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摘要:预应力混凝土管桩是目前应用较为广泛的基桩形式，具有施工速度快、桩身质量有保证、单桩承载力高等优点，主要采用锤击沉桩和静压沉桩两种沉桩方法。本文结合工程实例，介绍在桩身水平承载力验算及在相同的地质条件下，比较锤击沉桩和静压沉桩各自的优缺点、水平及竖向承载力、桩身沉降量及适用范围。
关键词:预应力混凝土管桩；锤击沉桩；静压沉桩；承载力；承载力；桩身沉降量
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
预应力混凝土管桩近十多年来在我国的应用越来越广,当下建筑领域中，高层建筑采用预应力混凝土管桩施工者比较多。在同一地质条件，相同承载力下，与钻孔灌桩对比，预应力管桩不仅具有质量稳定、施工速度快、承载力高等优势，还更环保、造价更低。
预应力混凝土管桩的施工方法目前主要有两种，即锤击法和静压法。前者采用筒式柴油錘将其打人土层中，后者采用全液压自动压桩机将其压人土层中，两者从表面上看似乎并不存在什么区别，因此，某些设计、施工和监理人员便将它们同等看待，结果导致不同程度的工程质量问题。我们经多年的调查研究和分析，发现它们仍存在多处不同点，只有对它们有清醒的认识，才能清晰掌握各自的特点和规律，从而保证基础工程质量。
1 工程概述与地质概况
某综合楼地面6层(框架抗震等级为二级)和地下1层、办公楼4层(框架抗震等级为三级)和教学楼3层(框架抗震等级为三级)，通过连廊连成一个整体。
根据现场钻探情况和土工试验结果，场地地层结构如下:
(1)杂填土:场地内普遍分布，承载力低，均匀性差，属高压缩性土，工程性能差，不能作为基础持力层。层厚为0～1.5m。
(2)粘土:分布不稳定，厚度变化大，属中等压缩性土。层厚为2.2～7.0m。
(3)淤泥质土:分布不均，流塑～软塑，强度低，属高压缩性土，工程性能差。层厚为1.1～6.0m。
(4)砂质粘土:分布较不稳定，强度一般，属中等压缩性土，工程性能一般，上部荷载较大，不宜作为基础持力层。层厚为0.8～6.7m。
(5)卵石:分布较稳定，但厚度变化较大，呈稍密－密实状态，属中等～低压缩性土，承载力较高，工程性能较好，该层浅部卵石含量及粒径均偏小。层厚为3.2～6.0m。
(6)残积粘性土:呈可塑状态，承载力较低，遇水易软化，强度随深度递增，中压缩性土。层厚为1.8～3.6m。
(7)全风化花岗岩:分布不均，属中等压缩性土，工程性能尚可，但揭示厚度薄。层厚为0～3.4m。
(8)强风化花岗岩:分布稳定承载力高，厚度较大，分布较均匀，工程性能较好，为良好的基础持力层和下卧层。
2 桩基设计
本工程桩基设计等级为丙级，桩型选用国标《预应力混凝土管桩》10G409之PHC500－125－AB。
2.1 原桩基设计主要内容:
①桩基持力层为5层卵石层，桩身进入持力层深度≥1.5m，桩端以下持力层(卵石层)厚度小于2.5m时，桩身应穿透卵石层进入第8层强风化花岗岩。桩身进入第8层持力层深度≥1.5m，采用锤击沉桩施工。②打桩时以贯入度控制为主，桩长控制为辅，最后三阵每阵十击的平均贯入度≤30mm(重锤低击，锤重6t)。③桩尖采用锥形钢桩尖。④单桩竖向极限承载力暂定如下(单桩竖向极限承载力标准值应以静载试验为准):施工前应先进行试桩。PHC500－125－AB，单桩竖向抗压极限承载力标准值为2600kN，承载力特征值为1300kN。PHC500－125－AB，单桩竖向抗拔极限承载力标准值为680kN，承载力特征值为340kN。
2.2 现场桩基施工情况:
