PHC管桩设计中常见问题及解决方案探讨
PHC管桩以其承载力高，施工工夫短，质量牢靠等优点，开展迅速，在全国多个地域普遍运用。但是，对PHC管桩的设计和运用，依然存在一些成绩没有很好的处理。为避免PHC管桩施工时桩身毁坏，应对施工时最大压桩力停止桩身承载力验算，本文提出了验算办法。按《地质勘察报告》提供的岩土参数计算PHC管桩桩基竖向抗压承载力，往往远小于实践值，本文剖析了缘由并提出更符合实际的设计办法。
参考文献
1．预应力混凝土管桩(10G409).中国计划出版社，2010
2．锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程(DBJ/T15-22-2008).中国建筑工业出版社，2009
3．预应力混凝土管桩基础技术规程(DB42/489-2008).湖北省建设厅，2008
4．先张法预应力混凝土管桩(GB13476-2009).中国标准出版社，2009
5．预应力混凝土管桩技术规程(DB29-110-2004).天津市建设管理委员会，2004
6．锚杆静压桩技术规程(YBJ227-91).冶金工业出版社，1991
一、桩身受压承载力
目前，各标准、规程中桩身竖向受压承载力计算公式各不相同，举例如下。
《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）式（5.8.2-2）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）式（8.5.9）
国标图集《预应力混凝土管桩》（10G409）总说明6.3.4条，广东省标准《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》（DBJ/T15-22-2008）式（5.2.6）
湖北省标准《预应力混凝土管桩基础技术规程》（DB42/489-2008）式（7.6.2）
σpc取4~10MPa，则上式可转换为
式中N-桩身竖向受压承载力设计值
A-桩身横截面积
fc-混凝土轴心抗压强度设计值
fcu，k-混凝土立方体抗压强度标准值，即混凝土标号
σpc-桩身混凝土有效预压应力
PHC管桩为预应力构件，桩身完整性较好，桩身竖向受压承载力不应有大的折减，而以上各公式折减系数0.85~0.58，差别很大，其缘由，或许是思索施工时压桩力过大易招致爆桩、断桩，因而对桩身承载力设计值停止不同水平的折减，以此控制单桩承载力设计取值，从而防止压桩力过大。
但是，由于地质状况的不同，施工压桩力与单桩设计承载力之间并没有固定的比例关系，因而最好直接对施工时最大压桩力停止桩身承载力验算。
但是，由于地质状况的不同，施工压桩力与单桩设计承载力之间并没有固定的比例关系，因而最好直接对施工时最大压桩力停止桩身承载力验算。
按《混凝土构造设计规范》7.1.2条第3款，C80混凝土轴心受压时极限压应变为0.00215，则施工最大压桩力可按下式验算：
…………………(1)
式中Nu-施工最大压桩力
ψ-折减系数，思索施工时桩身受力不平均的影响及留有平安余量，取为0.75
fck-混凝土轴心抗压强度标准值
Ac-桩身混凝土横截面积
σcon-预应力钢筋的初始张拉应力，取为994N/mm2
σl-预应力钢筋的拉应力损失，按《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-2009）附录D第D.2、D.3条计算
Ep-预应力钢筋的弹性模量，取为2x105N/mm2
Ap-桩身预应力钢筋横截面积
式（1）计算结果与广东省常用的经历公式式（2）
………………………(2)
的计算结果相近，但物理概念更明晰，对常用PHC管桩型号，式（1）计算结果见下表：
式中Nu-施工最大压桩力
ψ-折减系数，思索施工时桩身受力不平均的影响及留有平安余量，取为0.75
fck-混凝土轴心抗压强度标准值
Ac-桩身混凝土横截面积
σcon-预应力钢筋的初始张拉应力，取为994N/mm2
σl-预应力钢筋的拉应力损失，按《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-2009）附录D第D.2、D.3条计算
Ep-预应力钢筋的弹性模量，取为2x105N/mm2
Ap-桩身预应力钢筋横截面积
