王离管桩基础的注意事项

有关管桩基础的几个问题王离(教授级高工)广东省土木建筑学会(2011年3月广州)国家标准《先张法预应力混凝土管桩》是管桩的产品质量标准，全国的管桩厂都应按这个标准生产预应力管桩，也按这个标准来检测预应力管桩的产品质量，它不是管桩基础的技术标准。这个标准共有三个版本：GB13476–92，于1992年颁布；GB13476–1999，于1999年颁布；GB13476–2009，于2009年颁布，2010年3月1日实施，是最新的版本。但是到目前为止广东很多地方还没有很好地执行这个技术标准。关于管桩基础设计和施工的技术标准：到目前为止全国还没有一本专门的管桩基础技术规范；国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002和行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94¨C2008有部分预制桩的内容；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、山东、广东等省（市）都陆续出台了有关规程。一、设计施工者要基本了解清楚的几个问题：1-1、管桩基础的主要施工方法。施工方法不同，桩的承载力计算方法也是不同的。1-2、常用管桩规格、型号及其应用承载力。要大致心中有数，这样才能在概念设计中有个准星。1-3、不宜应用或慎用管桩的地质条件。不要在不宜应用管桩的地质条件下硬用管桩。1-4、管桩穿透岩土层的能力。设计时要有个底，所以要掌握岩土勘察知识。1-5、管桩设计计算或验算的内容。哪些一定要计算或验算，哪些可以不验算，心中也要有个谱。1-1、管桩基础的主要施工方法（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抱压顶压联合式液压压桩机抱压振动液压压桩机（3）引孔打（压）法（4）钻孔植桩法（5）中掘法（直径≥600）锤击沉桩静力压桩长螺旋钻机大直径管桩新颖沉桩法也叫中掘法新研制的施工机械：随钻跟管钻机（中钻法）1-2、常用管桩规格、型号及其应用承载力管桩分PC桩和PHC桩，广东几乎全是PHC桩。管桩按外径分为300mm、400mm、500mm、600mm和700mm、800mm、1000mm、1200mm、1300mm、1400mm等规格，建筑中的常用管桩规格为300mm、400mm、500mm和600mm。300mm管桩今后要逐步淘汰。管桩按混凝土有效预压应力值分为A型、AB型、B型和C型，其有效预压应力值分别为4MPa、6MPa、8MPa和10MPa。重要工程都要选用AB型或B型桩；静压用桩广东大部分选用厚壁的AB型桩。今后A型桩逐步少用。常用管桩承载力一览表1-3、不宜应用或慎用管桩的地质条件锤击法：（1）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、风化球或其它障碍物；（2）持力层以上含有不适宜作桩端持力层且不易贯穿的硬夹层；（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为淤泥等松软土层，其下直接为中风化、微风化岩层，或中风化岩面上只有较薄的强风化层；这种地质条件俗称¡°上软下硬、软硬突变¡±。关于遇水软化的问题1-4、管桩穿透岩土层的能力打桩锤击力属冲击动力，预应力管桩较耐打，在强力冲击下具有较强的穿透能力，大量工程实践表明，使用D45以上重型柴油锤可使其穿透5～6m厚的密实砂层或河卵石层，桩尖进入N≥50的强风化岩层1～2m或密实卵石层1～2m。压桩力则属静力，造成桩的穿透能力相对较小，但也并非仅能穿透软弱土层，实践证明压桩力≥4000kN的静压桩也可穿透2～3m厚的密实砂层，桩尖到达N＝50的强风化岩表面。从总体上看，当地质条件大致相同时，静压桩的桩长通常要比锤击桩短1～2m，有时甚至短3～4m。修正后的标准贯入击数N可按下列公式计算：N=αN′式中N——修正后的标准贯入击数；N′——实测标准贯入击数；α——触探杆长度校正系数，可按下表采用。