办公楼和教学楼采用锤击沉桩施工完毕，共完成沉桩242根。由于综合楼位置距离民房比较近，仅锤击沉桩1根，就不得不改为静压法沉桩，共完成静压沉桩335根，其中28根同时为抗拔桩。
2.3 桩身水平承载力计算(水平承载力由水平位移控制)
⑴桩水平承载力特征值:
水平位移充许值χoa=10mm
地基土水平抗力系数的比例系数m=10kN
b0=0.9(1.5d+0.5)=1.125m
Ec=3.8×107kN/m2
Es=1.95×108kN/m2
αE=ES/EC=5.13ω0=πd32［d2+2(αE－1)ρgd20］=1.274×10－2m3
I0=W0d0/2=2.548×10－3m4
EI=0.85ECI0=8.23×104kN*m2
α=0.672
桩的换算埋深αh≥4，桩与承台连接按铰接υx=2.441，Rha=76.7kN
⑵结果验算:
综合楼有地下室。地下室底板(厚板)和梁在平面内刚度无穷大，桩的水平位移可按整体移动计算:查计算地下一层总水平剪力:X向地震剪力Vx=7285.59kN；Y向地震剪力Vy=8121.74kN。总桩数310根。每根桩承受水平力:
Tx=7285.59/310=23.5kN＜76.7kN
Ty=8121.74/310=26.2kN＜76.7kN
教学楼柱低最大水平力:Vx=62kN，Vy=57kN，每根桩承受水平力均小于76.7kN，满足要求。
综合楼柱低最大水平力:Vx=102kN，Vy=72kN，两桩承台，每根桩承受水平力均小于76.7kN，满足要求。
(以上均未考虑承台正面填土与桩共同承担水平力作用)
3 沉桩方式
3.1 锤沉桩:
锤击沉桩原设计桩长:持力层为卵石层时，桩长约17米，持力层为第8层时，桩长约24米；实际桩长平均为26.25m，最后三阵贯入度15+15+13(cm/10击)。从实际成桩可以看出终止打桩的质量控制是以桩底标高控制为主、以贯入度为辅。办公楼181#桩试桩(总锤击数573)施工记录如(表1)所示:
表1 办公楼181#桩试桩施工记录
从以上试桩记录可以看出锤击沉桩有很好穿透力，能轻易穿透卵石层，进入强风化花岗岩层贯入度也无法达到设计要求。通过公式
QUK=uΣqsikli+qpkAp
计算，桩身承载力满足要求。可收锤。静载试验结果181#桩单桩竖向抗压极限承载力为2600kN，单桩竖向抗压静载试验Q－S曲线图如下(图1)所示:
图1 单桩竖向抗压静载试验Q－S曲线图
3.2 静压沉桩:
原设计采用锤击沉桩桩长:持力层为卵石层时，桩长约13m，持力层为第8层时，桩长约22m。实际为静压沉桩桩长平均为11.25m，桩端持力层为卵石层，桩端全断面进入卵石层1.0m～1.5m，桩端以下卵石层厚度不小于1.5m。以402#桩，终压桩力为4000kN(管桩很难穿透卵石层，需采用加大压桩力的方法进行沉桩)，桩静压沉Q(压桩力kN)－L(入土深度m)如下(图2)所示(从以下图可以看出压桩力越大时，Q－L线斜率越小):
图2 Q(压桩力kN)－L(入土深度m)
静载试验结果402#桩单桩竖向抗压极限承载力为2600kN，单桩竖向抗压静载试验Q－S曲线图如下(图3)所示:
图3 单桩竖向抗压静载试验Q－S曲线图
3.3 静压沉桩和锤击沉桩的分析对比
3.3.1 静压沉桩的优缺点:
A1:场地要求很平整，地下和空中无障碍物，因设备体积加大，重量重，场地地面承载力不应小于压桩机接地压强的1.2倍，即静压桩对施工场地地面承载力要求较高。本工程对静压管桩施工场回填土进行分层碾压密实处理，以提高地面承载力，满足静压桩机施工要求，桩机基础如没有足够的承载力，沉桩过程中，桩机容易产生不均匀沉降，桩身极易发生偏移和断桩。
A2:适合用城市市区或对干扰有限制的城市郊区或新区。
