黄志尚
（广西城乡规划设计院，广西 南宁 530022）
【摘 要】文章就在预应力高强混凝土管桩（PHC桩）应用中，设计和施工遇到的问题进行了分析和探讨。
【关键词】PHC桩；应用；问题；探讨
【中图分类号】 TU473.13;TU753.3 【文献标识码】 A 【文章编号】 1007-7723（2005）12-0138-02
【收稿日期】2005-09-23
一、前言
预应力高强混凝土管桩，即PHC桩，是由专业厂家生产，采用先张法预应力和掺加磨细料、高效减水剂等先进工艺，将混凝土经离心脱水密实成型，经常压、高压两次蒸汽养护而制成的一种细长空心等截面预制混凝土构件。与其它桩型相比，PHC桩主要有以下特点：
1．桩身强度高：PHC桩均采用C80以上的混凝土，采用先张法预应力制作，因而承压力高，能抵抗较大的抗裂弯矩。具有较强的工作性能，桩身能在严劣的施工环境下保持完好，大大减少裂桩，断桩事故的发生。
2．PHC桩由专业厂家大批量自动化生产，桩身质量稳定可靠。
3．PHC桩穿透力强，足够的压力下，可穿越较厚的砂质土层，确保桩端嵌固于较好的持力层。
4．静压施工时，施工现场简洁，无污染、无噪音，能保障文明施工。
5．由于PHC桩的单桩承载力相对较高，其环形截面所耗混凝土量较少，因而单位承载力造价最省。
近年来，PHC桩凭借其自身优点，在工程中得到广泛应用。但是，在设计和施工过程中也常遇一些较难确定的因素，值得研究和探讨。
二、PHC桩应用中的主要问题
（一）桩基单桩竖向承载力的确定问题
根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定静压PHC桩的单桩竖向极承载力标准值时，可按下式估算：
Quk=Q sk+Qpk=μp∑qsikli+qpkAp （1）
式中μp—桩身周长；
qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；
li—桩侧第i层土的厚度；
qpk———桩端极限端阻力标准值；
Ap—桩端面积。
根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94），桩数不超过3根的桩基，基桩的竖向承载力设计值为：
R=Qsk/rs+Qpk/rp （2）
而对于桩数超过3根的非端承桩复合桩基，宜考虑桩群、土、承台的相互作用效应，其复合基桩竖向承载力设计值为：
R=ηsQsk/rs+ηpQpk/rp+ηcQck/rc （3）
式中 Qsk、Qpk—分别为单桩总极限侧阻力和总极限端阻力标准值；
Qck—相应于任一复合基桩的承台底地基土总极限阻力标准值；
ηs、ηp、ηc—分别为桩侧阻群桩效应系数，桩端阻群桩效应系数、承台底土阻力群桩效应系数；
rs、rp、rc———分别为桩侧阻抗力分项系数、桩端阻抗力分项系数、承台底土阻抗力分项系数。
在实际工程中，相当数量的桩基基桩数都会超过3根，按公式（3）的适用条件，虽然规范给出了ηs、ηp、rs、rp、rc等系数的经验值，但基桩是端承桩还是非端承桩，却不好判断。由于地质情况千差万别，建筑场地土层分布不均匀、土层厚薄不一、持力层埋深起伏大以及压桩先后顺序等因素的影响，使得同一承台的各基桩，有的可能表现为端承型特征，有的表现为摩擦型特征。因此，单桩竖向承载力设计值如何计取，才能较为准确，有待完善。
（二）桩身结构竖向承载力设计值的确定问题
按国标，桩身结构竖向承载力设计值的计算公式为：
Rp=Apfcψc （4）
而按福建及其他一些地区标准，则考虑预压应力的影响，桩身结构竖向承载力设计值的计算公式为：
Rp=Apfcψc-0.34Apδpc （5）
式中，Ap—为桩身横截面面积；
fc—为混凝土轴心抗压强度设计值；
ψc—为工作条件系数；
δpc—为桩身截面混凝土的有效预加应力。
