PHC预应力管桩技术专题1 PHC 预应力管桩的发展历史混凝土管桩的出现已有近百年的历史随着混凝土技术的发展，上世纪 40 年代开发了钢筋混凝土管桩（RC桩），60年代开发了预应力混凝土管桩（PRC 桩）60年代在台湾省大量应用预应力混凝土管桩（PC ）我们国家第一条管桩生产设备是78年从日本引进，当时是一个技术含量比 较高的混凝土制品，无论是制作工艺还是制作设备都是进口的大约5年后经掌 握了所有的工艺，制作设备也达到了全部国产化1980年日本人在香港设厂生产预应力高强混凝土管桩（PHC ）1983年铁道部大桥工程局将在南京生产的管桩运到深圳推广使用1984年5月，广东省建筑构建工程公司与广东省基础工程公司及广东省建 筑科学研究所合作，开始研制和推广预应力管桩，于1985年开始施打1987年上海原交通部三航局混凝土制品厂引进日本生产预应力高强管桩的 设备，于1988年正式投产1997年底，国内现有管桩生产厂近80家，主要分布在广东、华东地区1998年，广东一年内生产应用量超过1000万米，十年来应用总数超过3600 万米目前我国管桩企业有285家左右主要分布在珠江三角洲，广东，广西，海南， 福建。
中国是全世界管桩品种最多2 PHC预应力管桩的特点PHC 预应力高强混凝土管桩是一种预制空心桩，由于采用了预应力技术， 沉桩过程中，预应力可以抵抗施工卸载是的桩身变形，不需要向普通混凝土预制 桩要额外配置抗裂钢筋，因而具有许多独特的地方和优势，预应力高强砼管桩（PHC ）在建筑市场得到广泛应用PHC管桩能够获得如此大的应用市场的主 要原因是它具有耐打、耐压，穿透能力强，单桩竖向承载力高，抗震性能好，耐 久性好，造价适宜，施工工期短，施工现场文明整洁等特点PHC 预应力高强混凝土管桩主要有以下特点：2.1. 应用范围广PHC 管桩是由侧阻力和端阻力共同承受上部荷载，可选择强风化岩层，全 风化岩层，坚硬的粘土层或密实的砂层（或卵石层）等多种土质作为持力层，且对 持力层起伏变化大的地质条件适应性强，因此适应地域广，建筑类型多中国管桩应用基本覆盖了整个建筑领域，如民用建筑（这个领域用的管桩最 多）另外大的工业建筑工程如钢铁厂，发电厂，化工，造纸厂等等，都大量使 用管桩作为基础用桩近年来随着港口工程的快速发展使用大规格管桩的数量越 来越大2.2. 规格齐全PHC预应力高强混凝土管桩直径少300mm- § 600mm，壁厚60mm-130mm， 桩承载力设计值最高达 4000KN。
2.3. 桩身强度高，单桩承载力高PHC预应力高强混凝土管桩采用离心成型、压蒸养护，混凝土强度等级 80，比普通混凝土预制桩承载力高 2-4 倍由于挤压作用，桩端承载力可比原状土质提高70%〜80%，桩侧摩阻力提 高20%〜40%因此，PHC管桩承载力设计值要比同样直径的沉管灌注桩、钻 孔灌注桩和人工挖孔桩高2.4. 品质稳定PHC 预应力高强混凝土管桩工厂化生产，有成熟的工艺和完整的品质管理 体系，产品品质可靠2.5. 施工简便PHC 预应力高强混凝土管桩因桩身混凝土密实、强度高、施打性好，对地 质条件适应性比预制方桩强，施工速度快2.6. 缩短工期上海地区，一台钻孔灌注桩施工机械，平均每天施工1.2 根桩，而一台 PHC 压桩机，最快可以施工 20 根桩2.7. 造价低PHC 预应力高强混凝土管桩比预制方桩低15%-20%，比混凝土灌注桩低 4 0%-60%，比其它复合地基低 10%-30%2.8. 符合环保PHC 预应力高强混凝土管桩运输吊装方便，施工现场简单，不污染环境，符 合环保要求2.9 挤土危害较小PHC 预应力高强混凝土管桩是半挤土桩，挤土效应较同周长的混凝土预制 方桩可减少 40%。