A3:对于较厚砂层和卵石层，不易穿过，桩身长度小于锤击沉桩的桩身长度(本商学院仅桩身造价可节省100多万元)。对于较浅的石灰岩区，由于缺乏由软到硬的过渡岩土层，特别是无强风化层，加之微风化石灰岩表面凹凸不平，采用压桩时，由于桩接触微风化石灰岩不产生冲击力，故不易出现断桩情况。
A4:承载力:虽然压桩也具有一些挤土效应，但对桩端持力层的土层物理特性改变不大，桩的实际承载力与理论计算值较接近；桩的最大终压桩力(持荷时间为3分钟)大于桩的实际承载力；桩的竖向承载力也比锤击桩低。
A5:从Q－S曲线图可以看在相同的荷载作用下静压沉桩的沉降量大于锤击沉桩的沉降量。
3.3.2 锤击沉桩的优缺点:
A1:场地要求较平，地下和空中无障碍物，打桩设备体积小、重量轻，锤击桩对施工场地地面承载力要求较低。
A2:锤击噪声对周围影响较大，影响范围可在1km左右；场地地面振动，对邻近的既有房屋有一定的振动干扰，严重的会引起邻近的既有房屋的墙体局部开裂。本工程就是因为这个原因而不得不采用两种沉桩方式。
A3:适合位置:城市郊区或新区。
A4:对于较厚砂层和中厚卵石层能容易穿透。对于较浅的石灰岩区，由于缺乏由软到硬的过渡岩土层，特别是无强风化层，加之微风化石灰岩表面凹凸不平，打桩时，很容易出现断桩情况。
本工程通过桩身低应变法检测，静压沉桩检测数为146根，一类桩共146根(占100%)，锤击沉桩检测数为169根，一类桩共162根(95.9%)、二类根共7根(4.1%)，可以看出在这种地质情况下静压沉桩质量比锤击沉桩质量相对好一点。
4 结语
综上所述，在进行预应力混凝土管桩设计选用时，设计人员要充分了解设计场地的地质情况、周边环境以及管桩的施工工艺。要根据地质情况，在满足工程的安全条件下，选择合适、科学的桩型和沉桩方式，以提高成桩质量，发挥更好的经济效益。
参考文献
[1] 李甫.浅析锤击管桩与静压管桩的若干区别[J].广东土木与建筑,2004年第07期
[2] 苗金丽;王鳳梅;陈枝东.静压预应力高强混凝土管桩竖向承载力及沉降特性[J].施工技术,2008年S1期
关键词:预应力混凝土管桩；锤击沉桩；静压沉桩；承载力；承载力；桩身沉降量
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
预应力混凝土管桩近十多年来在我国的应用越来越广,当下建筑领域中，高层建筑采用预应力混凝土管桩施工者比较多。在同一地质条件，相同承载力下，与钻孔灌桩对比，预应力管桩不仅具有质量稳定、施工速度快、承载力高等优势，还更环保、造价更低。
预应力混凝土管桩的施工方法目前主要有两种，即锤击法和静压法。前者采用筒式柴油錘将其打人土层中，后者采用全液压自动压桩机将其压人土层中，两者从表面上看似乎并不存在什么区别，因此，某些设计、施工和监理人员便将它们同等看待，结果导致不同程度的工程质量问题。我们经多年的调查研究和分析，发现它们仍存在多处不同点，只有对它们有清醒的认识，才能清晰掌握各自的特点和规律，从而保证基础工程质量。
1 工程概述与地质概况
某综合楼地面6层(框架抗震等级为二级)和地下1层、办公楼4层(框架抗震等级为三级)和教学楼3层(框架抗震等级为三级)，通过连廊连成一个整体。
根据现场钻探情况和土工试验结果，场地地层结构如下:
(1)杂填土:场地内普遍分布，承载力低，均匀性差，属高压缩性土，工程性能差，不能作为基础持力层。层厚为0～1.5m。
(2)粘土:分布不稳定，厚度变化大，属中等压缩性土。层厚为2.2～7.0m。
(3)淤泥质土:分布不均，流塑～软塑，强度低，属高压缩性土，工程性能差。层厚为1.1～6.0m。
