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【摘 要】 加强预应力高强混凝土管桩在基础处理中的应用的研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对预应力高强混凝土管桩在基础处理中的应用进行了研究，具有重要的参考意义。
【关键词】 预应力；混凝土管桩；高层建筑；地基处理
随着国内基本建设的发展，地基基础工程日益显得重要，各种建筑都需要有一个坚固的基础，同时又希望造价比较经济。一幢房屋建筑，基础造价要占到工程总造价的 1/8，甚至到 1/5。这对业主来说是不容忽视的投资。高强度预应力管桩基础的施工工艺简单、经济成本低、施工速度快、安全可靠、适应性比较广。除了石灰岩地区，地下有较大溶洞的地区。如广州的白云区、芳村区部分地区，以及地下埋有较多的孤石、地基岩面较陡等不能适用之外，几乎适用于其他所有地基。地下水多少对管桩基础没有太大的影响。
当前，预应力高强混凝土管桩已被推广应用于房屋建筑、桥梁和码头等工程中。软土地基多采用预制桩基础，以液压静压法压入式施工桩工艺替代锤击，这种施工方法解决了用柴油锤打入桩时带来的噪声大且伴有浓烟油污等不适于在市区施工的问题，既无噪声也对环境无任何污染，符合标准化文明施工的要求，具有广泛的应用前景。因此，管桩等预制桩基础逐步在全国得到推广应用。本文以某高层楼工程预应力高强混凝土管桩基础工程为例，介绍预应力高强混凝土管桩的适用条件、施工方法、施工中质量控制等应注意的事项及以及桩的质量试验与检测。
1 预应力高强混凝土管桩的特点及适用范围
1.1 特点
预应力高强混凝土管桩穿透土层的能力强，对持力层起伏变化大的地质条件适应性强；成桩质量可靠，监理、检测方便；施工周期短；噪声小，无振动，无污染，符合环保要求；而且它的单位承载力造价是各种桩型中最低的，综合经济效益指标也好于其他桩型；但这种桩延性差，超过其桩身承受的极限荷载时会出现脆性破坏。
1.2 适用范围
PHC桩适用于以人工填土、软土、粘性土、粉土、粉砂、细砂、中砂为覆盖层的地区，持力层一般为粗砂、砾砂、圆砾、风化岩，设计入土深度宜为10～70 m。
2 预应力高强混凝土管桩施工方法及要点
该幢20层的高层住宅，设计采用预应力高强混凝土管桩基础，设计打入378根桩，桩直径为600 mm；桩长12 m，进入⑦号强风化岩层不少于500 mm；单桩承载力特征值为2 000 kN，要求静压终压荷载大于5 500 kN。施工前由相关单位及有关专家共同确定施工方案。
1）桩机选择：考虑工程周边建筑物较多及成桩质量，并根据场地土质情况和配重情况，决定选用YZY-360静力压桩机。
2）进场管桩验收及现场堆放：进场管桩严格按规范及设计要求检查，合格方可使用。由于场地狭窄，为不影响桩基走位和方便取桩的位置堆放，采用建筑垃圾铺垫道路及场地，并设排水沟。管桩堆放均不超过2层，底层外侧安置楔木，以防管桩滚动。
3）施工程序：测定桩位-桩机就位—复核桩位-将管桩吊入压机夹持腔-夹持好管桩对准桩位调直桩身-静压沉桩-接桩-再静压沉桩-送桩-终止压桩-桩质量检验-切割桩头-填充管桩内的细石混凝土。
4）由于该工程管桩的桩间距较小（仅1 m或0.9 m），且桩径较大，应尽量减少施工中产生的挤土影响，造成压桩困难，还可能引起工程桩移位，造成重大工程事故。为减少静力压桩的挤土效应，应采取如下措施：a）打桩顺序为跳钻，并分2次循环完成；b）第一循环前，先在第一循环桩位取土为桩长的1/3（约4 m），再进行压桩，然后用同样方法进行第二循环打桩；c）控制压桩速度：根据测斜管提供的监测数据，及时调整压桩速度，沉桩速度一般控制在1 m/min左右为宜。速度过快，土体变形大，速度过慢，影响施工进度。同时，适当控制压桩速度，使各层土体能正确反映其抗剪能力。当地基表层中存在大块石头等障碍物时，要避免压偏；d）压桩过程中应加强邻近建筑物、地下管线的观测、监护。
