1、 高强预应力管桩在多高层建筑基础设计中的应用高强预应力管桩在多高层建筑基础设计中的应用 高强预应力管桩在多高层建筑基础设计中的应用 增城市城市规划设计室 赖伯舟 增城市第四建筑工程公司 阮伟权 一、前 言 经过近几年的实践，高强度预应力混凝土管桩（）以其桩身混凝土强度高，适 应性广，耐冲击性能好，穿透力强，具有承载力高，抗弯抗裂性能好，施工快捷、方 便，质量稳定可靠，耐久性好等优点，而被广泛应用于高层建筑基础。 二、工程概况 增城市妇幼保健院门诊大楼，占地面积约 550 平方米，呈“”字形，共计九层。 首层楼高 5.0 米，为侯诊大厅；二九层为各门诊科室，层高二层 3.5 米，天面层设 有水池
2、、洗衣房。结构采用框架结构。该建筑物按规范规定为二级建筑物，抗震等级 为三级，抗震设防烈度为 6 度。场地为旧房拆除地，并已清理成平整的场地。 三、场地工程地质状况 通过钻探揭露，场区上部为第四系覆盖土层，下伏为震旦系片麻岩风化层。第四 系覆盖土层由人工堆积，冲积和残积层组成，厚度可达 3040 米，土质均匀。 地层由上至下分别为： （） 杂填土：灰白色，湿，软弱，由粉土堆填，属高压缩性土，工程 性能差，层厚 4.6 米。 （） 粘土：砖红色，花斑状，可塑，质纯，粘滑。属中压缩性土，工程 性能差，层厚 1.34.9 米。 （） 细砂：土黄色，饱水，松散，含大量粉粘粒。层厚 6.17.0 米。
3、（） 粉质粘土：灰色，粘滑，软塑，为冲击土。属中压缩性土，工程性 能差，层厚 1.22.5 米。 （） 粉砂：灰黑色，松散，饱和，总体略软弱，局部为粉土。属中压缩 性土，工程性能差，层厚 1.74.7 米。 （） 砾砂：土黄色，饱水，中密密实，含细砾石：0.20.5 厘米大小， 呈次圆次棱角形，成分以石英、硅质岩为主，含量差别大（10% 70%）。 可作为多层建筑桩端持力层，层厚 7.311.9 米。 （） a、砂质粘性土：灰褐色，稍湿湿，以硬塑为主，上部较软，往下渐硬，底 部近风化花岗岩，原岩结构清晰，含砂量不大，含亲水矿物，遇水易软化、膨胀。为 较为理想的桩端持力层，层厚大于 4.1 米。
4、 b、ZK2 钻孔揭露为砂质粘性土：褐黄色，稍湿湿，硬塑坚硬。花岗岩全风化 形成的未经搬运的残积土。 底部为全风化岩。 为较为理想的桩端持力层， 该层未揭示。 本场地地貌简单，地形平坦，无不良地质现象，属二类场地；场地水对混凝土无 侵蚀性。地基各土层承载力参数列于表。 表 1 土 层 号 岩 土 名 称 预应力混凝土管桩 标 贯 N63.5 qsk (kPa) qpk (kPa) -1 粘土 20 11.00 -2 细砂 20 4.80 粉质粘土 30 16.50 粉砂 50 31.30 砂砂 38 2600 41.60 或 砂质粘土 35 2500 17.30 全风化花岗岩 80 2800
5、57.00 四、基础方案 （） 本工程选用高强预应力混凝土管桩（），直径为 D=400，壁 厚为 125，C80 高强预应力混凝土管桩桩身容许承载力为 1800kPa，承载力标准值 Rk=1800kN，桩长约 1720 米，以冲积沙砾层为桩端持力层， 桩端进入持力层 1.0 米。接桩采用焊接， 桩头锚入承台内 100，在桩头内插入 422,长 2.0 米，其中 1.0 米。 锚入桩内并浇 C30 混凝土封堵。 （） 单桩承载力的确定：高强预应力混凝土管桩单桩竖向承载力是按 桩身额定强度来确定，利用经验公式进行估算，通过现场静荷载 试验确定。管桩因管桩外径、壁厚、混凝土强度等级等因素而承 载力不
6、同。桩身额定强度，上海地基基础设计规范DBJ08-11-89 采用了美国 UBC 和 ACI 的计算公式形式，桩身结构强度按下式验算： (0.200.25)R0.27pc 式中 桩身垂直压应力，单位同 R； R 边长为 20cm 的混凝土立方体试块的极限抗压强度； pc 桩身截面上混凝土有效预加应力。 我国管桩生产厂家流行的算式是套用日本和英国的公式，即 Rb1/4(fcpc )A 式中 Rb 管桩桩身额定承载力； fc 管桩桩身混凝土设计强度，如 C80 时，取 fc80Mpa； pc 桩身有效预压应力； A 桩身有效横截面积。 广东建设实业集团公司副总工王离高工提出了华南地区管桩单 桩竖向