(4)砂质粘土:分布较不稳定，强度一般，属中等压缩性土，工程性能一般，上部荷载较大，不宜作为基础持力层。层厚为0.8～6.7m。
(5)卵石:分布较稳定，但厚度变化较大，呈稍密－密实状态，属中等～低压缩性土，承载力较高，工程性能较好，该层浅部卵石含量及粒径均偏小。层厚为3.2～6.0m。
(6)残积粘性土:呈可塑状态，承载力较低，遇水易软化，强度随深度递增，中压缩性土。层厚为1.8～3.6m。
(7)全风化花岗岩:分布不均，属中等压缩性土，工程性能尚可，但揭示厚度薄。层厚为0～3.4m。
(8)强风化花岗岩:分布稳定承载力高，厚度较大，分布较均匀，工程性能较好，为良好的基础持力层和下卧层。
2 桩基设计
本工程桩基设计等级为丙级，桩型选用国标《预应力混凝土管桩》10G409之PHC500－125－AB。
2.1 原桩基设计主要内容:
①桩基持力层为5层卵石层，桩身进入持力层深度≥1.5m，桩端以下持力层(卵石层)厚度小于2.5m时，桩身应穿透卵石层进入第8层强风化花岗岩。桩身进入第8层持力层深度≥1.5m，采用锤击沉桩施工。②打桩时以贯入度控制为主，桩长控制为辅，最后三阵每阵十击的平均贯入度≤30mm(重锤低击，锤重6t)。③桩尖采用锥形钢桩尖。④单桩竖向极限承载力暂定如下(单桩竖向极限承载力标准值应以静载试验为准):施工前应先进行试桩。PHC500－125－AB，单桩竖向抗压极限承载力标准值为2600kN，承载力特征值为1300kN。PHC500－125－AB，单桩竖向抗拔极限承载力标准值为680kN，承载力特征值为340kN。
2.2 现场桩基施工情况:
办公楼和教学楼采用锤击沉桩施工完毕，共完成沉桩242根。由于综合楼位置距离民房比较近，仅锤击沉桩1根，就不得不改为静压法沉桩，共完成静压沉桩335根，其中28根同时为抗拔桩。
2.3 桩身水平承载力计算(水平承载力由水平位移控制)
⑴桩水平承载力特征值:
水平位移充许值χoa=10mm
地基土水平抗力系数的比例系数m=10kN
b0=0.9(1.5d+0.5)=1.125m
Ec=3.8×107kN/m2
Es=1.95×108kN/m2
αE=ES/EC=5.13ω0=πd32［d2+2(αE－1)ρgd20］=1.274×10－2m3
I0=W0d0/2=2.548×10－3m4
EI=0.85ECI0=8.23×104kN*m2
α=0.672
桩的换算埋深αh≥4，桩与承台连接按铰接υx=2.441，Rha=76.7kN
⑵结果验算:
综合楼有地下室。地下室底板(厚板)和梁在平面内刚度无穷大，桩的水平位移可按整体移动计算:查计算地下一层总水平剪力:X向地震剪力Vx=7285.59kN；Y向地震剪力Vy=8121.74kN。总桩数310根。每根桩承受水平力:
Tx=7285.59/310=23.5kN＜76.7kN
Ty=8121.74/310=26.2kN＜76.7kN
教学楼柱低最大水平力:Vx=62kN，Vy=57kN，每根桩承受水平力均小于76.7kN，满足要求。
综合楼柱低最大水平力:Vx=102kN，Vy=72kN，两桩承台，每根桩承受水平力均小于76.7kN，满足要求。
(以上均未考虑承台正面填土与桩共同承担水平力作用)
3 沉桩方式
3.1 锤沉桩:
锤击沉桩原设计桩长:持力层为卵石层时，桩长约17米，持力层为第8层时，桩长约24米；实际桩长平均为26.25m，最后三阵贯入度15+15+13(cm/10击)。从实际成桩可以看出终止打桩的质量控制是以桩底标高控制为主、以贯入度为辅。办公楼181#桩试桩(总锤击数573)施工记录如(表1)所示:
表1 办公楼181#桩试桩施工记录
从以上试桩记录可以看出锤击沉桩有很好穿透力，能轻易穿透卵石层，进入强风化花岗岩层贯入度也无法达到设计要求。通过公式
