高强预应力混凝土管桩质量好，强度高，耐静压，施工时采用静压方法，速度快，单桩承载力强，且造价较低，沉桩过程无振动，无噪声，无油烟，场地清洁，而且在严寒和寒冷的冬季仍可施工，经过多年使用验证是一种较为完善的桩施工方法。在辽宁地区这种桩形式得到设计施工及有关方面的认可和重视，创造了更多的经济效益和社会效益。

 

　　1高强预应力混凝土管桩施工方法

 

　　高强预应力混凝土管桩施工是通过静力压桩机的施压机械以压桩机自重和桩架上的配重作反力而将高强预应力混凝土管桩压入土(岩)层中的一种成桩工艺。高强预应力混凝土管桩的桩端持力层一般可选择在较硬的黏性土层，中密~密实的砂类土层内。

 

　　2高强预应力混凝土管桩受力简述

 

　　根据有关资料介绍，高强预应力混凝土管桩在静压力作用下沉入地基土中时，桩侧与桩周土体之间的摩阻力是滑动摩阻力，其值比较小，而且在同一土层中基本保持不变，不随桩身入土深度的增大而增大，而是随着桩端处的土体软硬度抗冲剪阻力大小而波动，所以高强预应力混凝土管桩的压桩力主要来自桩端向下穿透土层时直接冲剪桩端土体的阻力。

 

　　高强预应力混凝土管桩穿越的土层上部，一般软弱土相对较多，含水量也比较大，当管桩在垂直静压力作用下沉入地基土层中时，桩尖土体被冲剪，桩周土体受剪切挤压，孔隙水受到冲剪挤压形成不均匀水头，产生超孔隙水压力，扰动了土体结构，使桩周一定范围内的土体抗剪强度降低，黏性土发生严重软化，粉土、砂土发生稠化，此时管桩易下沉。一旦压桩终止，随着时间延长，桩周土固结土的抗力又逐渐恢复，甚至有可能超过其原始强度。沉桩完成后，该桩保持正常使用时可承载的最大荷载，也是桩端阻力(支持力)和桩侧摩阻力的总极限值，除以2为容许承载力。高强预应力混凝土管桩的压桩力是沉桩过程中强迫桩贯入土中所需的静压力，主要来自桩机克服桩端土(岩)体的抗冲剪阻力，是一种破坏土(岩)层的荷载，一般叫终压力，两者是不同的。

 

　　3高强预应力混凝土管桩终压力值的估计

 

　　高强预应力混凝土管桩终压力很难准确的计算出来，这是由于工程地质的复杂性、多变性造成的。从辽宁部分沉桩资料分析，终压力值大致可为：

 

　　(1)摩擦端承桩，桩顶荷载主要由桩端阻力承担时，终压力值可取。

 

　　Pez=(2.5～3.0)Ra；

 

　　(2)端承摩擦桩，柱顶荷载主要由桩侧摩阻力承担时桩长大于20m时，终压力值可取Pez≥2Ra。

 

　　Ra为单桩竖向承载力特征值。

 

　　总之，由于工程地质的复杂多变，以及测试资料尚不很多，破坏的试验更少，《辽宁省建筑地基基础技术规范》提供的地基承载力数据还是偏低的因此工程设计时一定要在同一条件下的场地先试桩，根据试桩确定静压桩的终压力值和桩的承载力极限值(包括特征值)。成桩后还要根据规范对工程桩进行载荷试验(可利用静压桩机进行)，以确保工程质量和安全。

 

　　4高强预应力混凝土管桩特征值

 

　　在《辽宁省建筑地基基础技术规范》中高强预应力混凝土管桩的端阻力值对砂类土和碎石类土提供的桩端阻力比一般预制桩端阻力高出60%～80%，实际试验可高出1倍有余。目前高强预应力混凝土管桩承载力特征值，设计使用大致为：Φ300取Ra=600～800kN(个别用到850kN)，Φ400取Ra=1200～1400kN(个别用到1500kN)，Φ500取Ra=1800kN以上。高强预应力混凝土管桩其承载力特征值之所以较高，其原因大致分为以下三点。

 

　　(1)单桩承载力与沉桩设备能力密切相关，沉桩设备能力强，桩端进入持力层的深度就大，而桩端在“临界深度”范围内随着桩端进入持力层的加深，极限端阻力随深度而增加，这在《建筑地基基础技术规范》JGJ91-2008中也已显示。

 

　　(2)单桩承载力与桩身材料强度有着相辅相成的关系，一般预制桩桩身混凝土强度等级大都在C30~C40，即使沉桩设备能力很强，由于桩身强度的限制，预制桩也很难进入更密实的土层；而管桩桩身混凝土等级达到C80以上，质量高，具备了进入更密土层的有利条件；特别是锤击施工的高强预应力管桩，其特点更为明显，这是一般预制桩无法比拟的。

 

　　(3)单桩承载力与预压密制桩过程有直接关系。高强预应力混凝土管桩在压桩时，其终压力往往比预估的单桩承载力特征值大，由于终压力值较大，致使桩端一定范围内的土体经历了预压密实的过程，因此管桩端阻力比一般预制桩大大提高。

 

　　5高强预应力混凝土管桩桩身竖向承载力特征值的取值

 

　　预应力混凝土管桩03SG409全国标准图提供预应力高强混凝土C80管桩(PHC桩)，桩身结构承载力设计值按公式Rp=ψcfcA计算，式中ψc为工作条件系数，取0.7；承载力特征值Ra取Ra=Rp/1.35。则：

 

　　Φ300，Rp=1250kN；Ra=900kN；

 

　　Φ400，Rp=2250kN；Ra=1650kN；

 

　　Φ500，Rp=3150kN；Ra=2300kN。

 

　　根据沈阳市《静压管桩基础技术暂行规定》，考虑管桩混凝土的有效预应力σpc的作用(σpc=5Mpa)，则管桩桩身竖向承载力设计值：

 

　　Rp=0.3(fce－σpc)A(1)

 

　　式中：fce——管桩离心混凝土抗压强度，C80取fce=80Mpa；

 

　　A——管桩横断面面积。

 

　　Φ300，Rp=1140kN；Ra=850kN；

 

　　Φ400，Rp=2050kN；Ra=1520kN；

 

　　Φ500，Rp=2830kN；Ra=2100kN。

 

　　由上述计算结果所示，Φ300和Φ400管桩承载力几乎全部用足，虽然在承载力计算公式中已经估计到一些不利因素，取工作条件系数ψc=0.7，但在实际设计时对场地的变化还有全面分析。如成桩设备控制产生的偏心，由于场地土质较软挤桩的倾斜，桩身上部回填土是否固结，是否还存在部分高承台桩，他们对桩的承载力会产生或多或少的影响，特别是个别工程还为一柱一桩的多层框架基础。因此高强预应力混凝土管桩承载力特征值的取值，需全面分析后适当增加。

 

　　综上所述，辽宁地区高强预应力混凝土管桩特征值，设计和施工经验还不足，仍需在设计中不断探索。