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【摘 要】 管桩作为一种地基处理及桩基础形式从上个世纪初产生到现在已经得到了很大的发展，在各种建筑基础中得到广泛地应用，并发挥着巨大的作用。因此我们必须了解桩基工程与土体结构之间的关系和相互作用，处理好土体所引起的对管桩的作用力，使之达到平衡。另外为了更合理利用管桩这一技术、有效地推广使用管桩，对管桩进行研究是极为必要的。
【关键词】 管桩；桩基工程；土体；地质条件；剪切作用
【中图分类号】 TU721.5 【文献标识码】 D 【文章编号】 1727-5123（2013）04-094-01
1 前言
古人有云：千里之行始于足下，百丈之台始于垒土。可想而知，基础对于建筑的重要性，特别是当今社会，随着社会的发展，人口的增长，以及对于土地资源需求的日益扩大，高层建筑蕴育而生。当我们看到城市中一栋栋高楼大厦的拔地而起，留给人们的并不只是惊讶和赞美，更值得我们深思的是对于地基基础的重要性。
举个我们最熟悉的例子，2009年上海闵行区莲花南路，罗阳路口西侧的“莲花河畔景苑”小区，一栋13层的住宅楼全部倒塌，造成一人死亡。这般血淋淋的代价留下的不仅仅是一栋倒下的完整高楼，而是这高楼背后，更准确的说应该是高楼下面，这至关重要的地基基础。专家对于事故的分析：由于该楼南北两侧土压力差导致土体发生流动，对管桩桩体产生剪切作用，超出了桩基本身的抗侧能力，再加上南边堆在的高土在雨水作用下的流动对基础产生的水平作用力和深层土体的滑移力组成了一组力偶，加速了桩基的继续倾斜。简单的说就是土体不滑动，上部结构是不会迅速倒塌的，这也就是土体滑动对桩基造成的失稳破坏！
所以说，土体的稳定性对于桩基工程十分重要，换言之让管桩处于一种相对平衡的受力状态是必须的，因此要很好的了解土体的特性，土层的结构以及外界因素对土体造成的影响。另外一方面做好工程中管桩的使用并且研究相关的材料技术和力学特性来提高管桩的强度，比如说抗剪强度，在上海的倒塌事故中如果有能抵抗土体滑动所带来的剪切作用的桩身强度，也不会发生住宅楼倒塌的事件。因此我认为做好桩基工程，必须要双管齐下，对管桩的合理利用和强度的加强以及充分掌握土体这一外界环境的作用力。从而牢牢的从基础抓起，提高工程的质量，避免工程事故的发生。
2 不适宜管桩施工的地质条件及处理措施
2.1 土层中含有较多难以清除的孤石（障碍物）或有不适宜作持力层且管桩又难以贯穿的坚硬夹层地区，不宜应用管桩。
2.2 孤石和障碍物多的场地也不宜用管桩，道理显而易见。
2.3 当夹层非常坚硬，但厚度不大，管桩要贯穿时容易被打裂，而不贯穿又不符合做桩端持力层的要求，这样的夹层场地也不宜应用管桩。
2.4 管桩难以贯入的岩面上无适合作桩端持力层的土层，或持力层较薄且持力层上覆土层较松软：管桩难以贯入的岩面埋藏较浅且倾斜较大，均不宜应用管桩。
2.5 管桩桩尖穿越松软土层后直接进入特别坚硬层（如中、微风化硬岩），管桩就会发生断裂，原因是没有“缓冲层”，当桩尖瞬时碰到中、微风化的硬岩，而桩身四周又都是摩擦力很小的松软层时，强大的打桩冲击力会全部传向桩尖，并由桩尖处岩面再以压力波形式反射回来，引起桩身强烈反弹，容易出现桩头打碎，桩身断裂的情况。