式（1）计算结果与广东省常用的经历公式式（2）
………………………(2)
的计算结果相近，但物理概念更明晰，对常用PHC管桩型号，式（1）计算结果见下表：
二、桩基竖向抗压承载力
目前PHC管桩设计时，按《地质勘察报告》提供的岩土侧摩阻力及端阻力计算，失掉的桩基竖向抗压承载力特征值往往远小于实践的竖向静荷载实验值。
《修建桩基技术规范》(JGJ94-2008)表5.3.5中提供了各种土层状况下“混凝土预制桩”的极限侧阻力及极限端阻力标准值，普通地勘单位会参考此表提供岩土承载力参数。但是，表5.3.5中的数值只适用于普通混凝土预制桩。PHC管桩采用C80高强混凝土制成，且桩身为预应力构件，能接受比普通混凝土预制桩大得多的锤击能量或压桩力，挤密桩端左近岩土，使得桩端岩土的力学性能大为进步。PHC管桩对桩侧土的挤密效果与普通混凝土预制桩相似，而桩端的挤密效果远大于普通混凝土预制桩，因而，设计PHC管桩时，《修建桩基技术规范》表5.3.5中的桩端阻力数值不宜采用。
各中央规程对此成绩也有所反映。例如：广东省规范《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》(DBJ/T15-22-2008)表5.2.3-1规则，对强风化岩桩端阻力取1.0～1.35的修正系数；天津市规范《预应力混凝土管桩技术规程》(DB29-110-2004)表4.2.4-3中，对标贯45～50击的砂土，随着桩端进入砂土层的深度由1d加大到6d，极限端阻力由3000kPa加大到9000kPa；湖北省规范《预应力混凝土管桩基础技术规程》(DB42/489-2008)表7.4.2-2规则，对桩端进入低压缩性土层较深时，桩端阻力可进步30%~90%。
当《地质勘察报告》未对桩端阻力数值正确反映时，设计人员应留意调整，假如设计人员没有相似场地的经历，可采用试桩确定承载力。锤击法施工试桩时可以同时停止大应变检测得出桩侧、桩端阻力，静压法施工试桩时可以依据压桩力和桩长及土层状况剖析得出桩侧、桩端阻力。上面剖析一下施工时桩侧、桩端阻力与最终桩基竖向极限承载力之间的关系。
管桩施工时，土体颗粒错动，使得土体颗粒间的胶结力被毁坏，桩侧阻力大幅降低。随着工夫的推移，土体逐步固结，桩侧阻力随之恢复。恢复的速度取决于土体的排水速度和土体类型，透水性好、土体颗粒间以摩擦力为主的砂性土恢复快，透水性差、土体颗粒间以胶结力为主的粘性土恢复慢。
依据《锚杆静压桩技术规程》(YBJ227-91)中的实验数据，在粘性土中压桩，施工时的压桩力是最终桩基极限承载力的0.75～1倍。这显然是由桩侧阻力随工夫恢复而惹起的。根据上述实验后果，去掉施工压桩力和最终桩基极限承载力中桩端阻力的局部，可以得出：施工时的桩侧阻力与最终桩侧极限承载力相比，约为0.6~1.0，随桩侧土体的类型、透水性和含水率而变化，透水性差、含水率高、粘性土体取低值。
密实砂土层具有剪胀性，砂土颗粒错动时体积收缩，惹起桩端部左近有很大的峰值抗剪强度，所以PHC管桩穿越密实砂土层往往比拟困难。当砂土颗粒错动完成后，桩端阻力会有降低。
管桩施工时的最大端阻力，是短期荷载，而实践桩是受临时荷载作用，由于临时荷载作用下的“徐变效应”，所以最终桩端极限承载力要小于施工时的端阻力。依据一些短桩的竖向静荷载实验后果，施工时的最大桩端阻力约为最终桩端极限承载力的1.1~1.4倍。
综上所述，可得下式：
…………………(3)
…………………(4)
式中Nu-施工最大压桩力
Quk-最终桩基竖向极限承载力标准值
u-桩身周长
psik-施工时第i层土的桩侧阻力
ψi-第i层土的侧阻系数，依据土层状况取0.6~1.0，透水性差、含水率高、粘性土层取低值；透水性好、含水率低、砂性土层取高值
li-桩周第i层土的厚度
ppk-施工时桩端阻力
ψp-端阻系数，取1.1~1.4，施工时桩端阻力接近土层的极限端阻力时取高值
Ap-桩端面积
上式显示了施工最大压桩力与最终桩基抗压承载力之间的关系。其中的值应与《地质勘察报告》提供的土层极限侧阻力标准值吻合，而值与《地质勘察报告》提供的土层极限端阻力标准值能够会有比拟大的差异。设计时可用《地质勘察报告》提供的土层极限侧阻力标准值乘以ψi算出psik值，代入（3）式得出ppk值，再代入（4）式得出Quk值。
上式的计算结果比拟契合桩基实践受力状况，可供设计人员参考。
