预应力混凝土管桩的设计

混凝土工程

预应力混凝土管桩的设计

付 裕

济钢集团国际工程技术有限公司，山东 济南 250101

摘要：本文通过预应力混凝土管桩在平原以及沿海地区实际工程中的成功设计，总结了预应力混凝土管桩的设计过程及注意事项。又针对施工过程中出现的问题，分析原因以及设计上采取的解决措施。为类似地质情况工程提供借鉴意义。 关键词：预应力混凝土管桩；工程实例；工程设计 中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)35-0189-01

1 预应力混凝土管桩特点、分类、型号

预应力混凝土管桩是重要的桩基类型，与其他桩基础相比较，它具有制作工艺简单，质量容易保证，施工方便，耐打性好，造价便宜，检测方便，施工速度快和桩基抗震性好等优点。随着现代化工程高效率的建设，这种预应力混凝土管桩越来越多的被采用。

管桩种类按混凝土强度等级分为预应力混凝土管桩（PC）和预应力高强混凝土管桩（PHC）。预应力混凝土管桩的离心混凝土强度等级不低于C50，预应力高强混凝土管桩的离心

混凝土强度等级不低于C80[1]

。按管桩外径一般分为300～1200mm不等。管桩按抗裂弯距的大小分为A型、AB型、B型、C型，其含义即是桩身混凝土有效预压应力的大小。

2 预应力混凝土管桩在黄河中下游平原成功设计实例 2.1 工程地质概况

山东省某市干熄焦项目，场地地貌类型为黄河中下游冲积平原，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第二组，基本加速度值为0.10g。地层结构比较简单，以黏土和粉土交替出现，较均匀。地下水及土均对钢筋混凝土结构具有微腐蚀性。该场地为不液化场地。

2.2 桩型选用

该工程开工时为冬季，整个工程大约有400多棵桩，若采用钻孔灌注桩，虽然能取得较高的单桩承载力，但是冬季成桩质量难以保证，施工速度慢且造价高；而采用预应力高强混凝土管桩基础，则能充分发挥该桩型桩身强度高、质量可靠稳定、单桩承载力高、施工速度快、价格便宜的特点，是合理而经济的选择。此工程主体结构中干熄炉构架基础轴线尺寸为12m×13m，为半地下结构，基础底标高为-7.500m，顶标高为5.570m，为两层混凝土框架结构，内部空间设有三层钢平台。上部荷载约6500吨，基本均匀分布，根据上部结构高度确定桩基设计等级为乙级。由于该区域土质和水没有腐蚀性，为了降低成本选用敞口预应力混凝土管桩，此桩属于部分挤土桩，根据《建筑桩基技术规范》要求，基桩的最小中心距3.5d（d=600），即2100mm，边排桩中心至承台边缘的距离不应小于桩的直径，再根据上部结构以及荷载综合考虑布桩为7排7列，在满足上部结构的情况下，应尽量减小承台的尺寸，可以减轻自重，从而减轻桩的承载。选用PHC 600 AB型桩，29m长，极限承载力可以达到3600kN，持力层为粉质黏土层。

2.3 管桩设计前需要具备的条件

采用此桩不同于大面积的地理处理，例如水泥土搅拌桩、旋喷桩、水泥粉煤灰桩等复合地基只要有基础范围就可以提前设计，管桩则不可以，必须要有准确的轴线定位。土建设计在工业工程建设中是个很矛盾的问题，没有工艺资料则无从下手，施工又必须从土建基础开始，特别是需要打桩的工程，为了满足工期紧的要求必须提前开工。这种情况下就需要工艺布置好轴线，土建设计根据经验估算上部结构荷载，则可以进行设计。所以管桩设计前工艺能否布置好轴线定位是至关重要的。

2.4 施工中反馈到设计的问题以及分析处理

此桩在施工过程中或多或少的出现了一些问题，爆桩、桩长未达到设计长度，是突出的问题。经统计，爆桩率约3.3%，爆桩的原因很多，桩身质量不合格、施工不规范、操作不当，局部地层有障碍物或硬石块等。一旦出现爆桩就成为废桩，不能作为正常桩使用，需要补桩处理。补桩既要满足承载力要求，又要考虑到二次可操作性，合理布置桩基，另外施工中要严格按照规范要求，压桩过程中仔细观察压力表的情况，控制好压桩力。根据此次爆桩率较高的情况，以后针对此种地质可以增加桩头。另种问题则是桩长未达到设计长度则无法下沉，待达到检测时间时，单桩承载力满足要求，说明此处地层和地勘资料不符，有承载力更高的持力层。根据实际的承载力只要满足设计要求则无需处理。该工程已经投产两年，一切运转良好，没有出现基础问题。

3 预应力混凝土管桩在腐蚀环境中的注意事项

河北省某沿海城市干熄焦工程，场地所处为滨海平原，地基土竖向成层分布，以黏土和粉土为主，地层总体均匀稳定。此工程位于沿海地区，地下水位距离地面2-2.5m，地下水、土对混凝土有中等腐蚀，对混凝土中的钢筋在干湿交替环境下具有强腐蚀作用。由于地下水、土具有腐蚀性，采用闭口型（锥型钢桩尖）预应力高强混凝土管桩，针对腐蚀性采取措施：管桩采用抗硫酸盐硅酸盐水泥制作，抗渗等级P10，钢筋的混凝土保护层厚度35mm。根据规范，强腐蚀环境中不宜采用预应力混凝土管桩，所以将桩顶标高控制到-2.500m以下，由于承台埋入较深，尽量减小承台面积来减轻承台上的自重。与上一个工程相比，此工程打桩很顺利，爆桩现象明显减少，在500多颗桩中仅爆桩2根，爆桩率不足0.4%，说明此地质环境很适合此类桩型，也说明增加桩头要好于开口桩。

4 结论

综合以上工程总结一下预应力混凝土管桩设计过程以及应注意的几点问题：

（1）首先根据抗震选用桩型，抗震设防烈度7度、8度地区的管桩基础工程，宜选用AB型或B型管桩。地下水土对混凝土、钢筋和钢零部件有腐蚀的环境下应选用AB型或B型管桩。

（2）根据地质条件选择开口型还是闭口型，地下水、土有腐蚀的情况选用闭口型。确定不同的计算公式。

（3）根据地质情况确定为摩擦桩还是端承桩，用于摩擦桩时，桩的长径比不宜大于100，用于端承型桩，桩的长径比不宜大于80。

（4）根据上部荷载布桩，确定单桩承载力，根据地勘确定持力层，计算总桩长，计算合适桩径满足承载力要求，根据桩径再调桩距，尽量减少承台尺寸。根据标准图集查看单根允许桩长，确定接头数量，尽量减少接桩数量，接头数不宜超过3个。

参考文献

[1]徐至钧，李智宇.预应力混凝土管桩基础设计与施工[M].北京：机械工业出版社，2005.

2015年35期 189