QUK=uΣqsikli+qpkAp
计算，桩身承载力满足要求。可收锤。静载试验结果181#桩单桩竖向抗压极限承载力为2600kN，单桩竖向抗压静载试验Q－S曲线图如下(图1)所示:
图1 单桩竖向抗压静载试验Q－S曲线图
3.2 静压沉桩:
原设计采用锤击沉桩桩长:持力层为卵石层时，桩长约13m，持力层为第8层时，桩长约22m。实际为静压沉桩桩长平均为11.25m，桩端持力层为卵石层，桩端全断面进入卵石层1.0m～1.5m，桩端以下卵石层厚度不小于1.5m。以402#桩，终压桩力为4000kN(管桩很难穿透卵石层，需采用加大压桩力的方法进行沉桩)，桩静压沉Q(压桩力kN)－L(入土深度m)如下(图2)所示(从以下图可以看出压桩力越大时，Q－L线斜率越小):
图2 Q(压桩力kN)－L(入土深度m)
静载试验结果402#桩单桩竖向抗压极限承载力为2600kN，单桩竖向抗压静载试验Q－S曲线图如下(图3)所示:
图3 单桩竖向抗压静载试验Q－S曲线图
3.3 静压沉桩和锤击沉桩的分析对比
3.3.1 静压沉桩的优缺点:
A1:场地要求很平整，地下和空中无障碍物，因设备体积加大，重量重，场地地面承载力不应小于压桩机接地压强的1.2倍，即静压桩对施工场地地面承载力要求较高。本工程对静压管桩施工场回填土进行分层碾压密实处理，以提高地面承载力，满足静压桩机施工要求，桩机基础如没有足够的承载力，沉桩过程中，桩机容易产生不均匀沉降，桩身极易发生偏移和断桩。
A2:适合用城市市区或对干扰有限制的城市郊区或新区。
A3:对于较厚砂层和卵石层，不易穿过，桩身长度小于锤击沉桩的桩身长度(本商学院仅桩身造价可节省100多万元)。对于较浅的石灰岩区，由于缺乏由软到硬的过渡岩土层，特别是无强风化层，加之微风化石灰岩表面凹凸不平，采用压桩时，由于桩接触微风化石灰岩不产生冲击力，故不易出现断桩情况。
A4:承载力:虽然压桩也具有一些挤土效应，但对桩端持力层的土层物理特性改变不大，桩的实际承载力与理论计算值较接近；桩的最大终压桩力(持荷时间为3分钟)大于桩的实际承载力；桩的竖向承载力也比锤击桩低。
A5:从Q－S曲线图可以看在相同的荷载作用下静压沉桩的沉降量大于锤击沉桩的沉降量。
3.3.2 锤击沉桩的优缺点:
A1:场地要求较平，地下和空中无障碍物，打桩设备体积小、重量轻，锤击桩对施工场地地面承载力要求较低。
A2:锤击噪声对周围影响较大，影响范围可在1km左右；场地地面振动，对邻近的既有房屋有一定的振动干扰，严重的会引起邻近的既有房屋的墙体局部开裂。本工程就是因为这个原因而不得不采用两种沉桩方式。
A3:适合位置:城市郊区或新区。
A4:对于较厚砂层和中厚卵石层能容易穿透。对于较浅的石灰岩区，由于缺乏由软到硬的过渡岩土层，特别是无强风化层，加之微风化石灰岩表面凹凸不平，打桩时，很容易出现断桩情况。
本工程通过桩身低应变法检测，静压沉桩检测数为146根，一类桩共146根(占100%)，锤击沉桩检测数为169根，一类桩共162根(95.9%)、二类根共7根(4.1%)，可以看出在这种地质情况下静压沉桩质量比锤击沉桩质量相对好一点。
4 结语
综上所述，在进行预应力混凝土管桩设计选用时，设计人员要充分了解设计场地的地质情况、周边环境以及管桩的施工工艺。要根据地质情况，在满足工程的安全条件下，选择合适、科学的桩型和沉桩方式，以提高成桩质量，发挥更好的经济效益。
参考文献
[1] 李甫.浅析锤击管桩与静压管桩的若干区别[J].广东土木与建筑,2004年第07期
[2] 苗金丽;王鳳梅;陈枝东.静压预应力高强混凝土管桩竖向承载力及沉降特性[J].施工技术,2008年S1期