mm，其余规格管桩预应力钢筋的混凝土保护层厚度不得小于40mm。注：用于特殊要求环境下的管桩，保护层厚度应符合相关标准或规程的要求
5、。,管桩的保护层与预制混凝土实心方桩的保护层有些不同，实心方桩只有一个外保护层，管桩是空心的，因此，有个内外保护层问题，内外保护层的要求应是一样的。另外，保护层厚度从主筋的外边算起，还是从主筋外面的箍筋表面算起，从防腐蚀机理看，应从箍筋表面算起，国标工业建筑防腐蚀设计规范GB 50046 2008是这样规定的：保护层厚度不应小于35mm。而管桩标准的保护层是按预应力钢筋表面算起，不应小于40mm，对于常用管桩来说，还是符合防腐要求的。,旧标准是以预应力钢筋外的混凝土厚度作为混凝土保护层厚度，规定不小于25mm，显然，新标准对保护层厚度有较大的变动。因300管桩壁厚只有70mm，预应力钢筋放在壁
6、中间也达不到要求，所以还维持原样。因此300管桩只能用于次要工程。由于保护层厚度加大，相应的预应力钢筋的布置位置要内移，而管桩抗裂弯矩和极限弯矩值比原来略有提高，所以钢筋用量要适当增加。新标准中还列出了各种规格管桩的最小配筋面积，这是旧标准所没有的。,目前主要是电焊接头,电焊接头坡口示意图,1.3 管桩的接头,电焊可分手工电弧焊和二氧化碳气体保护焊。手工电弧焊一般由两个焊工对称焊接，焊接应逐层进行，层数不得少于两层，最好是两层三道，焊缝表面应呈连续鱼鳞状。当用二氧化碳气体保护焊焊接时，也不得少于两道，速度不要太快，焊缝应饱满。,关于电焊工作时间问题：两个焊工对焊时，正常情况下：300管桩接头焊
7、接时间为810min；400管桩接头焊接时间为1215min；500管桩接头焊接时间为1522min；600管桩接头焊接时间为2228min。,关于焊完后停歇时间的问题：国家标准建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002 规定电焊结束后停歇时间1.0min，广东省原管桩规程DBG/T152298规定自然冷却时间不宜少于8min。为防止焊缝附近桩身混凝土被烧伤或急速冷却使混凝土疏松，停歇时间不宜太短，广东新打桩规程规定：手工电弧焊的接头自然冷却时间不应少于5min，二氧化碳气体保护焊不应少于3min。,1.4 管桩的桩尖,常规桩尖： 十字型、圆锥型、开口型 特殊桩尖： 锯齿型等 桩
8、尖的主要功能：导向；挤土；护桩；破岩；嵌岩；止水。广东打桩规程规定：直径不大于600mm的管桩， 一般情况下，均应采用十字型桩尖。理 由：充分发挥管桩桩身空心的特色，成桩可用目测或灯光照射或孔内摄像对桩身质量进行检测，并可直接测量桩的入土深度。,开口桩尖不等于不用桩尖，广东新打桩规程为此特别规定：不得采用未设桩尖的管桩基础。许多设计和施工人员往往认为开口桩尖就是不设桩尖，这是一个误区。管桩两头端板处的预应力钢筋的镦头是裸露的，若不设桩尖，管桩进入岩土内镦头也是裸露的，没有保护层，结构上是不允许的。,1.5 管桩基础施工方法,1 锤击法：柴油锤液压锤 2 静压法：抱压式液压压桩机顶压式液压压桩机
9、 3 引孔打（压）法我国常用的管桩施工法为锤击法和静压法，两种不同施工法的管桩基础其设计方法也不同。,1.6 管桩桩端持力层的选择,管桩基础特别是摩擦端承桩宜选择：强风化岩或坚硬粘性土、密实砂土等岩土层作为桩端持力层。当有效桩长大于25m时或端承摩擦桩，可选择：全风化岩、中密密实砂土层、硬塑坚硬粘性土等岩土层作为桩端持力层。成都以密实卵石层作持力层。广东地区自2004年后每年的应用管桩量均超过7000万延米，2007年产量高达9748万延米， 至今共使用管桩5亿多延米，其中三分之二左右的管桩基础是以强风化岩层（N50）作为桩端持力层。 广东地区的管桩有效长度：最短为45米，最长60米左右。预应
10、力管桩对持力层起伏大的地质条件适应性强！,根据我国二十年应用管桩的经验表明：锤击式预应力管桩桩端可打入N5060的强风化岩层12m，不能打入中风化岩层；静压式预应力管桩最多可压至N50的强风化岩层的表面。这是每个设计和施工人员首先要明确的基本概念！下面一份青岛鲁岳梦境江南小区的静载试验资料表明管桩桩端进入中风化花岗岩层，恐怕有误。,根据广东应用管桩的长期经验，岩土工程勘察中较重视标准贯入试验。标贯试验好似模拟打桩，其测试验成果较适合锤击式预应力管桩的应用。管桩基础的岩土勘察强调标准贯入击数应采用修正后的标准贯入击数，以便能正确地确定桩端持力层埋深和桩的入土深度，便于合理配桩。国家标准岩土工程勘