2.10 各桩型的比较F表1是PHC预应力高强混凝土管桩与其它几种典型结构桩基础的比较:表1 PHC预应力高强混凝土管桩与其它几种典型结构桩基础的比较钢管桩（1）管桩（2）普通方桩（3）沉管灌注桩（4）人工挖孔桩（5）极限端阻 力大于（2）、（3）、（4）大于（3）、（4）大于⑷相对最低主要靠端阻 力承受荷载极限侧阻 力与（2）相同略大于（3）大于⑷20%〜40%相对最低最小桩径（直 径）mm600〜900300~1400<500（宽度）300~800三800桩长（m）W60<60打入<50静压<40<24<53可穿越土 层砂、砾石夹层W6.0m砂、砾石夹层<7.0mV3.0m砂夹 层(NV20)<3.0m砂夹层进入持力 层软质岩、强风化 岩（N=50〜70）1〜3m同（1）硬粘土密实 砂层和碎石 层同（3）中微风化岩钢管桩（1）管桩（2）普通方桩（3）沉管灌注桩（4）人工挖孔桩（5）3 PHC预应力管桩应用条件任何事物都不是万能的，PHC预应力高强混凝土管桩虽然具有上述许多优 点，但是在工程应用中也应该注意其适用范围，在设计选型前科学分析，了解管 桩的应用条件，对控制管桩基础的设计质量非常有益。
3.1 管桩不宜应用的典型的工程地质条件3.1.1 孤石和障碍物多的地层不宜采用土层中含有较多难以清除的孤石 （障碍物）或有不适宜作持力层且管桩又难 以贯穿的坚硬夹层地区，不宜应用管桩孤石和障碍物多的场地不宜用管桩，当夹层非常坚硬，但厚度不大，管桩要 贯穿时容易被打裂，而不贯穿又不符合做桩端持力层的要求，这样的夹层场地也 不宜应用管桩3.1.2 有坚硬夹层时不宜应用或慎用当夹层非常坚硬，但厚度不大，管桩要贯穿时容易被打裂，而不贯穿又不符 合做桩端持力层的要求，这样的夹层场地也不宜应用管桩3.1.3 石灰岩地区不宜应用管桩难以贯入的岩面上无适合作桩端持力层的土层，或持力层较薄且持力层 上覆土层较松软：管桩难以贯入的岩面埋藏较浅且倾斜较大，均不宜应用管桩3.1.4 从松软突变到特别坚硬的地层不宜应用管桩桩尖穿越松软土层后直接进入特别坚硬层（如中、微风化硬岩），管桩就 会发生断裂，原因是没有“缓冲层”，当桩尖瞬时碰到中、微风化的硬岩，而桩 身四周又都是摩擦力很小的松软层时，强大的打桩冲击力会全部传向桩尖，并由 桩尖处岩面再以压力波形式反射回来，引起桩身强烈反弹，容易出现桩头打碎， 桩身断裂的情况。
但静压法可以较有效避免此问题产生）有的场地，管桩难以 贯入的岩面埋藏较浅且倾斜较大，当管桩桩尖到达岩面时，由于桩周土体对桩身 的稳固力不足，导致整根桩跑位或沿岩面滑动总之，孤石和障碍物多的场地，有薄而坚硬夹层的场地、“上软下硬、软硬 突变”，以及基岩埋藏较浅且倾斜较大的场地等，不宜采用管桩，必须采用时， 应采用静压法3.1.5 对周围环境有严格要求的地区由于管桩属于半挤土桩，施工过程中对周边环境有一定的影响，在上海地区， 如果建设项目在对地铁有影响范围之内，不允许采用管桩3.1.6 不适用于多层地下结构及复杂场地建筑由于多层地下室埋深较深，受送桩长度限制，截桩较多压桩设备较大，要 求作业面积也较大，在复杂场地条件下压桩，必需考虑施工可行性3.2 管桩选型需要考虑对环境的影响3.2.1 挤土原理在沉桩过程中，相当于桩体积的土体向四周排挤，使周围的土受到严重的 扰动，主要表现为径向位移，桩尖和桩周一定范围内的土体受到不排水剪切以及 很大的水平挤压，桩周土体接近于“非压缩性”，产生较大的剪切变形，形成具有 很高孔隙水压力的扰动重塑区，降低了土的不排水抗剪强度，促使桩周邻近土体 会因不排水剪切而破坏，与桩体积等量的土体在沉桩过程中向桩周发生较大的侧 向位移和隆起。