国家标准《岩土工程勘察规范》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。锤击管桩桩端的强风化持力层是指N＝50～60的强风化岩层，而且桩端可进入这种强风化岩层1～2m，但不能打入中风化岩层；静压管桩最多可压至N＝50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！总之，我们可以根据国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021规定，岩（土）名称和状态可按现场实测的标准贯入击数来划分。但根据我们的经验，估算打桩深度时则应采用修正后的标准贯入击数N。锤击式管桩可打入N≥50的强风化岩层1～2m，静压管桩可压入N＝40～50的强风化岩层。因此，用修正后的标贯击数可较正确地确定管桩的桩端持力层及预估沉桩的深度。1-5、管桩设计计算或验算的内容。二、关于静压管桩竖向抗压承载力特征值管桩基础设计计算内容较多，但单桩竖向抗压承载力特征值的确定是静压管桩基础设计的最重要内容之一。静压管桩单桩竖向抗压承载力特征值确定的主要方法有以下三种：⑴通过试验桩确定单桩承载力；⑵通过半经验公式计算确定单桩承载力；⑶通过静压桩机的复压来检验或确定单桩承载力。2-1、通过试验桩确定单桩承载力当管桩桩基设计等级为甲级且地质条件较复杂时，或当地使用管桩的历史较短、设计经验不足时，单桩竖向抗压承载力特征值应在设计阶段通过静载试验桩确定。选择静载试验桩的位置应考虑工程地质条件的代表性和基础部位的重要性，静载试验桩数不得少于3根。桩的竖向静载荷试验方法应按有关《建筑地基基础检测规范》标准执行。静载试验一般可得到单桩的极限抗压承载力，再除以安全系数后就可得到单桩竖向抗压承载力特征值。2-2、通过半经验公式计算确定单桩承载力当根据地基土的物理指标与承载力参数等经验关系确定单桩竖向抗压承载力特征值Ra时，几乎全部的国家、行业地基规范，以及除广东以外各地方的管桩规程，均按下列公式计算：Ra=Up∑qsiali+qpaAp式中：Up¡ª¡ª管桩桩身外周长；qsia¡ª¡ª管桩第i层土（岩）的侧摩阻力特征值；li¡ª¡ª管桩穿越第i层土（岩）的厚度；qpa¡ª¡ª管桩的端阻力特征值；Ap¡ª¡ª桩尖水平投影面积；当为开口型桩尖时，仍按封口型桩尖的水平投影面积计算。其实，前一项是各层土的桩周摩擦力总和，后一项是总的桩端支承力。2-3、对于纯摩擦型静压管桩（一般桩长≥25m），其承载力确定的方法更简单：试压加复压。三、关于静压桩的机理和设计施工总思路3-1、静压桩的机理静压法施工是通过静力压桩机的施压机构以压桩机自重和桩架上的配重作反力将预制方桩或预应力管桩压入土（岩）层中的一种沉桩工艺，静压桩的桩端持力层可选择在硬塑～坚硬粘土层；中密～密实的砂土层、河卵石层；全风化岩层或强风化岩层中，其上覆土层一般来说较软弱。静压桩的压桩力与承载力不能完全等同：有人以为静压桩施工时压多少力就能得到多少承载力，或者认为静压桩的单桩承载力（特征值）就是施工终压力的一半。这是一个认识上的误区。其实静压桩的单桩极限承载力与施工的终压力不能完全等同起来，有时可以等同，大部分情况不能等同，因为两者是两个不同性质的力，但又有一定的联系，广东对这两者的关系的研究花了较大的力气，得出了两者之间关系的经验公式。极限承载力与终压力经验关系（广东地区经验公式）当6m≤L≤9m时，Qu＝2Ra＝（0.60～0.80）Pze9m＜L≤16m时，Qu＝2Ra＝（0.70～1.00）Pze16m＜L≤25m时，Qu＝2Ra＝（0.85～1.00）PzeL＞25m时，Qu＝2Ra＝（1.00～1.15）Pze式中：L¡ª¡ª静压桩的入土深度；Qu¡ª¡ª入土部分的静压桩竖向极限承载力；Pze¡ª¡ª终压力值；Ra¡ª¡ª单桩竖向承载力特征值。注解：本公式适宜于端承摩擦桩或摩擦端承桩，不适用于摩擦桩或端承桩。