5）沉桩线路的选定：预应力桩基施工时随着压入桩段数的增多，各层地质构造土体密度随之增高。土体与桩身表面间的摩擦阻力也相应增大，压桩所需的压入力也在增大。为使压桩中各桩的压力与阻力基本接近，入桩线路应选择单向行进，不能从两侧往中间进行（即所谓打关门桩），这样地基土在入桩挤密过程中，土体可自由向外扩张，可避免地基土“上溢”使地表隆起，又不致因土的挤压而造成部分桩身倾斜，保证了群桩的工作基本均匀并符合设计值。
6）本工程采用焊接法接桩，分层均匀地将套箍对焊的焊缝填满；为加快施工速度，减少接桩时间，配备3名焊工同时同方向施焊，焊毕停约1 min即进行沉桩。接桩应连续进行，采用硫磺胶泥接桩间歇不宜过长（正常气温下为10～18 min），接桩面应保持干净，浇注时间不应超过2 min；上下校中心线应对齐，偏差不大于10 mm；节点矢高不得大于1%桩长。
7）垂直度控制，调校桩的垂直度是沉桩质量的关键，须高度重视。插桩在一般情况下入土30～50cm为宜，然后进行调校。桩机驾驶人员在施工长的组织、指挥下，掌握好双方角度尺两个方向上都归零点，使桩机纵横方向保持水平，桩帽、桩身和送桩的中心线应重合；调校垂直在规范允许值以内才能沉桩。在沉桩过程中施工员随时观察桩的进尺变化，如遇地质层有障碍物、桩杆偏移时，应分一、二个行程逐渐调直；压同一根桩应缩短停息时间。
8）压桩机的液压入桩有一定的垂直行程高度，本次采用的YZY360桩机的垂直行程为1.5 m，即每入桩1.5 m即松开抱桩器。开动油泵使之上移，再抱桩固定压入，循环作业。在开始的第一、二个行程，要特别注意控制桩身的垂直度。
9）在施工中，及时准确记录入桩行程深度和相应压力值，作为判别入桩情况正常与否及桩的承载能力的依据。静力压桩单桩竖向承载力，可通过桩的终止压力值大致判断，但因土质的不同而异。桩的终止压力不等于单桩的极限承载力，要通过静载对比试验来确定一个系数，然后再利用系数和终止压力，求出单桩竖向承载力的标准值qκ，即qκ= kqs。如判断的终止压力值不能满足设计要求，应立即采取送压加深处理或补桩，以保证桩基的施工质量。压桩应控制好终止条件。 高强度预应力管桩的承载力计算方法一般以有下几种：第一，根据地质勘探资料及土的物理指标与承载力参数之间的经验关系。第二，根据单桥、双桥探头静力触探资料确定。第三，根据标准贯入确定。第四，根据现场静荷载试验确定。一级建筑的桩基应用现场静荷载试验，并结合静力触探，标准贯入等原位测试方法综合确定。二级建筑的桩基应根据静力触探，标准贯入，经验参数等计算，并参照地质条件相同的试桩资料，综合确定。当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时，应由现场静荷载试验确定。对于三级建筑的桩基，如无原位测试资料，可利用承载力经验参数估算。
根据本人以往的经验，以及调查类似的十几个相关工程情况。高强度预应力管桩的单桩竖向承载力，根据静载试验得出来的值往往比其它测试方法得出的值要高。一般高出 10%～20%左右。这与其它测试方法的经验系数的取值有关。而现场静载试验比较直接、直观，更能准确地反映将来桩基正常使用期间的受力情况。为了更能准确地确定管桩的单桩竖向承载力，更好地控制成本，目前已有很多建设单位采用现场静载荷试验的方法来确定竖向单桩竖向承载力设计值。
