混凝土管桩在湖南地区的工程应用-共48页PPT课件

1、混凝土管桩在湖南地区的工程应用湖南省建筑设计院 刘冬柏目 录一、概述二、湖南地区土层及特点三、预应力砼管桩设计的几个问题2 一.概述 1、预应力砼管桩特点： 适应面广、且数量巨大 产品结构合理、品种齐全 桩身强度高、成桩质量可靠 对土层适应性较强、工效高 经济指标好 2、预应力混凝土管桩的发展 预应力混凝土管桩以其桩身质量可靠、施工快捷、技术经验指标较好等优点，得到了广泛的应用。 5080年代，我国钢筋混凝土预制方桩成为桩基的一种主要形式。80年代起，随着预应力钢筋混凝土管桩的发展，已广泛应用于工业与民用建筑，并推广到了交通、铁路、港口、水运等领域的建设工程的地基基础的处理。 80年代开始，在

2、沿海地区如广东、上海等地应用，桩长多数在30m以内，目前，桩长达45米以上甚至高达60米，并用于高层建筑，如虹桥宾馆和陆家嘴沪办大楼（联合大厦）。 近几年来，中部地区预应力混凝土管桩已得到广泛应用。 2019年预应力砼管桩进入湖南地区管桩用量在迅速增加 2019年 27万米 2019年 85万米 2019年 218万米 2019年 215万米 2009年 420万米 2019年 700万米 2019年9月底 700万米3、预应力砼管桩分类 管桩分为预应力高强混凝土管桩(PHC桩)、预应力混凝土管桩(PC桩)及预应力混凝土薄壁管桩(PTC)等三种类型。 PHC桩、PC桩按桩身混凝土有效预压应力值

3、或其抗弯性能分为A型、AB型、B型和C型四种。 管桩按外径划分有以下规格： PHC桩：300mm、400mm、500mm、550mm、600mm、800mm、1000mm。 PC桩：300mm、400mm、500mm、550mm、600mm。 PTC桩：300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm、600mm。4、预应力砼管桩技术支撑逐步完善 先张法预应力混凝土管桩 GB134762009 建筑桩基技术规范JGJ94-2019 以广东、上海、福建、湖北等省针对本地区实际情况编制了预应力砼管桩基础技术规程作为地方标准 港口工程后张法预应力混凝土大管桩设计与施工规程 水运

4、工程先张法预应力高强混凝土管桩设计与施工规程 先张法预应力混凝土管桩图集中南标准图04ZG207 预应力混凝土管桩国家标准图集10G409（03SG409）5、施工机具不断的完善和创新 锤击法：柴油打桩机的柴油锤有导杆式和筒式，锤重从2.5T到8.0T，冲程从1.5M到3.4M，行走机构有走管式、轨道式、压步履式及履带式 静压法：压力由300T达到了800T。压桩方式有顶压式和抱压式，9液压锤柴油锤预制桩锤击施工预制桩静压施工10抱压顶压11JNB 260型JNB 400型JNB 500型JNB 900型二、湖南地区土层及特点 湖南地跨扬子和华夏两个海域的交界区，地层发育较全、沉积类型多样，分

5、布广泛，约占全省面积的91.7%。构成湖南建筑场地土层大多为第四系地层，第四系地层主要为基岩的风化残积土层、河流冲洪积土层及湖相冲淤积土层。作为建筑物地基的岩土主要类型可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、淤泥质土和人工填土等，下面是湖南几个地区土层的典型分布柱状图供大家参考。12湘西、湘中地区典型土层柱状图长株潭地区典型土层柱状图洞庭湖区第四系综柱状图洞庭湖区第四系沉积厚度等值线图洞庭湖区沅江市第四系地层接触关系地质剖面图管桩的侧阻力特征值（KPa）管桩的侧阻力特征值（Kpa)桩的端阻力特征值（KPa）岩石的桩的端阻力特征值： 软质岩强风化为 20004000 （KPa） 硬质岩强风化为

6、25004500 （KPa）注：1、本表适用于桩端进入持力层3d左右的端阻力； 2、以压桩力或贯入度控制桩长，且以桩身强度控制设计时，当桩端进入低压缩性土层较深时，表内数据可提高30%90%，桩端进入持力层深度大时取大值，并通过静载试验验证。根据我院勘察试桩的值桩的端阻力经验特征值： 强风化泥质粉砂岩 4000 （KPa） 中风化泥质粉砂岩 8000 （KPa） 强风化板岩 4500 （KPa） 中风化板岩 9000 （KPa） 灰岩 15000 （KPa）三、预应力砼管桩设计的几个问题1、建筑工程中预应力砼管桩的适用范围土层的适用范围按照湖南地区施工可行性的经验表明 a、 管桩可顺利穿越各类

