李进勇
中南勘察基础工程有限公司 湖北省武汉市 430081
摘要：PHC预应力混凝土管桩由于具有质量可靠、成本较低、施工快捷、检验方便、对地质适应性好、工地施工文明等诸多优点，在沿海地区被广泛使用。在大量的工程实践中，不可避免的会遇到管桩倾斜、开裂甚至断桩等问题。如何系统的分辨出现问题的种类，分析其成因，最终给出解决方案，这对设计人员提出了新的要求。
关键词：PHC管桩；复杂地基条件；设计；施工应用
某项目，为高层住宅小区，主要由地上18层、20层等共26栋高层建筑组成，地下均为二层，结构形式为剪力墙结构。抗震设防烈度：8度，设计基本地震加速度值：0.2g；设计地震分组为第二组。
1 PHC管桩基础设计
1.1管桩技术参数
PHC管桩技术参数主要包括预应力主筋和高强度等级混凝土。其中预应力钢筋采用钢棒、预应力钢丝，主筋直径有7.1mm、9.0mm和10.7mm三种，抗拉强度为1420MPa；预应力钢筋沿圆周均匀分布，最小配筋率不小于0.4%，并不得少于6根。高强度等级混凝土不得低于C 80。PHC管桩按抗弯性能或混凝土有效预压应力值分为A型、AB型、B型和C型，各桩型的混凝土有效预压应力值分别为4.0N/mm2、6.0N/mm2、8.0N/mm2和10.0N/mm2。
1.2桩基设计等级的划分
桩基设计应首先确定设计等级，以界定桩基设计的复杂程度、计算内容和应采取的相应技术措施，其设计等级是考虑建筑物规模、体型与功能特征、场地地质与环境的复杂程度。管桩桩基设计等级的划分与普通桩基的等级划分相同，也分为甲、乙、丙三级（地基基础设计规范第3.0.2条）。
1.3设计原则与方法
桩基础设计比一般基础设计要复杂得多，它不但要考虑基础底的承载力，还要综合考虑土层的竖向信息及各持力层的承载力参数及土层的分布。桩基础设计方案不是唯一的，尤其是桩位平面位置不唯一。方案的合理与否与设计人员的综合专业知识有关，其中包括结构力学、岩土力学的基本概念及基础设计和施工的实际工程经验。设计人员的水平直接关系到设计方案的安全性、合理性、经济性。桩基础设计强调概念设计。
PHC管桩设计与一般桩基设计方法相同，根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008），应遵循变刚度调平设计原则，可局部增强或局部弱化、变桩距、变桩径、局部增加桩长四种模式，根据设计软件PKPM系列之基础部分软件JCCAD进行上部结构—承台—桩土共同作用进行分析，计算桩身承载力、桩基变形计算（包括沉降量、沉降差、倾斜等）。对抗震设防区的桩基按现行《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2001）2008版的规定进行抗震承载力验算。
2地基处理方案的确定
2.1 灰土挤密桩+CFG桩
按照场地情形和湿陷性场地处理实践经验，本工程采用多元复合地基处理设计方案，即先用灰土挤密桩处理，消除湿陷的同时提高承载力，然后插打CFG刚性桩。
复合地基工程造价低，现场按照此方案进行试桩，先施工灰土挤密桩处理湿陷，但在采用柴油锤成孔过程中发现塌孔现象，
对地基土“加湿”后，效果不好，无法解决塌孔问题。根据地勘报告及现场土层情况来看，本场地第2层湿陷性粉土层中混夹粉砂、细砂薄层，呈稍密状态，具中等压缩性。采用机械洛阳铲成孔，虽然能避免出现塌孔，但由于土质较硬，成孔非常困难，导致整体工程进度推迟。
2.2高层剪力墙住宅楼桩基础（高强预应力管桩）
根据承载力和湿陷处理要求，高层住宅采用桩基础（PHC管桩+承台梁基础+防水板）；根据8度区规范使用要求，管桩采用PHC-AB500（125）。有效单桩竖向抗压承载力特征值为1800～1900kN，试桩选用静压法沉桩工艺技术，以控制桩长为主，控制终止压力为辅。接桩采用焊接，桩头锚入承台内50mm，在桩头内插入钢筋，并浇筑C35微膨胀混凝土封堵。PHC管桩质量稳定，性能可靠；施工速度快，工效高，工期短。一般能缩短工期1～2月。