3 预应力高强混凝土管桩的质量检测
液压法压桩同锤击法沉桩的质量检验，区别在于前者可利用静力压桩设备作反力平衡装置进行桩的静载荷试验，可省去设置锚桩和反力梁等。为了保证工程的质量，必须分阶段进行单桩竖向抗压静载试验和低应变反射波法检测。
3.1 单桩竖向抗压静载荷试验法
以本工程的桩基质量试验为例：管桩的静载荷试验要模拟实际荷载情况，在考虑了动测结果、施工情况、平面分布等因素后，选取了3根桩进行试验。3根桩均最大加荷至两倍设计和在时停止加载试验，荷载分9级加载，3根试桩最终累计沉降量分别为9.24 mm、8.37 mm、7.58 mm。根据上述系列关系曲线，综合评定确定其容许承载力，它已较好地反映单桩的实际承载力，满足设计要求。预应力高强混凝土管桩从成桩到开始试验的间歇时间，在桩身强度达到设计要求的前提下，对于粉土和粘性土，不应少于15 d，且待桩身与土体的结合基本趋于稳定，方可进行试验。上述试验表明，3根桩在各荷载的作用下，桩顶沉降量较小，而且Q-s曲线平稳，说明承载力达到设计要求。但卸载后，发现沉降的回弹量较小，试桩的桩周摩擦阻力和端承力发挥正常。
3.2 低应变反射波法（动力无损检测法）
低应变反射波法，是将一维波动理论应用于一维杆件弹性桩，在桩顶锤击力的作用下，产生一压缩波并以速度c向下传播，当遇到波阻抗变化的截面时，此入射波产生反射和透射，通过传感器接收到的反射和透射信号，结合其他工程资料，即可判定被检测桩的桩身完整性。本工程共抽76根桩（占总桩数的20%）进行低应变反射波法检测，检测桩的质量，包括桩身的完整性（桩身断裂、桩身各节的连接情况）及混凝土的质量（混凝土的胶结情况）等。检测的76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，且都可观测到桩底反射波信号，表明这76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）；均评为A类桩即良好桩。
4 结语
4.1 预应力高强混凝土管桩存在许多优点
1）预应力管桩是地面预制的，质量较其他桩型容易控制；
2）该基础管桩施工只用10 d，一般管桩施工速度为每根45 min，与许多其他桩型相比，明显地缩短了工期；
3）该工程进行了85次监测，土体位移最大达6.5 cm，土体隆起最高达7 cm，但都控制在设计允许范围内；
4）适合市区施工，不产生泥浆，对周边环境无污染；
5）基本没有噪音，这是灌注桩等其它桩型不能做到的；
6）预应力结构为建设部推荐使用，符合建筑业现代化发展趋势。
4.2 预应力高强混凝土管桩施工有一定的局限性
1）障碍物多、有坚硬隔层的地层、石灰岩地层等不宜采用，只适用于软弱土层；
2）不可避免地产生挤土现象，选用时应仔细分析土体可能产生的最大位移，对周边环境的影响；
3）管桩的抗弯能力存在局限性。综上所述，用预应力高强混凝土管桩来进行基础处理，特别是高层建筑基础处理有较大的发展前景，其造价适中，质量较其他桩型好控制：因为它是预制的。但是在具体使用中还要从工程及地质的实际情况出发，综合分析全面比较，并要认真地实施方可取得满意的成果。
参考文献
[1] 郑俊杰，聂重军，彭宏.预应力混凝土管桩研究与应用进展[J].平顶山工学院学报，2004（4）
[2] 金舜，匡红杰，周杰.我国预应力混凝土管桩的发展近况和方向[J].混凝土和水泥制品，2004
[3] 陈天丰.静压预应力混凝土管桩施工质量控制和常见问题的处理[J].福建建筑，2006（2）