7、软土、一般粘性土、粉土、松散及稍密的砂类土。对层厚5M到8M的中密砂层、老粘性土层也有穿透的工程实例，邻近我省的湖北对层厚15m以上的中密砂层及层厚10m左右的老粘性土层也有穿透的工程实例。由于强度较高的老粘性土、中密以上砂类土、碎石土及强风化岩各自的性质也有差异，层位有变化，管桩是否能穿越上述土层，尚需通过试验确定。 b、石灰岩地区，存在岩笋、孤石、溶槽、溶洞，沉桩时可能出现下列情况遇到非持力层时的孤石桩身容易破损，遇到岩笋、溶槽桩身偏斜，桩长差异高达几米甚至几十米持力层下的溶洞无法预估其岩层厚度管桩不能入岩，表面往往凹凸不平, 也不能置于不平的岩石表面，因此在石灰岩地区采用管桩应特别慎重

8、c、当硬质岩石上的残积土及强风化层较薄，且其上又为深厚软土时，沉桩施工不易掌握，要求长径比不宜大于60,当桩端接近硬质岩石时，此类端承桩的稳定性不好，应予慎重应用。 d、根据建筑桩基技术规范第4.1.13条，桩端嵌入遇水易软化的强风化岩、全风化岩和非饱和土的预应力混凝土空心桩，沉桩后，应对桩端以上2m范围内采取有效防渗措施。可采用微膨胀混凝土填芯或在内壁预涂柔性防水材料。 桩基功能的适用范围 a、预应力砼管桩竖向承载力较高，适用于低承台桩，为确保安全建议用于30层以下或高度100m以下的建筑物的基础工程，对30层以上或高度100m以上的建筑物，当采用管桩时，应通过专门的技术论证。 b、管桩因抗

9、剪性能较差必须对下列几种情况进行验算和构造 根据建筑桩基技术规范第3.3.2条 中3小条，抗震设防烈度为8度及以上地区，不宜采用预应力混凝土管桩(PC)和预应力混凝土空心方桩(PS)。从规范条文可以理解应充分考虑在水平荷载作用下桩的抗剪能力因此，高层建筑也应考虑水平作用对桩的不利影响。 对坡地、岸边及倾斜土层应考虑土体可能对桩的水平作用稳定有不利影响，不宜作为抗侧压力的支挡桩，当必须利用时应采取措施并进行抗剪验算。c、管桩作为抗拔桩有桩身强度、抗裂等方面的要求，由于构造措施比较复杂，有条件时尽量不利用管桩作抗拔桩。当必须利用时应专门对抗拔桩的设计、构造进行了分析研究，采取措施并进行抗拉验算。桩

10、基环境的适用范围 a、 PC：PTC薄壁管桩，管壁较薄且纵向主筋直径较小（7.112.6mm），抗腐蚀性能不好，对承受拉力、水平力的桩，一旦钢筋失效，后果严重。因此不宜用于永久性建筑。对于设计使用年限为100年的重要建筑，GB50010对其耐久性作了严格的规定。如在一类环境中混凝土保护层增加40%，最大氯离子含量不超0.06%等。管桩大多处于二类环境中，应加强防护。因此，本规程规定设计使用年限为100年的建筑，管桩壁厚不应小于95mm.。 b、 在侵蚀性环境中除管桩壁厚不应少于95mm外，尚应按相关标准要求采取保护措施，同时可考虑根据腐蚀介质的性质，要求厂家生产特种抗腐蚀混凝土的管桩。 c、当

11、场地存在深厚淤泥、淤泥质土；在基础开挖、桩基施工机具的压力下经常发生损坏管桩的事故，应引起高度重视，并考虑改变桩型或对软土进行处理的可行性。 应对现行预应力管桩不足的处理思路 预应力管桩具有抗压性能好，但抗剪、抗弯和抗拉性能相对较差。而有些工程建设项目要求它具有较好的抗剪、抗弯和抗拉性能。预应力管桩公司在工艺上做了一些修改。例如，河南省颁布了一个地方标准图09YG101混合配筋预应力混凝土管桩，他的主要措施是在桩中增加一定量的非预应力钢筋，提高了预应力管桩抗弯、抗剪、抗拉的承载力。例如，直径500壁厚100的AB桩，现行的标准极限弯矩检验值为210KN.m，河南的PRC-500AB100桩，极

