预应力砼管桩基础的设计施工探究

预应力砼管桩基础的设计施工探究

段旭

云南昆钢房地产开发有限公司650302

摘要：预应力砼管桩现在已经广泛应用于各类设施的建筑工程中，对于预应力砼管桩在各种土质中的操作方法，我们应该严格地熟悉和掌握，避免在施工过程中出现不必要的损失。本文分别叙述了预应力砼管桩在软土、湿陷性黄土地和较为复杂地质中的施工设计方法，运用这些方法，会为预应力砼管桩在建筑工程的发展起到重要作用。

关键字：预应力砼管桩；单桩；竖向静载力；水平荷载力；检测；设计施工

预应力砼管桩对于施工建造作用不言而喻，如果将预应力砼管桩的基础设计施工方法找到，对于建筑施工的帮助非常大。本文主要根据临海一家大型企业的施工情况，不同的建筑物采用不同的预应力砼管桩，实际测量分析出单桩和群柱所承受力的各种数据，根据实际数据分析找到预应力砼管桩在不同土质中的基础设计施工方法。

一、预应力砼管桩软土处理原理

1、预应力砼管桩桩体的特点

预应力砼管桩包含了预应力、高轻度和圆管形三个显著的桩体特点，预应力砼管桩早年用于房屋建设的基础处理，在最近几年才被广泛应用到公路工程的施工之中。目前相关部门还没有一套行业标准来规范预应力砼管桩的基本控制要求，所以我们只能先参照建设部门技术标准来进行现场的施工控制。《GB13476-1999先张法预应力混凝土管桩》本标准规定，预应力砼管桩在生产时受到预应力值、设计抗裂弯矩、极限弯矩、轴向力、横轴向力等的影响可以将预应力砼管桩简单地分成四种类型。预应力砼管桩的单桩承载力较高，超高的性能是其最大的优点，基于此可以作为高速公路桥的软基处理，而且单位承载力所需要的造价较其他种类造价低很多。预应力砼管桩的预应力主筋是因螺纹钢筋，其性能十分突出，有良好的抗弯效果，还能适应复杂的环境和地理条件。预应力砼管桩能够利用先进的技术和工艺来保障质量的稳定，应用范围广，施工速度快。

2、技术要求

在管桩正式开工之前，按照工程桩数量的1%且不少于3根的管桩进行试桩，试桩的桩位要选在适当的地点，试桩的长度和相应的地质条件应该具有代表性。在管桩施工之前，要在管桩之上表明长度，在进行施打时应该有专业观察，并且及时填写工作记录表，并且要获得相关管理人的签字。管桩的施工过程中要遵守一定的顺序，如果管桩距离建筑物远，施工现场的场地开阔，从中间开始施工。如果管桩的其中一侧紧挨着建筑物，应该从建筑物这一侧施工，在选择试桩长度时先选长后选短。如果管桩要采用焊接连接接长，连接的层数应该大于2层，在完成第一层时要及时清理然后进行第二层的焊接，焊接的缝隙要饱满并且连续。焊接的部分在等待自然冷却之后才能够锤击，自然冷却的时间大概在8分钟左右，不能用其他方法冷却。在已经收锤之后（管桩锤击工序如小图1所示），桩头部分的切割必须用据桩器。

（1）测量放样；（2）就位对中调直；（3）锤击下沉；（4）电焊接桩；（5）再锤击，再接桩；再锤击；（6）送桩，收锤；（7）拔出送桩器

图1管桩锤击施工工序图

在管桩的第一节内加入管桩尖，避免在打入地底下过程中产生困难，管桩尖的设计规格和类型要根据实际情况分析，可以使用圆锥型的管尖。在选择管桩的施打方式时要结合长度和施工成本还有结合实际的地质情况，桩锤的能量需要克服相关所有阻力的障碍，如果桩锤的力量不能克服相关的阻力，桩锤的头部就会变形。刚刚进行锤击时，表面地质较为松软，应该轻打桩锤，随着管桩的深入，逐渐加大力气和高度，在捶打桩身是保证不要受到偏心的捶打，避免管桩被破坏。预应力砼管桩混凝土的强度要超过80%再进行吊装，强度达到100%时可以进行运输，运输过程中要捆绑牢固，堆放预应力砼管桩的场地应该坚实平整，且放在垫木的上面，堆放的层数不宜超过4层，在所有预应力砼管桩的操作过程中保持轻起轻放。