[4] 建筑地基基础工程施工质量验收规范.（GB50202.2002）
[5] 建筑基础桩检测技术规范.（JGJ106.2003 J256.2003）
【关键词】 预应力；混凝土管桩；高层建筑；地基处理
随着国内基本建设的发展，地基基础工程日益显得重要，各种建筑都需要有一个坚固的基础，同时又希望造价比较经济。一幢房屋建筑，基础造价要占到工程总造价的 1/8，甚至到 1/5。这对业主来说是不容忽视的投资。高强度预应力管桩基础的施工工艺简单、经济成本低、施工速度快、安全可靠、适应性比较广。除了石灰岩地区，地下有较大溶洞的地区。如广州的白云区、芳村区部分地区，以及地下埋有较多的孤石、地基岩面较陡等不能适用之外，几乎适用于其他所有地基。地下水多少对管桩基础没有太大的影响。
当前，预应力高强混凝土管桩已被推广应用于房屋建筑、桥梁和码头等工程中。软土地基多采用预制桩基础，以液压静压法压入式施工桩工艺替代锤击，这种施工方法解决了用柴油锤打入桩时带来的噪声大且伴有浓烟油污等不适于在市区施工的问题，既无噪声也对环境无任何污染，符合标准化文明施工的要求，具有广泛的应用前景。因此，管桩等预制桩基础逐步在全国得到推广应用。本文以某高层楼工程预应力高强混凝土管桩基础工程为例，介绍预应力高强混凝土管桩的适用条件、施工方法、施工中质量控制等应注意的事项及以及桩的质量试验与检测。
1 预应力高强混凝土管桩的特点及适用范围
1.1 特点
预应力高强混凝土管桩穿透土层的能力强，对持力层起伏变化大的地质条件适应性强；成桩质量可靠，监理、检测方便；施工周期短；噪声小，无振动，无污染，符合环保要求；而且它的单位承载力造价是各种桩型中最低的，综合经济效益指标也好于其他桩型；但这种桩延性差，超过其桩身承受的极限荷载时会出现脆性破坏。
1.2 适用范围
PHC桩适用于以人工填土、软土、粘性土、粉土、粉砂、细砂、中砂为覆盖层的地区，持力层一般为粗砂、砾砂、圆砾、风化岩，设计入土深度宜为10～70 m。
2 预应力高强混凝土管桩施工方法及要点
该幢20层的高层住宅，设计采用预应力高强混凝土管桩基础，设计打入378根桩，桩直径为600 mm；桩长12 m，进入⑦号强风化岩层不少于500 mm；单桩承载力特征值为2 000 kN，要求静压终压荷载大于5 500 kN。施工前由相关单位及有关专家共同确定施工方案。
1）桩机选择：考虑工程周边建筑物较多及成桩质量，并根据场地土质情况和配重情况，决定选用YZY-360静力压桩机。
2）进场管桩验收及现场堆放：进场管桩严格按规范及设计要求检查，合格方可使用。由于场地狭窄，为不影响桩基走位和方便取桩的位置堆放，采用建筑垃圾铺垫道路及场地，并设排水沟。管桩堆放均不超过2层，底层外侧安置楔木，以防管桩滚动。
3）施工程序：测定桩位-桩机就位—复核桩位-将管桩吊入压机夹持腔-夹持好管桩对准桩位调直桩身-静压沉桩-接桩-再静压沉桩-送桩-终止压桩-桩质量检验-切割桩头-填充管桩内的细石混凝土。
4）由于该工程管桩的桩间距较小（仅1 m或0.9 m），且桩径较大，应尽量减少施工中产生的挤土影响，造成压桩困难，还可能引起工程桩移位，造成重大工程事故。为减少静力压桩的挤土效应，应采取如下措施：a）打桩顺序为跳钻，并分2次循环完成；b）第一循环前，先在第一循环桩位取土为桩长的1/3（约4 m），再进行压桩，然后用同样方法进行第二循环打桩；c）控制压桩速度：根据测斜管提供的监测数据，及时调整压桩速度，沉桩速度一般控制在1 m/min左右为宜。速度过快，土体变形大，速度过慢，影响施工进度。同时，适当控制压桩速度，使各层土体能正确反映其抗剪能力。当地基表层中存在大块石头等障碍物时，要避免压偏；d）压桩过程中应加强邻近建筑物、地下管线的观测、监护。