对于公式（4）和公式（5）中的工作条件系数ψc，目前还没有能建立一个很理想的试验模型做精确试验来确定，因此各地的理解不同，取值也不尽相同。按《建筑地基基础规范》（GB50007-2002）中预制桩取为0.75，国际《预应力混凝土管桩》（03SG409）中取为0.7，上海标准取为0.6～0.7，而福建标准取0.6～0.75，并且还考虑了桩身有效预加应力的影响。这样，就会造成各地管桩生产厂家出品的管桩，给出的力学性能指标存在差异，给设计选择与施工选购带来不吻合的现象,尤其是在省际交接地区。如，因为运输成本的关系，广西梧州地区所用的PHC管桩，通常都从广东购进，即管桩生产制作按广东标准，而设计有可能按国标或广西区标选取，标准不同，得出的力学指标也不同。因此，有待进一步研究，统一标准。
（三）施工终压力问题
施工终压力应大于单桩竖向极限承载力标准值（Quk）且不致桩身破坏，又能确保桩身穿越不良土层进入合适的持力层，使桩底嵌固良好。
目前PHC管桩施工中较多采用静压压桩法，而静压压桩一般采用抱压或顶压，以抱压为主。抱压压桩力对桩身产生的横向力比顶压压桩力的一般大30%～50%，过大的抱压力将使桩身产生竖向裂缝。在抱压压桩力作用下，管桩内侧壁在力的作用点处产生拉应力，外壁在力的作用点处产生远大于C80混凝土抗拉强度标准值的拉应力，致使管扩开。因此，为了保证桩身不受损坏，通过限制压桩力来控制顶压力和抱压力。允许的最大抱压压桩力和顶压压桩力计算公式如下：
Pjmax≤0.45（fce-δpc）AP
Pfmax≤1.1 Pjmax
式中
Pjmax—允许的管桩最大抱压压桩力；
Pfmax—允许的管桩最大顶压压桩力；
fce—管桩离心混凝土抗压强度。
但是，在实际施工中，由于压桩的挤土效应，一定数量的基桩压入后，土体中应力显著提升，后压桩的桩基竖向极限承载力标准值Quk随入土基桩数增加而不断增大，为使每根基桩都达到终压条件，压桩力也应跟随变化。所以施工终压力该取多少为宜，需要收集大量的资料收据，进行统计分析。
（四）常见的施工问题
（1）允许施工终压力下，桩端达不到持力层。压桩的挤土效应，或者桩端持力层的覆土很厚，致使施工时Quk＞Pfmax，都会出现基桩桩端达不到持力层的情况，处理的方法一般是采用预钻孔取土。根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94），预钻孔沉桩，孔径约比桩径小50～100mm，深度宜为桩长的1/3～1/2。进行预钻孔时，孔径应按规范严格控制，但取土深度较难把握，按规范的1/3～1/2桩长，基桩往往达不到终压条件。因此，需要积累一定的施工数据和经验，根据地质情况综合分析，才有可能较准确地确定满足终压条件的预钻孔取土深度。
（2）同一承台相邻基桩桩底标高相差过大。造成这种情况的原因很多，也很复杂，压桩的挤土效应、预钻孔取土深度取值不当、持力层面起伏变化过大等因素，都会引起桩端参差不齐。相邻基桩桩底标高差异过大，桩底高的基桩桩端应力对低桩端的基桩产生侧向影响是肯定的，问题在于这种差异值达到多少时，影响才会产生，而且影响有多大，因涉及的因素很多，目前无法界定和估算，需要进行研究和完善。否则，机械地一律采用周边补桩的办法来处理，显得依据不足，也使工程造价提高，造成浪费。
（3）桩顶短接桩。这种情况，一般都在基坑开挖后进行，所以接桩质量不易保证，对结构抗震也极为不利。
三、结 语
尽管预应力混凝土高强（PHC桩）有诸多优点，但在设计和施工中，仍然存在承载力确定依据不统一、施工终压力取值难确定及相邻基桩端标高差异引发的影响界限不明确等问题，有待于进一步研究和完善。
【参考文献】
[1]建筑桩基技术规范（JGJ94-94）．
[2]建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）．
[3]预应力混凝土管桩（03SG409）．
[4]预应力混凝土管桩静压施工规程（DB45/T36-2002）．
[5]先张法预应力高强混凝土管桩（闽02G119）．