12、限弯矩检验值为323KN.m，弯矩设计值达263KN.m，抗剪承载力设计值过237KN。大大提高了它的抗弯和抗剪能力。 我省是否也可以制定省级标准图，以更好的扩大预应力管桩的应用范围。 2、预应力砼管桩新老标准的应用问题 在2019年颁布了先张法预应力混凝土管桩 GB134762019，在2009年在总结预应力混凝土管桩应用过程中存在的缺陷，以及我国混凝土结构耐久性的要求进行了修订，并颁布了2009版先张法预应力混凝土管桩 GB134762009，相继国家建筑标准图集在2019年7月10日颁布了预应力混凝土管桩10G409代替了原国标03SG409。但在很长一段时间建筑工地均沿用了废止的标准图

13、。 中南地区先张法预应力混凝土管桩图集中南标准图04ZG207到目前为止仍然未进行改版，主要原因等待我国砼结构设计规范颁布，估计年底前颁布。 现行标准修改带来的问题： 断桩现象加重。 主要原因：钢筋保护层加大后，核心砼区有所减少，在反复动力荷载作用下，核心砼容易震断。因此，重锤轻击显得尤为重要。3 、单桩竖向抗压承载力及影响因素根据相关规范规定：单桩竖向抗压极限承载力应通过单桩竖向抗压静载试验确定，在初步设计或根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向抗压承载力特征值时，宜按下列公式估算： 式中： 第 层土的侧阻力特征值，可按地区经验取值；当桩周存在液化土层时，应按JGJ94的有关

14、规定进行折减； 端阻力特征值，按地区经验取值； 桩端横截面面积（含土塞面积）； 桩身截面周长； 桩侧第 层土中的桩长。 一般情况上述规范的经验计算值与试桩结果出现较大差异 桩端位于较软弱的层土，桩身大部分位于淤泥质土层的桩，承载力往往往小于计算值， 桩端位于密实的砂卵石、砂砾石、基岩，承载力往往大于预估值，往往由桩身强度控制。 因此当桩端持力层为中密及中密以上砂类土、碎石土、硬塑和坚硬的老粘性土、风化岩，且持力层以下的土层承载力不低于持力层承载力时，宜以桩身强度控制设计，可采用压桩力或贯入度控制桩长。 为了较好的把握压桩力或贯入度我们通常采用桩基规范JGJ94-2019管桩计算公式，并根据土层

15、情况在预估值上乘以0.91.2的系数。 根据桩基规范JGJ94-2019，预应力砼管桩单桩竖向极限承载力的计算公式 桩端阻力由于桩端敞口，类似于钢管桩也存在桩端的土塞效应； 混凝土管桩壁厚度较钢管桩大的多，不能忽略管壁端部提供的端阻力，桩端阻力分为两部分：一部分为管壁端部的端阻力，另一部分为敞口部分端阻力。对于后者考虑桩端土塞效应系数p， p随桩端进入持力层的相对深度而变化 。影响竖向承载力的几种情况 桩身质量对承载力的影响材料、养护、运输对桩身质量的影响，导致桩身缺陷载荷试验中，桩身缺陷面呈现脆性或脆塑性破坏打桩应力引起桩身缺陷载荷试验中，试桩呈现塑性破坏挤土效应引起桩身隆起当桩身完整时，变

16、形较大，承载力略小当发生接头脱节时，承载力明显偏低当桩身质量缺陷发生在浅部时，仅为极限荷载的2040%，较容易判断。在实际过程中，可通过QS曲线特征点比值、桩顶柔度和破坏后稳定荷载区分试桩的破坏类型必要时结合钻探、高应变进行验证和针对处理承载力与施工工艺及对地基土的扰动程度密切相关施工方式：静压、锤击施工速率 对于粘土地层，施工速率越快，土体扰动越明显，承载力往往偏低桩靴型式设置桩靴可减少对土体的扰动，承载力更有保证 桩间距 相关规范要求管桩的中心距应符合摩擦桩4.5D，排数不少于3排且桩数不少于9根的端承摩擦桩4.0D，其他情况 3.5D，但对于密实土层容易引起地面隆起，造成试桩结果远低于经