11、察规范GB50021，若用标准贯入击数来划分岩土类别时，采用的是实测标准贯入击数N，如N 50为强风化岩；50 N 30为全风化岩；N 30为残积土，与我们打桩压桩时所指的强风化岩容易混淆。,修正后的标准贯入击数 N 可按下列公式计算：N =N式中 N修正后的标准贯入击数；N实测标准贯入击数；触探杆长度校正系数，可按下表采用。,许多行业和地方性岩土工程勘察规范包括国家标准，都认为当现场做标准贯入试验时，锤击数50时，可终止试验，并记录实际的贯入深度。但我们从上页可知，预应力管桩基础桩端可达N5060的强风化岩层，这是经深度修正后的标准贯入击数，若桩长为40m，修正系数可达0.50，则实测标贯击
12、数要达100击才能满足打桩要求。所以，广东的打桩规程是这样规定的：当锤击数已达100击而贯入深度不足30cm时，可终止试验，并应记录100击时的实际贯入深度。,1.7 管桩不宜采用或慎用的地质条件,1 桩端持力层以上的覆盖层中含有较多且难以清除又严重影响打桩的孤石、风化球或其他障碍物； 2 桩端持力层以上的覆盖层中含有不适宜作桩端持力层且管桩又难以贯穿的坚硬夹层； 3 基岩面上没有合适持力层的岩溶地层；,4 非岩溶地区基岩以上的覆盖层为淤泥等松软土层，其下直接为中风化岩或微风化岩层；或中风化岩面上只有较薄的强风化岩层(俗称上软下硬、软硬突变）； 5 桩端持力层为遇水易软化且埋藏较浅的风化岩层；
13、 6 地下水或地基土对管桩的混凝土、钢筋及钢零部件有强腐蚀作用的岩土层。,关于持力层为强风化泥岩的问题。在广东地区，有这么一种情况出现：以强风化泥岩以及含泥量较多的强风化、全风化花岗岩层做持力层的管桩基础，收锤时发现不了什么问题，甚至做静载荷试验单桩竖向抗压承载力也能达到设计要求，但过了二三十天，若这根桩再做静载荷试验，发现单桩竖向抗压承载力降低，桩的沉降量加大；若进行复打，这些原先已收锤的桩，又可以打下去几十厘米甚至13米。,究其原因，主要是桩尖附近进了水，强风化泥岩遇水就软化，含泥较多的强风化花岗岩体发生崩解，于是桩端土承载力大大降低。但又不全是这样，有的地区强风化泥岩为桩端持力层的管桩基
14、础，不存在持力层软化而承载力减少的问题 。青岛的同行们需要注意这一现象是否存在。,广东新打桩规程对这种情况专门列了一条：当管桩基础的桩端持力层为强风化、全风化泥岩或其他遇水易软化或崩解的风化岩（土）层时，设计应注意下列问题：1 单桩承载力问题：此时的单桩承载力特征值应比常规情况下降低20%30%，甚至更低；入土深度较短的桩，单桩承载力特征值宜通过试验桩确定。2 桩尖的密封性问题：应采用封口型桩尖，焊缝要连续饱满不渗水，且宜在施打过程中往桩孔底灌注高度为1.52.0m的C30细石混凝土。3 送桩深度问题：送桩深度不宜超过1.0m。,以上主要指锤击式管桩基础，静压式管桩除了以上列出的六条外，还有两
15、条不宜应用： 现场地表土层松软承载力特征值100kPa且又未经处理因而容易发生陷机的地质条件； 桩端持力层为中密密实砂土层且其上覆土层几乎全是稍密中密砂土层。,1.8 管桩的选用原则（广东做法）,1 管桩（PHC桩、PC桩）适用于非抗震和抗震设防烈度6度、7度和8度的地区。建筑桩基技术规范JGJ 94 2008第3.3.2条抗震设防烈度为8度及以上地区，不宜采用预应力混凝土管桩（PC）和预应力混凝土空心方桩。 2 用于抗震设防烈度8度地区的管桩基础工程，宜选用AB型或B型、C型管桩，且所选桩型的各项力学指标应满足管桩基础的实际受力情况。 3 工程地质条件较复杂的管桩基础工程宜选用AB型或B型、
16、C型管桩。,4 设计等级为甲级的管桩基础工程，宜选用AB型或B型、C型管桩，不得选用桩身合缝和端头有漏浆的管桩，不得选用300管桩。 5 在地下水或地基土对混凝土、钢筋和钢零部件有腐蚀的环境下应用的管桩基础工程，应选用AB型或B型、C型且桩身不得有漏浆的管桩，不得选用300管桩，同时应按有关规定根据不同的腐蚀性等级采用相应的抗腐蚀措施。 6 抗拔桩宜选用AB型或B型、C型管桩，不得选用300管桩，同时应按有关规定，选择合适的管桩接头型式以保证抗拔桩的工程质量。,1 用于弱腐蚀或中腐蚀环境下的管桩，其钢筋的内外保护层厚度均不应小于40mm（海港工程用管桩应按有关行业标准执行），所采用的预应力钢筋直径不应小于9.0mm；桩尖宜采用封口型。 2 在强腐蚀环境下，不宜采用管桩。当必须选用管桩时，应经试验论证，并采取可靠措施，确能满足防腐蚀要求时方可使用。 3 管桩基础应减少接头数量，宜采用单节管桩。若需接桩时，接头宜设置于微腐蚀性土中；位于中腐蚀土中的接头，接桩钢零部件应涂防腐蚀耐磨涂层或增加焊缝厚度，其腐蚀裕量不应少于2mm。,