2.6 有的场地，管桩难以贯入的岩面埋藏较浅且倾斜较大，当管桩桩尖到达岩面时，由于桩周土体对桩身的稳固力不足，导致整根桩跑位或沿岩面滑移。
总之，孤石和障碍物多的场地，有薄而坚硬夹层的场地、“上软下硬、软硬突变”，以及基岩埋藏较浅且倾斜较大的场地等，不宜采用管桩。
必须采用时，应十分谨慎对待，应该有相应的施工措施，比如采用型钢桩尖与管桩下端焊接成组合的桩身，对于桩端在岩层中的定位导向和防止桩端向较软土质偏移起了重要的作用；遇到有石块的桩位采用钢管引孔，避免桩身遇石块影响而产生倾斜或位移现象。另外，对软土地区工程（如Ⅳ类场地的工程）、深基坑工程、承受较大水平力的基桩等，也应避免采用预应力管桩。必须采用时，应由地下室外墙、承台侧面的土压力（垂直于水平力作用方向的承台侧壁被动土压力）承担水平力，同时还应在管桩顶部设置填芯钢筋混凝土，以增加管桩顶部的有效截面面积，提高管桩的抗剪承载力。
3 适宜用管桩的正常土质条件及注意事项
对于一般的正常土体来说，可穿越土层包括砂、砾石夹层 ≤7.0m，砂夹层≤3.0m，穿越性好进入持力层。软质岩、强风化岩1～3m、硬粘土密实砂層和碎石层、中微风化岩、中微风化岩等都是适宜的土体结构。管桩凭借其自身的优点，从而得到十分广泛的应用，但是自从上海的倒楼事件之后，敲响了采用预应力混凝土管桩的警钟。
实际工程中，应根据工程具体情况，施工现场的组织状况，包括施工工艺，进度安排，施工组织设计等，避免出现非设计以及地质原因所导致的桩基失稳的事故。在进行打桩的施工过程中，要注意打桩的顺序，以免出现挤土效应，导致桩体出现裂缝。对于静力压桩，特别要注意对于油压的控制，防止压力过大致使管桩断裂。其次还得控制地下水的影响，地下水的浮力作用会导致基础的承载力下降，更主要的是地下水的流动导致某些夹层松软土质的流失，上下土体之间产生滑动位移，对桩身进行剪切作用。因此在现场土方开挖前就得打好降水井，做好充分的抽水工作。不仅让支护结构更加稳固，也能避免对管桩和基础产生破坏，积极引导和处理好桩基与土体之间依存的关系，才能让基础更加稳固，使建筑安全性得到保证。
4 管桩的优缺点及施工保证措施
4.1 优点。①施工时无噪音、无振动、无油烟污染，不产生泥浆，很适合在市区施工；②单桩承载力高；③对持力层起伏变化大的地质条件适应性强，因为管桩桩节长短不一，搭配灵活，接长方便，在施工现场可随时根据地质条件的变化调整接桩长度，节省用桩量；④施工速度快，工效高，工期短；⑤成桩质量可靠。静压管桩经济指标好。同样承载力的管桩一般比灌注桩造价低50%，同一个桩基项目灌注桩造价甚至可达到管桩造价的5倍；⑥监理、检测方便。静压管桩工序少，一目了然，监理控制质量的工作强度小。检测可利用静压桩机作为反力配重，简单易行；⑦耐久性好。管桩采用离心成型，压蒸养护，因此混凝土密实性好，强度高，抗渗性和耐腐蚀性能非常好。 4.2 缺点及施工保证措施。就管桩自身来说，预应力混凝土管桩的管壁较薄，以管径D=400mm的PHC桩为例，管桩的有效截面面积仅为同外径实心桩截面面积的72.4%，可以看出，随桩径的增加，管桩的有效截面面积比不断减小。而桩身的抗剪强度与桩身的截面面积成正比，减小了截面面积，也就降低了管桩的抗剪承载力。并且由于管桩为空心薄壁构件，当管桩承受较大水平力或地基发生较大侧向变形时，容易发生剪切破坏。预应力混凝土管桩应优先考虑作为抗压桩使用。