5）沉桩线路的选定：预应力桩基施工时随着压入桩段数的增多，各层地质构造土体密度随之增高。土体与桩身表面间的摩擦阻力也相应增大，压桩所需的压入力也在增大。为使压桩中各桩的压力与阻力基本接近，入桩线路应选择单向行进，不能从两侧往中间进行（即所谓打关门桩），这样地基土在入桩挤密过程中，土体可自由向外扩张，可避免地基土“上溢”使地表隆起，又不致因土的挤压而造成部分桩身倾斜，保证了群桩的工作基本均匀并符合设计值。
6）本工程采用焊接法接桩，分层均匀地将套箍对焊的焊缝填满；为加快施工速度，减少接桩时间，配备3名焊工同时同方向施焊，焊毕停约1 min即进行沉桩。接桩应连续进行，采用硫磺胶泥接桩间歇不宜过长（正常气温下为10～18 min），接桩面应保持干净，浇注时间不应超过2 min；上下校中心线应对齐，偏差不大于10 mm；节点矢高不得大于1%桩长。
7）垂直度控制，调校桩的垂直度是沉桩质量的关键，须高度重视。插桩在一般情况下入土30～50cm为宜，然后进行调校。桩机驾驶人员在施工长的组织、指挥下，掌握好双方角度尺两个方向上都归零点，使桩机纵横方向保持水平，桩帽、桩身和送桩的中心线应重合；调校垂直在规范允许值以内才能沉桩。在沉桩过程中施工员随时观察桩的进尺变化，如遇地质层有障碍物、桩杆偏移时，应分一、二个行程逐渐调直；压同一根桩应缩短停息时间。
8）压桩机的液压入桩有一定的垂直行程高度，本次采用的YZY360桩机的垂直行程为1.5 m，即每入桩1.5 m即松开抱桩器。开动油泵使之上移，再抱桩固定压入，循环作业。在开始的第一、二个行程，要特别注意控制桩身的垂直度。
9）在施工中，及时准确记录入桩行程深度和相应压力值，作为判别入桩情况正常与否及桩的承载能力的依据。静力压桩单桩竖向承载力，可通过桩的终止压力值大致判断，但因土质的不同而异。桩的终止压力不等于单桩的极限承载力，要通过静载对比试验来确定一个系数，然后再利用系数和终止压力，求出单桩竖向承载力的标准值qκ，即qκ= kqs。如判断的终止压力值不能满足设计要求，应立即采取送压加深处理或补桩，以保证桩基的施工质量。压桩应控制好终止条件。 高强度预应力管桩的承载力计算方法一般以有下几种：第一，根据地质勘探资料及土的物理指标与承载力参数之间的经验关系。第二，根据单桥、双桥探头静力触探资料确定。第三，根据标准贯入确定。第四，根据现场静荷载试验确定。一级建筑的桩基应用现场静荷载试验，并结合静力触探，标准贯入等原位测试方法综合确定。二级建筑的桩基应根据静力触探，标准贯入，经验参数等计算，并参照地质条件相同的试桩资料，综合确定。当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时，应由现场静荷载试验确定。对于三级建筑的桩基，如无原位测试资料，可利用承载力经验参数估算。
根据本人以往的经验，以及调查类似的十几个相关工程情况。高强度预应力管桩的单桩竖向承载力，根据静载试验得出来的值往往比其它测试方法得出的值要高。一般高出 10%～20%左右。这与其它测试方法的经验系数的取值有关。而现场静载试验比较直接、直观，更能准确地反映将来桩基正常使用期间的受力情况。为了更能准确地确定管桩的单桩竖向承载力，更好地控制成本，目前已有很多建设单位采用现场静载荷试验的方法来确定竖向单桩竖向承载力设计值。
3 预应力高强混凝土管桩的质量检测