举例：当L＝6m的超短桩时，取Qu＝0.6Pze则Ra＝Qu/2＝0.3Pze＝Pze/3.3若Pze＝3300kN，则Ra＝1000kN如果按2倍的关系计算：则Ra＝3300/2＝1650kN设计师若按Ra＝1650kN来设计的话，怎么施工都达不到这个要求，如果任意提高压桩力，那么管桩桩身就会破损。静压桩设计施工总体思路1终压力值决定静压桩的实际承载力特别是当桩较短时（L≤9m）:Qu=(0.60～0.80)PzeRa=(0.30～0.40)Pze（大终压力只能得到较低的承载力）2要达到常规设计承载力，通常的思路：一是提高终压力值；二是增加复压次数。A关于提高终压力值的问题一般来说，提高终压力可提高单桩承载力，但终压力不能任意提高，受桩身允许抱压压桩力的限制。用同样的压桩力压短桩时，达不到长桩所能达到的承载力，因此，只有降低短桩的设计承载力。因此广东省标准《静压预制混凝土桩基础技术规程》（送审稿）开头就讲：静压桩是一种设计和施工必须密切配合才能顺利完成的桩基础。B关于增加复压次数问题大量的工程实践表明：连续复压次数太多，对管桩基础承载力的提高并不太明显，但对压桩机和桩身损害太大，得不偿失。所以不提倡多次满载连续复压法，而是提倡超载施压法，一般复压1～3次，个别短桩复压3～5次。但超载施压的压桩力也不能大于桩身允许抱压力的1.1倍，稳压时间一般不宜超过5秒。C静压桩设计施工的总体思路是：1在压桩机允许范围内尽量提高终压力值，以便得到较高的单桩承载力；2终压力值受桩身允许抱压压桩力的限制，不得超过1.1倍的桩身允许抱压压桩力；3同样的终压力值压长桩和短桩，所得的单桩承载力是不一样的，从设计角度考虑，长桩的设计承载力应取大一些，短桩的设计承载力应取小一些；从施工角度考虑，长桩的终压力在二倍单桩承载力特征值左右，短桩特别是超短桩，终压力应定为单桩承载力特征值的三倍左右；4终压时连续复压的次数不宜超过5次，稳压时间大机不宜超过5秒；5当施工时实际桩长比设计估算成桩长度短很多时，施工方应及时通告设计方共同研究，若要补桩应立即补桩。总之，设计施工双方对整个压桩机理和压桩过程，思路要清晰，理念要正确，相互要合作，要有总体全局观点，这样才能保证静压桩的工程质量。四、关于静压管桩基础的施工问题4-1、静压桩机的选择；4-2、对静压管桩桩身的特殊要求；4-3、桩身抱压允许压桩力；4-4、管桩接头的焊接；4-5、终压控制条件；4-6、管桩基础基坑的开挖；4-7、压桩施工存在的一些问题目前市场上使用的静力压桩机有以下四种形式：抱压式液压压桩机顶压式液压压桩机抱压顶压联合式液压压桩机抱压振动液压压桩机使用最多的是抱压式液压压桩机，常用的压桩力为200吨、300吨、400吨、500吨甚至600吨，可压直径300mm～600mm的管桩。抱压式静力压桩机顶压式液压压桩机压桩机的选择：简易的选择方法：压桩机总重量为1.1倍桩身抱压允许压桩力再加大40吨。因为压桩机的压力在送桩时最大，而送桩时的静压力就是1.1倍桩身抱压允许压桩力，这些压力都需要通过桩机的重量作为反压力来实现，其中40吨是两只短船的重量，它不能起反压的作用，所以要增加上去。4-2、对静压管桩桩身的特殊要求静压用管桩比锤击用管桩要求严格一些，主要是对管桩的椭圆度和桩身平整度的要求：A：桩身合缝处的直径与其相垂直方向的直径之差不宜大于5mm；B：钢模板环向连接处的桩身混凝土应平整，不得有明显的竹节状。4-3、桩身抱压允许压桩力抱压式液压压桩机的最大施压力不宜大于桩身抱压允许压桩力。桩身抱压允许压桩力就是用抱压式压桩机抱住桩身施压时桩身允许的最大压桩力。顶压式压桩机的最大施压力或抱压式压桩机送桩时的施压力可比桩身抱压允许压桩力大10%。对桩身抱压力加以限制的目的是为了防止桩身被夹破夹裂。桩身抱压允许压桩力经验估算公式如下：实心方桩：Pjmax≤1.05fcA空心方桩：Pjmax≤1.00fcAPC桩：Pjmax≤1.00fcAPHC桩：Pjmax≤0.95fcA式中：Pjmax——静压桩桩身抱压允许压桩力；fc——混凝土轴心抗压强度设计值；A——静压桩截面面积。顶压或送桩时的终压力可比PJma