对预应力混凝土管桩应避免作为抗拔桩使用，必须采用时应采取可靠的结构措施：加强桩与承台的连接，采取综合一些措施，比如填芯及凿出桩头预应力钢筋等，确保桩头钢筋与承台锚固有效。如果使用不当，会出现抗拔失效的问题，预应力混凝土管桩出现抗拔失效的主要原因是，管桩与承台的锚固失效及当采用多节桩时管桩接头失效：管桩接长时，多采用桩顶端板的直接焊接接头或机械快速接头连接，管桩与管樁的连接焊缝或机械快速接头的连接处受腐蚀环境的长期影响而失效，造成下节管桩不起抗拔作用，上节管桩被拔出。所以要采取措施确保多节桩接头的有效性。应按抗拉等强接头设计，并采取有效的防腐蚀措施。当设计中无法确保接头防腐措施的长期（工程设计使用年限内）有效时，对接头的焊缝可参考钢桩的做法，留出适当的腐蚀余量（按等比关系对焊缝强度留有足够的余量）。否则，不应采用多节管桩作为抗拔桩使用，必须采用时，只可考虑最上节管桩的抗拔承载力（即不考虑接头以下管桩的抗拔作用）。
5 结束语
除了控制好桩基与土体的关系，引进良好的技术和科学也是必要的，这不光能提高管桩的实用性和使用性，而且使其更好的在基础工程中扮演重要的角色。通过对材料新技术以及对力学性能的充分学习和研究，融合高新材料和力学知识，相信可以制作出更好的管桩，展望未来的建筑工程，不能忽视的就是做好基础工程。能够让现在的桩基依存于土体的关系，甚至是被土体所限制，渐渐的变为土体不再作为决定桩基质量和安全的重要因素或者事故的导火索。我只想说一句：任你土层万般变，亦不改我桩基稳！
参考文献
1 建筑地基基础设计规范.（GB5007-2002 ）
2 建筑地基基础工程施工质量验收规范.（GB50202-2002）
3 建筑桩基检测技术规范.（JGJ106-2003）
4 建筑桩基技术规范.（JGJ94-94）
5 傅裕寿等.土力学与地基基础.清华大学出版社，2012
6 倪宏革等.工程地质.北京大学出版社，2009
【关键词】 管桩；桩基工程；土体；地质条件；剪切作用
【中图分类号】 TU721.5 【文献标识码】 D 【文章编号】 1727-5123（2013）04-094-01
1 前言
古人有云：千里之行始于足下，百丈之台始于垒土。可想而知，基础对于建筑的重要性，特别是当今社会，随着社会的发展，人口的增长，以及对于土地资源需求的日益扩大，高层建筑蕴育而生。当我们看到城市中一栋栋高楼大厦的拔地而起，留给人们的并不只是惊讶和赞美，更值得我们深思的是对于地基基础的重要性。
举个我们最熟悉的例子，2009年上海闵行区莲花南路，罗阳路口西侧的“莲花河畔景苑”小区，一栋13层的住宅楼全部倒塌，造成一人死亡。这般血淋淋的代价留下的不仅仅是一栋倒下的完整高楼，而是这高楼背后，更准确的说应该是高楼下面，这至关重要的地基基础。专家对于事故的分析：由于该楼南北两侧土压力差导致土体发生流动，对管桩桩体产生剪切作用，超出了桩基本身的抗侧能力，再加上南边堆在的高土在雨水作用下的流动对基础产生的水平作用力和深层土体的滑移力组成了一组力偶，加速了桩基的继续倾斜。简单的说就是土体不滑动，上部结构是不会迅速倒塌的，这也就是土体滑动对桩基造成的失稳破坏！