3 PHC管桩在复杂地基条件下的设计与施工应用
3.1 PHC管桩施工对地质勘探的要求
3.1.1应准确查明桩端持力层的起伏变化情况
为了准确查明桩端持力层的起伏变化情况，要求勘探工作应根据地区经验适当加密钻孔，勘探布点间距一般宜取12～24m（常规在15～30m），最好控制在12m以下，且布点不宜少于5个；勘探孔深度应进入预计桩端面以下3～5m，必要时还可在钻孔间布置静力触探孔以更准确的探明持力层的变化规律，以准确灵活调整管桩长度，使设计和施工做到合理完善，从而降低工程造价。
3.1.2各主要土层应增加N值测试次数
在勘探深度范围内的每一土层，均应进行标准贯入实验或室内实验，但在主要土层中应适当增加N值的测试次数，其中遇中密-密实砂层、硬塑-坚硬粘性土层、残积土层及全风化岩层时约每2m测试一次；作桩端持力层的土（岩）层约每1m测试一次。管桩施工要求岩土工程勘探报告应尽量多提供有用的N值，在以粘性土为主的地层中遇到砂层、含卵砾砂层；在以砂性土为主的地层中遇到下卧软弱层要增加标贯测试，这样才有利于合理配桩及确定终压力。
3.2截桩及处理措施
工程地质条件比较复杂，桩端持力层顶板埋深起伏较大，而现行勘察规范规定在详勘阶段勘探点间距一般在15～30m，勘探点之间的持力层顶板埋深多为推测的结果。在施工过程中往往会出现与岩土工程勘察报告不符，导致不能科学合理配桩，造成大量截桩，造成浪费。因此，施工前应仔细研究岩土工程勘察报告，要求沿建筑物轴线或承台部分加大钻孔密度，以准确确定持力层顶板埋深、绘制持力层顶板埋深等值线图，合理地确定管桩尺寸；合理安排压桩顺序，尽量避免“桩塞”效应，最大限度的减少截桩。
3.3挤土效应及处理措施
静压管桩属于挤土桩，有明显的挤土效应，特别是在粘性土场区，压桩产生的挤土效应的影响范围可达10m左右，压桩时会造成此范围内的建筑物受损，易使该区域内的管线、道路等遭到破坏，故应引起高度重视。处理措施：进行管桩施工前及施工中应对周边临近建筑物或道路、管线布设变形观测点，进行观测，施工前应挖防挤沟，设置砂带，或在既有建筑物边用长螺旋钻机钻孔，可有效的释放挤土效应，减小挤土压力，以减少对周边环境的不利影响。
3.4陷机及处理措施
采用静力压桩机施工，其着地压力比较大（约180kPa），若表层土承载力特征值小于150kPa时，施工中很容易陷机，若遇雨季施工更容易出现陷机，另有送桩留下的孔洞也会引起陷机。陷机会损坏已压好的管桩，同时，土体产生的水平位移也会把已压好的管桩推断。为了避免出现上述问题，施工前要详细了解场地的工程地质条件，特别是5m深度内各层土的承载力及相关力学数据。当表层土承载力不足或雨季施工时，应事先在场地上部铺垫一层碎石或砖渣，增大地面承压能力，使之达到或超过桩机着地压力，及时回填夯实送桩时留下的孔洞，避免陷机带来的危害。静压管桩沉桩施工中出现的问题各种各样，与土质、土层分布、硬土层厚度、桩数、桩距、施工顺序等有关。但只要事前予以重视，采取合理的预防措施，及时加强观测，做到信息化施工，一定能取得满意的效果。
结论
工程实践证明，处于复杂地基中的高层建筑，采用PHC管桩基础及变刚度调平设计，其受力合理，承载力高，沉降小，工期短，经济效益突出，值得大力推广应用。但对地质勘探要求标准高，注意加密现场钻孔数量，增加N值测试次数，以查明土层及持力层变化规律。同时设计中应合理确定桩径、桩距、桩长；施工中应合理确定压桩顺序，减少挤土效应。
参考文献：
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[2]饶航.注浆成型扩底PHC管桩设计与施工[J].建筑施工，2018，40（12）：2065-2067.