在地面附近的土体是向上隆起，而在地面以下较深层土体，由于 覆盖土层压力作用不能向上隆起，就向水平方向挤压由于群桩施工中的迭加作 用，会使已打入桩和邻近管线产生较大侧向位移和上浮桩群越密越大，土的位 移也越大3.2.1 挤土影响范围估计在粘性土和砂土地基中，挤土常在沉桩区及临近 10-15 倍桩径范围内达到 最大值，随着距离的增大，影响逐渐减少，影响范围约1 倍桩长对于软土地基， 影响范围可达60m在松散和中密砂质土中，较大影响区域为沉桩区及临近4-5 倍桩径范围，较显著影响区域为沉桩区及临近2倍桩径范围表T沉桩检测范围（地基基础设计规范-DGJ08-11-1999）被监测的建筑物类型检测距离陈旧的三层以下砌体结构房屋（1.0-1.5）L采用条基的多层建筑、砖砌人防、脆性材料构成的管道和接头三L采用筏基和箱基的建筑物三 0.5L注：1.L为保护对象至沉桩区边缘的距离，L为桩的入土深度;2. 监测的极限为 80m；3. 表中监测距离考虑了振动和挤土对工程的综合作用3.2.1 减少和控制挤土影响的措施PHC 预应力管桩施工时，可根据场地的实际条件和周围环境情况，选择下面 一种或几种措施来减少沉桩的影响：1） 施工前尽可能清理场地杂填土，增加压桩时管桩内壁土塞长度。
2） 合理安排沉桩顺序沉桩施工顺序对超静水压力的形成及其水力梯度大 小和方向也有明显关系，且直接影响沉桩区及附近地区地基的分布规律一般原 则是：先内后外，由中心逐渐向外侧对称施工；先密后疏，先打较密的群桩，后 打较疏的群桩；当在已有建筑物或构筑物附近打桩时，应沿着背离建筑物或构筑 物的方向进行3） 控制每日打桩的数量，减少孔隙水压力的迭加4） 采用先开挖基坑后沉桩的施工工序，可减少地基浅层软土的侧向位移和 隆起，有利于降低沉桩所引起的超静孔隙水压力，从而减少地基深层土体变位5） 在场地设置竖向排水通道，如袋装砂井或塑料排水板，创造排水条件以 降低孔隙水压力，加快孔隙水压力的消散和减少挤土作用6） 预钻孔辅助沉桩预钻孔的直径宜为桩径的 70%左右，深度宜为 1/3~1/2 的桩长注：国外资料认为：钻孔深度不超过桩长的 2/3（国内一般取不超过桩长的1/2），孔截 面不超过桩截面的 2/3，对桩的承载力影响不大，但在预钻孔桩深度范围内地基土体内的超 静孔隙水压力值可减少 40%~50%，地基变位值可减少 30%~50%，其影响深度可达钻孔深度以 下 2~3m 的范围，并可明显减少地基表面的隆起值，减少对已打桩的挤拔和挤压影响，有利 于防止和减少对邻近建筑物和构筑物的损害。
7）在桩区外设置预钻孔取土8）在地下管网附近设置防挤沟9）压桩前提高施工好围护结构，利用围护结构抵抗压桩挤土影响，目前上海 地区已经有成功应用案例10）加强对周围环境的检测，信息化施工4 PHC 预应力管桩设计4.1 管桩受力特点施工完毕的桩在还没有施工上部建筑的情况下，桩身截面只存在很小的竖向 应力，可以说桩身只是被周围的土紧紧的包裹着，有一个环向的压力而已当上部桩顶荷载开始增加，桩身截面的竖向应力也开始增加，桩身开始弹性 变形，这个竖向应力和变形都会向桩身下部传递，桩身变形的同时会在桩土之间 建立起摩阻力，桩身上部最先产生摩阻力，当变形传递到桩身底部时，沿整个桩 身的侧摩阻力就建立起来了，各个土层所提供的摩阻反力不同，桩身上下的摩阻 力曲线不是线性的，可能是锯齿形的这也决定了桩身截面从上到下的应力变化 曲线也可能是锯齿状的，但是桩顶应力最大，桩底应力最小是肯定的桩顶荷载无限加载下去，桩土之间的摩阻力都达到了限值而不会再增加，这 个时候只能依靠桩端来承受上部增加的荷载，直到桩端土。