所以说，土体的稳定性对于桩基工程十分重要，换言之让管桩处于一种相对平衡的受力状态是必须的，因此要很好的了解土体的特性，土层的结构以及外界因素对土体造成的影响。另外一方面做好工程中管桩的使用并且研究相关的材料技术和力学特性来提高管桩的强度，比如说抗剪强度，在上海的倒塌事故中如果有能抵抗土体滑动所带来的剪切作用的桩身强度，也不会发生住宅楼倒塌的事件。因此我认为做好桩基工程，必须要双管齐下，对管桩的合理利用和强度的加强以及充分掌握土体这一外界环境的作用力。从而牢牢的从基础抓起，提高工程的质量，避免工程事故的发生。
2 不适宜管桩施工的地质条件及处理措施
2.1 土层中含有较多难以清除的孤石（障碍物）或有不适宜作持力层且管桩又难以贯穿的坚硬夹层地区，不宜应用管桩。
2.2 孤石和障碍物多的场地也不宜用管桩，道理显而易见。
2.3 当夹层非常坚硬，但厚度不大，管桩要贯穿时容易被打裂，而不贯穿又不符合做桩端持力层的要求，这样的夹层场地也不宜应用管桩。
2.4 管桩难以贯入的岩面上无适合作桩端持力层的土层，或持力层较薄且持力层上覆土层较松软：管桩难以贯入的岩面埋藏较浅且倾斜较大，均不宜应用管桩。
2.5 管桩桩尖穿越松软土层后直接进入特别坚硬层（如中、微风化硬岩），管桩就会发生断裂，原因是没有“缓冲层”，当桩尖瞬时碰到中、微风化的硬岩，而桩身四周又都是摩擦力很小的松软层时，强大的打桩冲击力会全部传向桩尖，并由桩尖处岩面再以压力波形式反射回来，引起桩身强烈反弹，容易出现桩头打碎，桩身断裂的情况。
2.6 有的场地，管桩难以贯入的岩面埋藏较浅且倾斜较大，当管桩桩尖到达岩面时，由于桩周土体对桩身的稳固力不足，导致整根桩跑位或沿岩面滑移。
总之，孤石和障碍物多的场地，有薄而坚硬夹层的场地、“上软下硬、软硬突变”，以及基岩埋藏较浅且倾斜较大的场地等，不宜采用管桩。
必须采用时，应十分谨慎对待，应该有相应的施工措施，比如采用型钢桩尖与管桩下端焊接成组合的桩身，对于桩端在岩层中的定位导向和防止桩端向较软土质偏移起了重要的作用；遇到有石块的桩位采用钢管引孔，避免桩身遇石块影响而产生倾斜或位移现象。另外，对软土地区工程（如Ⅳ类场地的工程）、深基坑工程、承受较大水平力的基桩等，也应避免采用预应力管桩。必须采用时，应由地下室外墙、承台侧面的土压力（垂直于水平力作用方向的承台侧壁被动土压力）承担水平力，同时还应在管桩顶部设置填芯钢筋混凝土，以增加管桩顶部的有效截面面积，提高管桩的抗剪承载力。
3 适宜用管桩的正常土质条件及注意事项
对于一般的正常土体来说，可穿越土层包括砂、砾石夹层 ≤7.0m，砂夹层≤3.0m，穿越性好进入持力层。软质岩、强风化岩1～3m、硬粘土密实砂層和碎石层、中微风化岩、中微风化岩等都是适宜的土体结构。管桩凭借其自身的优点，从而得到十分广泛的应用，但是自从上海的倒楼事件之后，敲响了采用预应力混凝土管桩的警钟。
实际工程中，应根据工程具体情况，施工现场的组织状况，包括施工工艺，进度安排，施工组织设计等，避免出现非设计以及地质原因所导致的桩基失稳的事故。在进行打桩的施工过程中，要注意打桩的顺序，以免出现挤土效应，导致桩体出现裂缝。对于静力压桩，特别要注意对于油压的控制，防止压力过大致使管桩断裂。其次还得控制地下水的影响，地下水的浮力作用会导致基础的承载力下降，更主要的是地下水的流动导致某些夹层松软土质的流失，上下土体之间产生滑动位移，对桩身进行剪切作用。因此在现场土方开挖前就得打好降水井，做好充分的抽水工作。不仅让支护结构更加稳固，也能避免对管桩和基础产生破坏，积极引导和处理好桩基与土体之间依存的关系，才能让基础更加稳固，使建筑安全性得到保证。