17、验公式，有时必须采用复打。4、抗拔桩问题 单桩竖向抗拔承载力特征值应通过单桩竖向抗拔静载荷试验确定。试验数量不少于3根。工程桩不得用作抗拔静载荷试验的试桩。初步设计时可按下式估算单桩竖向抗拔承载力特征值： 式中： 抗拔系数，一般取值为0.50.8； 桩侧表面第层土抗压侧阻力特征值，按本规程7.4.2-1取值； 桩横截面周长； 第层土厚度； 基桩自重，地下水位以下扣除水的浮力。 预应力管桩用做抗拔桩时需慎重作为抗拔桩时桩身结构强度如何控制尚没有一致认识 国家标准设计预应力混凝土管桩03SG409中采用预应力钢筋的抗拉强度来确定桩身抗拔承载力 上海市标准设计先张法预应力混凝土管桩DBJT08-92

18、-2000中规定“预应力管桩用于抗拔桩时应另行设计” 广东省、湖北省地方标准预应力混凝土管桩基础技术规程、福建省地方标准建筑预应力管桩基础技术规程等地方标准中对于桩身结构强度控制又有不同的规定 用做抗拔桩时应对其接头部位的端头板厚度、焊缝长度、锚固筋数量等进行专门验算，桩顶与承台的连接（包括填芯高度、插筋的设置等）也应进行专门设计 一般采用有效预压应力较大的B型桩，管桩管节拼接一般采用端板焊接的连接方式，通常控制抗拔工程桩的接头数量为一个。 图1 焊缝节点大样图3 PHCB500管桩作抗拔桩桩头连接详图图2 端板与预应力棒连接详图5、抗水平力作用的问题 在上述适用范围中提到了8度和8度以上地震

19、区不宜采用薄壁管桩，高度大于100米30层以上建筑以及不稳定的边坡地段应进行专门论证，其目的是防止水平剪力造成桩基破坏 承受较大水平力的桩，应在单桩水平承载力静载试验中检验桩身受弯、受剪承载力。 对于受特殊水平荷载作用的带地下室的高大建筑物桩基，可考虑地下室侧墙、承台、桩群、土共同作用，按的有关规定计算基桩内力和变位。 同时对边坡地段应该进行稳定性分析。单桩水平承载力特征值的确定 1 单桩水平承载力特征值应通过单桩水平静载试验确定，试验数量不应少于3根，试验不应在工程桩上进行，试验方法应符合的有关规定。 2 根据单桩水平静载试验结果，可取地面处水平位移为(对于水平位移敏感的建筑物取)所对应的荷

20、载的75%为单桩的水平承载力特征值。 3 当桩的水平承载力由水平位移控制，初步设计时可按桩基规范的有关规定估算单桩承载力特征值，估算单桩水平承载力时，应取桩顶铰接的数据。 4 确定永久荷载控制的桩基水平承载力时，应将上述方法确定的单桩水平承载力特征值乘以调整系数0.8，验算地震作用桩基的水平承载力时，应将上述方法确定的单桩水平承载力特征值乘以1.25的调整系数。 施工荷载对桩基的水平力作用 目前，在桩基施工中经常出现上部断桩现象，产生这种现象的主要原因有： 1、回填土层上施工机具对桩产生偏压，将桩顶部分挤断。 2、基坑开挖时，采用单边掏土，侧向土压力对桩产生弯矩和剪力，造成桩顶部分断裂。6、桩

21、基持力层问题湖南地区有不少厚实圆砾层的场地，是否可以作为预应砼管桩的持力层？第一种情况：下卧层为基岩或坚硬土层，应可以作为持力层。第二种情况：下卧层为软弱土层，应验算下卧层的沉降能否满足建筑的允许沉降差异，又满足应可以作为持力层。但应注意下列几点：a 、圆砾层的厚度的较大，保持桩尖以下在5米以上厚度，同时保证桩长8米以上。b、圆砾层密实度高防止地下水的运动造成桩基的不均匀沉降7、砼管桩的负摩擦问题 桩基规范强条第5.4.2条：符合下列条件之一的桩基，当桩周土层产生的沉降超过桩基的沉降时，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力。1 桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层、液化土层进入相对较硬土层时；2 桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括填土）时；由于降低地下水位，使桩周土产生有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。 桩周土沉降可能引起桩侧负摩阻力时，应按JGJ94的有关规定考虑负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响。8、桩长问题 关于桩长问