3、管桩布置要求

桩的中心距不得小于下表1的定值

桩的长径比不宜大于100，如需要穿越厚度较大的软弱土层时，需要考虑桩的稳定性及对承载力的影响。同一承台的桩数最好不要低于2根，如果低于2根，需要嘉庆承台建的拉结。

4、预应力砼管桩质量检测

预应力砼管桩的质量检测的方法需要进行大小应变无破损的检测、单桩的承载力和复合地基承载力的常规指标的充分检测，检测施工完成之后预应力砼管桩的质量。按照正常的施工方式，在完成每一处预应力砼管桩之后，都要检测一下几个方面，防止出现质量的问题。首先进行单柱荷载检测三根，符合地基承载力两点，单柱承受力大于等于500KN，复合地基承载力大于等于300Kpa。其次进行高低应变无破损检测，检测的需要根据各个项目的合同协议书来定。当预应力砼管桩的生产达到一定数量时要在其中随机抽取两个进行产品质量的测试，主要检测抗裂弯矩和极限弯矩。

二、预应力砼管桩在湿陷性黄土地中的应用

1、工程特性分析

湿陷性的黄土孔隙比的变化范围在1.0到1.1之间，一般主要采用灰土垫层法和灰土挤密桩两种方法来去除黄土的湿陷性，还能从一定程度上提高地基的承载能力，避免了地基变形。随着社会发展，高层建筑物也在发生变化，大柱网被普遍应用于现代建筑，上述的两种方法已经不能满足设计的基本要求。预应力砼管桩除了强度高、穿透力强、施工快和等特点外，还有一点最重要的承载力高，在湿陷性黄土的施工过程中能够使柱间土的应力发生变化，还能降低孔隙比。

2、地基基础方案确定和桩基的沉降分析

地基的基础方案就是要适应地基的强度和地基的变形。由于是在湿陷性的黄土地基上施工，所以有三种常见的地基。一是天然地基，二是CFG桩复合地基，三是桩基承台加防水板的方案。正常来说天然地基的受力层和压缩层内的土层性质非常差，即使采用承载高有明显沉降效果的复合地基，最后还是会有很高的沉降量，在主体结构完成两年时间之后基础的沉降基本稳定。在桩筏基础设计过程中，会应用到三个基础的理论知识，工程人员能够用专业的工程软件解决三个基础的理论问题。桩基的基础布桩的原则就是：装筏板上标准组合的总荷载量除以单桩承载力的特征值进行调整布桩，布桩按照组基本的数量要求，不小于最小值。承台布桩和壮距两者之间的距离非常远，且下面还是湿陷性的黄泥土，所以准永久组合的单桩应力水平对应的沉降数值和群桩应力下的压力水平相接近，运用时间效应的准永久组合下的单桩应力能够找到平均的沉降量。进行单项压缩封层总和法和试验桩的最后沉降量能求得桩筏基础的沉降数值。

三、预应力砼管桩在复杂地质条件下的应用

1、施工技术要求

该工程采用锤击的施工方法，先绘制出柱的编号图，有专业的测量人员计算测量，标出柱的位置，偏差不能大于15毫米。先打又长又大的管桩，对于群柱应该从群柱中间的位置开始向外击打。在接柱时要符合接柱的原则合理选用柱节，保证上下的柱节之间接平接直，并且要求柱节之间没有缝隙，每一个接头处的焊缝不应该少于两层，两次焊接的时间应该错开，且要求自然冷却。送桩的深度最深不能深于3米。钢筋混凝土在水中长期浸泡会有一定的腐蚀作用，桩节与桩节之间是需要主要防护的对象，我们主要采取的是防腐蚀的涂料，严格按照工程的技术标准执行。管桩产品的质量必须达到相应的标准，强度不得低于C80，在施工的过程之中，派专业的技术人员记录相关的数据，按照要求系统记录。运用低应变动力的检测方法检测的承载力和是否损坏检查的总桩数不能少于5%。