液压法压桩同锤击法沉桩的质量检验，区别在于前者可利用静力压桩设备作反力平衡装置进行桩的静载荷试验，可省去设置锚桩和反力梁等。为了保证工程的质量，必须分阶段进行单桩竖向抗压静载试验和低应变反射波法检测。
3.1 单桩竖向抗压静载荷试验法
以本工程的桩基质量试验为例：管桩的静载荷试验要模拟实际荷载情况，在考虑了动测结果、施工情况、平面分布等因素后，选取了3根桩进行试验。3根桩均最大加荷至两倍设计和在时停止加载试验，荷载分9级加载，3根试桩最终累计沉降量分别为9.24 mm、8.37 mm、7.58 mm。根据上述系列关系曲线，综合评定确定其容许承载力，它已较好地反映单桩的实际承载力，满足设计要求。预应力高强混凝土管桩从成桩到开始试验的间歇时间，在桩身强度达到设计要求的前提下，对于粉土和粘性土，不应少于15 d，且待桩身与土体的结合基本趋于稳定，方可进行试验。上述试验表明，3根桩在各荷载的作用下，桩顶沉降量较小，而且Q-s曲线平稳，说明承载力达到设计要求。但卸载后，发现沉降的回弹量较小，试桩的桩周摩擦阻力和端承力发挥正常。
3.2 低应变反射波法（动力无损检测法）
低应变反射波法，是将一维波动理论应用于一维杆件弹性桩，在桩顶锤击力的作用下，产生一压缩波并以速度c向下传播，当遇到波阻抗变化的截面时，此入射波产生反射和透射，通过传感器接收到的反射和透射信号，结合其他工程资料，即可判定被检测桩的桩身完整性。本工程共抽76根桩（占总桩数的20%）进行低应变反射波法检测，检测桩的质量，包括桩身的完整性（桩身断裂、桩身各节的连接情况）及混凝土的质量（混凝土的胶结情况）等。检测的76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，且都可观测到桩底反射波信号，表明这76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）；均评为A类桩即良好桩。
4 结语
4.1 预应力高强混凝土管桩存在许多优点
1）预应力管桩是地面预制的，质量较其他桩型容易控制；
2）该基础管桩施工只用10 d，一般管桩施工速度为每根45 min，与许多其他桩型相比，明显地缩短了工期；
3）该工程进行了85次监测，土体位移最大达6.5 cm，土体隆起最高达7 cm，但都控制在设计允许范围内；
4）适合市区施工，不产生泥浆，对周边环境无污染；
5）基本没有噪音，这是灌注桩等其它桩型不能做到的；
6）预应力结构为建设部推荐使用，符合建筑业现代化发展趋势。
4.2 预应力高强混凝土管桩施工有一定的局限性
1）障碍物多、有坚硬隔层的地层、石灰岩地层等不宜采用，只适用于软弱土层；
2）不可避免地产生挤土现象，选用时应仔细分析土体可能产生的最大位移，对周边环境的影响；
3）管桩的抗弯能力存在局限性。综上所述，用预应力高强混凝土管桩来进行基础处理，特别是高层建筑基础处理有较大的发展前景，其造价适中，质量较其他桩型好控制：因为它是预制的。但是在具体使用中还要从工程及地质的实际情况出发，综合分析全面比较，并要认真地实施方可取得满意的成果。
参考文献
[1] 郑俊杰，聂重军，彭宏.预应力混凝土管桩研究与应用进展[J].平顶山工学院学报，2004（4）
[2] 金舜，匡红杰，周杰.我国预应力混凝土管桩的发展近况和方向[J].混凝土和水泥制品，2004
[3] 陈天丰.静压预应力混凝土管桩施工质量控制和常见问题的处理[J].福建建筑，2006（2）
[4] 建筑地基基础工程施工质量验收规范.（GB50202.2002）
[5] 建筑基础桩检测技术规范.（JGJ106.2003 J256.2003）