目前PHC管桩设计时，按《地质勘察报告》提供的岩土侧摩阻力及端阻力计算，失掉的桩基竖向抗压承载力特征值往往远小于实践的竖向静荷载实验值。
《修建桩基技术规范》(JGJ94-2008)表5.3.5中提供了各种土层状况下“混凝土预制桩”的极限侧阻力及极限端阻力标准值，普通地勘单位会参考此表提供岩土承载力参数。但是，表5.3.5中的数值只适用于普通混凝土预制桩。PHC管桩采用C80高强混凝土制成，且桩身为预应力构件，能接受比普通混凝土预制桩大得多的锤击能量或压桩力，挤密桩端左近岩土，使得桩端岩土的力学性能大为进步。PHC管桩对桩侧土的挤密效果与普通混凝土预制桩相似，而桩端的挤密效果远大于普通混凝土预制桩，因而，设计PHC管桩时，《修建桩基技术规范》表5.3.5中的桩端阻力数值不宜采用。
各中央规程对此成绩也有所反映。例如：广东省规范《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》(DBJ/T15-22-2008)表5.2.3-1规则，对强风化岩桩端阻力取1.0～1.35的修正系数；天津市规范《预应力混凝土管桩技术规程》(DB29-110-2004)表4.2.4-3中，对标贯45～50击的砂土，随着桩端进入砂土层的深度由1d加大到6d，极限端阻力由3000kPa加大到9000kPa；湖北省规范《预应力混凝土管桩基础技术规程》(DB42/489-2008)表7.4.2-2规则，对桩端进入低压缩性土层较深时，桩端阻力可进步30%~90%。
当《地质勘察报告》未对桩端阻力数值正确反映时，设计人员应留意调整，假如设计人员没有相似场地的经历，可采用试桩确定承载力。锤击法施工试桩时可以同时停止大应变检测得出桩侧、桩端阻力，静压法施工试桩时可以依据压桩力和桩长及土层状况剖析得出桩侧、桩端阻力。上面剖析一下施工时桩侧、桩端阻力与最终桩基竖向极限承载力之间的关系。
管桩施工时，土体颗粒错动，使得土体颗粒间的胶结力被毁坏，桩侧阻力大幅降低。随着工夫的推移，土体逐步固结，桩侧阻力随之恢复。恢复的速度取决于土体的排水速度和土体类型，透水性好、土体颗粒间以摩擦力为主的砂性土恢复快，透水性差、土体颗粒间以胶结力为主的粘性土恢复慢。
依据《锚杆静压桩技术规程》(YBJ227-91)中的实验数据，在粘性土中压桩，施工时的压桩力是最终桩基极限承载力的0.75～1倍。这显然是由桩侧阻力随工夫恢复而惹起的。根据上述实验后果，去掉施工压桩力和最终桩基极限承载力中桩端阻力的局部，可以得出：施工时的桩侧阻力与最终桩侧极限承载力相比，约为0.6~1.0，随桩侧土体的类型、透水性和含水率而变化，透水性差、含水率高、粘性土体取低值。
密实砂土层具有剪胀性，砂土颗粒错动时体积收缩，惹起桩端部左近有很大的峰值抗剪强度，所以PHC管桩穿越密实砂土层往往比拟困难。当砂土颗粒错动完成后，桩端阻力会有降低。
管桩施工时的最大端阻力，是短期荷载，而实践桩是受临时荷载作用，由于临时荷载作用下的“徐变效应”，所以最终桩端极限承载力要小于施工时的端阻力。依据一些短桩的竖向静荷载实验后果，施工时的最大桩端阻力约为最终桩端极限承载力的1.1~1.4倍。
综上所述，可得下式：
…………………(3)
…………………(4)
式中Nu-施工最大压桩力
Quk-最终桩基竖向极限承载力标准值
u-桩身周长
psik-施工时第i层土的桩侧阻力
ψi-第i层土的侧阻系数，依据土层状况取0.6~1.0，透水性差、含水率高、粘性土层取低值；透水性好、含水率低、砂性土层取高值
li-桩周第i层土的厚度
ppk-施工时桩端阻力
ψp-端阻系数，取1.1~1.4，施工时桩端阻力接近土层的极限端阻力时取高值
Ap-桩端面积
上式显示了施工最大压桩力与最终桩基抗压承载力之间的关系。其中的值应与《地质勘察报告》提供的土层极限侧阻力标准值吻合，而值与《地质勘察报告》提供的土层极限端阻力标准值能够会有比拟大的差异。设计时可用《地质勘察报告》提供的土层极限侧阻力标准值乘以ψi算出psik值，代入（3）式得出ppk值，再代入（4）式得出Quk值。
上式的计算结果比拟契合桩基实践受力状况，可供设计人员参考。
2020年7月29日 11:54
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