7、承载力标准值的经验公式： Rk=100NAp+UpqsiLi 式中 Rk 管桩竖向承载力标准值； N 桩端处强风化岩的标贯值； Ap 桩尖（封口）投影面积； Up 管桩桩身外周长； Li 各土层划分的各段桩长； qsi 桩周土的摩擦力标准值，按 GBJ7-89 规范附录十五所 列数值的上限（高值）取用，强风化岩的 qs 值取 150kPa。 公式适用范围：（）管桩桩尖必须进入 N50 的强风化层， 当 N60 时，取 N=60； （）当计算出来的 Rk 大于桩身额定承载力 Rb 时，取 Rk 为额定承载力 Rb 。由于管 桩单桩竖向承载力设计值在 3500kN 以下，因此多数工程都是以静荷载试
8、验 来确定其承载力。 单桩承载力根据广东省预应力管桩基础技术规程（征求 意见稿）估算。 按照该规程公式： Rk=rsusqsiLi+rpqpAp 式中 Rk 单桩承载力标准值（kN）； rs 桩周土摩擦力调整系数； us 桩身周长（m）； qsi 桩周土摩擦力标准值(kN/m2)； Li 各土层划分的各段桩长(m)； rs 桩端土承载力调整系数； qp 桩端土承载力标准值(kN/m2)； Ap 桩身横截面积(m2)。 （） 由于工期较紧，而且附近有已完成的相似的基础工程可参考， 所以采用按照华南地区经验公式计算所得的单桩竖向承载力 Rk=1800kN 作为本工程所采用的单桩承载力。在打桩过程中
9、 采用 PDA 应变作为辅助观察，以有效的控制桩的贯入度，进 而保证质量。由于该工程地处城区，又是医院，不适宜进行打入式施工，故 采用 YZY-240 静力压桩机入桩施工，以桩长为主、按设计荷载 2 倍的压力压下时，卸 载后复压 12 次的最后贯入度为辅的双控指标。待基础工程施工完毕后，再按实际情 况依照建筑桩基技术（JGJ94-94）的要求进行静荷载试验检验单桩承载力。 五、桩的检测 （） 桩基质量无损检查：本工程共抽 16 根桩（占总桩数的 15%）采 用低应变动力检测反射波法进行检测。检测的目的主要通过动测 方法检查桩基的质量，包括桩身的完整性（桩身断裂、桩身各节 的连接情况）及混凝土的
10、质量（混凝土的胶结情况）和动测推算 单桩承载力等。检测的 16 根桩，实测纵波波形曲线规律性较好， 未见明显的桩间反射波异常，且均可观测到桩底反射波信号，表 明这 16 根桩桩身完整，连接良好，未出现明显的桩身质量问题 （检测结果表略），动测推算的整桩混凝土的平均抗压强度及单桩 承载力能达到设计要求，均评为一类桩即良好桩。 （） 静荷载试验全部采用工程桩进行，在考虑了动测结果、施工情况、 平面分布等因素后，选取了下列三根桩进行试桩。试桩的 Qs 曲线见附图。三根桩的静载均是加荷至 2.0Rk时停止加载试验。 结果表明：三根桩在各荷载的作用下，桩顶沉降量较小，而且 Qs 曲线平稳，说明承载力达到
11、设计要求。但卸载后，发现沉 降的回弹力偏小。 六、小结 通过该工程的设计实践， 基本上掌握了高强度预应力混凝土管桩在增城地区的地 质参数和基本控制条件。由试桩 Qs 曲线等综合分析对比后，认为该基桩设计的地 质参数在原设计取值的基础上还可以进一步提高，在桩施打过程中，控制贯入度小于 30（YZY-240 静力压桩机）的要求不是十分合理，最后贯入度的取值与压桩荷载、落 距、桩长、桩的直径及地质构造等条件、桩端进入持力层的厚度、桩的承载力等因素 有关，对此还须在实践中加以摸索。 参 考 书 目 王 离高强度预应力混凝土管桩的应用和施工广东建设开发公司，1992 桩基工程技术北京：中国建材工业出版社，1996 建筑地基基础设计规范（GBJ7-89） 王 离预应力管桩基础设计应注意的问题广东建设开发公司，1996 2002 年 5 月 10 日