2、桩基的检测方法

单桩竖向抗压静载实验主要内容是，确定每个单桩承载最大值的标准值；最大的沉降变形量和回趟变形量；测量复杂地质的极限侧阻力的标准值还有黏土层的极限阻力的标准值。单桩水平静载实验就是确定单个试验桩的水平承载力，确定地基的水平抗力的系数，测定桩身的盈利变化，由此得出桩身弯矩的分布。所有的打桩的设备都要统一一致，当试验桩不符合标准时，重新进行打桩测试。单个桩的竖向最大承受值为承载力设计的二倍数值，实验时注意埋设相关的原件设备测量具体数值。水平承载力的实验要按照单桩水平荷载力和水平位移数值的关系做成函数曲线图，取固定位置的水平位置值对应的荷载力就是单桩水平承载力的设计值。在实验完成之后，绘制出辅助分析水平力和竖向力的传递主要受什么因素影响。找到每种桩型的单桩竖向承载力和水平承载力的设计数值和建议数值，在实验过程中严格按照要求执行。

3、桩基的检测结果

单桩抗压静载实验，按照本次的设计要求选择了4、8、9、10号基桩做单桩竖向抗压静载实验，其成柱的情况见表2，实验结果见表3。

本试验与单桩竖向静载试验同步进行，应变测读在各级荷载作用下1小时内测读一次，然后在桩顶沉降相对稳定时测读第二次。由于竖向静载试验时在桩顶增设制作了一个桩帽，造成无法在地面处增设一个测点。因此各试桩上部第1测点所得到的数据无法真实反映第1测点以上的侧阻力。试桩3在正式开始试验时已堆压有相当数量的荷载配重块，造成各截面测点已处于受压工作状态，所以实测数据有可能偏小。本次测点埋设是根据地质勘察报告提供的土层情况和预估打桩深度来确定的，由于打桩施工时桩的人土深度与预期的不完全一致，因此测点的深度与预期深度有一定偏差，有可能对测试结果造成一定的影响。

单桩水平静载实验，本次实验柱一共3根，各试桩的基本资料以实际测量为主。本次试验主要采用QF-500kN油压千斤顶，油泵型号BZ63-2.5/006，HR-4型500kN压力传感器，GWC-6压力显示仪，时钟及传力杆等组成，油压千斤顶用于施加水平推力，数字显示仪与压力传感器控制加荷读数，百分表观测位移读数，时钟用于严格控制试验过程中的间隔时间，试验所使用的仪器仪表及设备的标定均在计量部门检定的有效期内。整个试验按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)有关要求进行。固定百分表的基准桩打在试桩侧面靠位移的反方向，与试桩的净距不少于1倍试桩直径。试验加载方法采用等时间加载法。荷载分级：按设计单位提供荷载值的1/10作为每级荷载的加载增量。加载程序与位移观测：每级荷载施加后，间隔5、10、15min测读水平位移，然后再往下加一级荷载。终止试验条件：当桩身折断或水平位移超过30-40mm时，或达到设计要求的水平位移允许值，可终止试验。单桩水平极限荷载确定方法，取H。-t-X。曲线明显陡降的前一级荷载为极限荷载或取H。-△X。/△H。曲线第二直线段的终点对应的荷载为极限荷载。从单桩水平静载试验结果中可了解到2号试桩结果符合预定要求，3号试桩与预定要求略小，而1号试桩远未达到预定要求，表明1号试桩不符合设计中关于水平承载力的要求，本工程采取其它相应的措施。

单桩水平荷载下应力测试，各个桩点的设置预先根据实际情况确定，一根试柱按照6个截面进行布点再加入应变仪设备。根据各个试桩6个截面的测点水平推力所对应的荷载力，各级荷载稳定一个小时，相隔半小时观测读数，测出最大应力和最小应力。根据本次水平荷载作用下的桩身应力测试的各桩实验结果来看，每一根试桩都会在远离地下最近的第一截面测点位置出现最大的拉应力，其他测试点的拉应力数值都比较小，其实验结果表明桩身的连接处对于水平力的传递是造成一定程度的影响，基于此项实验结果应该重点加强桩节处的连接措施。

结语：预应力砼管桩是现在施工现场普遍使用而且经济高效的桩型，但是在施工的各个环节上都存在很多不确定的因素，在软土地、湿陷性黄土地和复杂地质条件下对预应力砼管桩的单桩竖向承载力、单桩水平荷载力等多种测试结果受力分析与确定，完善对于预应力砼管桩的养护技术和接桩技术，预应力砼管桩的前景不可限量。

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