4 管桩的优缺点及施工保证措施
4.1 优点。①施工时无噪音、无振动、无油烟污染，不产生泥浆，很适合在市区施工；②单桩承载力高；③对持力层起伏变化大的地质条件适应性强，因为管桩桩节长短不一，搭配灵活，接长方便，在施工现场可随时根据地质条件的变化调整接桩长度，节省用桩量；④施工速度快，工效高，工期短；⑤成桩质量可靠。静压管桩经济指标好。同样承载力的管桩一般比灌注桩造价低50%，同一个桩基项目灌注桩造价甚至可达到管桩造价的5倍；⑥监理、检测方便。静压管桩工序少，一目了然，监理控制质量的工作强度小。检测可利用静压桩机作为反力配重，简单易行；⑦耐久性好。管桩采用离心成型，压蒸养护，因此混凝土密实性好，强度高，抗渗性和耐腐蚀性能非常好。 4.2 缺点及施工保证措施。就管桩自身来说，预应力混凝土管桩的管壁较薄，以管径D=400mm的PHC桩为例，管桩的有效截面面积仅为同外径实心桩截面面积的72.4%，可以看出，随桩径的增加，管桩的有效截面面积比不断减小。而桩身的抗剪强度与桩身的截面面积成正比，减小了截面面积，也就降低了管桩的抗剪承载力。并且由于管桩为空心薄壁构件，当管桩承受较大水平力或地基发生较大侧向变形时，容易发生剪切破坏。预应力混凝土管桩应优先考虑作为抗压桩使用。对预应力混凝土管桩应避免作为抗拔桩使用，必须采用时应采取可靠的结构措施：加强桩与承台的连接，采取综合一些措施，比如填芯及凿出桩头预应力钢筋等，确保桩头钢筋与承台锚固有效。如果使用不当，会出现抗拔失效的问题，预应力混凝土管桩出现抗拔失效的主要原因是，管桩与承台的锚固失效及当采用多节桩时管桩接头失效：管桩接长时，多采用桩顶端板的直接焊接接头或机械快速接头连接，管桩与管樁的连接焊缝或机械快速接头的连接处受腐蚀环境的长期影响而失效，造成下节管桩不起抗拔作用，上节管桩被拔出。所以要采取措施确保多节桩接头的有效性。应按抗拉等强接头设计，并采取有效的防腐蚀措施。当设计中无法确保接头防腐措施的长期（工程设计使用年限内）有效时，对接头的焊缝可参考钢桩的做法，留出适当的腐蚀余量（按等比关系对焊缝强度留有足够的余量）。否则，不应采用多节管桩作为抗拔桩使用，必须采用时，只可考虑最上节管桩的抗拔承载力（即不考虑接头以下管桩的抗拔作用）。
5 结束语
除了控制好桩基与土体的关系，引进良好的技术和科学也是必要的，这不光能提高管桩的实用性和使用性，而且使其更好的在基础工程中扮演重要的角色。通过对材料新技术以及对力学性能的充分学习和研究，融合高新材料和力学知识，相信可以制作出更好的管桩，展望未来的建筑工程，不能忽视的就是做好基础工程。能够让现在的桩基依存于土体的关系，甚至是被土体所限制，渐渐的变为土体不再作为决定桩基质量和安全的重要因素或者事故的导火索。我只想说一句：任你土层万般变，亦不改我桩基稳！
参考文献
1 建筑地基基础设计规范.（GB5007-2002 ）
2 建筑地基基础工程施工质量验收规范.（GB50202-2002）
3 建筑桩基检测技术规范.（JGJ106-2003）
4 建筑桩基技术规范.（JGJ94-94）
5 傅裕寿等.土力学与地基基础.清华大学出版社，2012
6 倪宏革等.工程地质.北京大学出版社，2009