预应力混凝土管桩疑难问题解析

《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008

常用桩型及有关疑难解析

2010.04

目录

一、人工挖孔嵌岩桩

1、概述

2、竖向受压承载力性状

3、工程桩检测

4、某工程案例解析

二、预应力混凝土管桩

三、后注浆灌注桩

四、地下水与抗浮设计

五、两类共同作用与变刚度调平设计

六、桩基础的抗震设计（液化土中的桩基设计）

七、常见问题释疑

二、预应力混凝土管桩

随着施工技术发展和经验积累，近些年管桩从沿海软土地区向内陆非软土地区蔓延，由低烈度区向高烈度区蔓延。同时也出现了不少工程事故，设计及施工应掌握其中原理并积累相关经验以有利于该桩型的发展。1、按挤土程度分类 与混凝土灌注桩比较，预应力管桩无泥皮、沉渣，从这个角度讲，其单桩竖向承载力应比灌注桩高，但管桩是挤土施工，不可避免的扰动原状土、使地下水渗流变化、破坏整个场地原有的应力场，使之失衡，从而导致诸多工程问题。由于挤土效应这是管桩工程事故较多的原因之一。因此有必要根据挤土程度分类： （1）挤土桩：闭口管桩 （2）部分挤土桩：开口管桩，引孔施工的管桩 （3）非挤土桩

一般而言，（1）如果选择管桩，那么在有条件的场地（地区）应使用部分挤土桩（2）用大口径空心桩（3）长桩，这能较大程度上减少挤土效应；同时在一定程度上保留了管桩侧摩阻力和端阻力较灌注桩高的优点。挤土量的比较2、挤土施工场地土的影响挤土施工将在引发场地土在施工期间发生以下变化：（1）扰动原状土体。对于高灵敏度的软土，可能破坏土体结构；（2）饱和软粘土中引起较高超孔隙水压力，对周围设施产生不利影响；（3）改变场地渗流规律。大面积挤土施工当沉桩速率过快将改变原有渗流规律，使得水压力发生变化。（4）土体偏离原位，朝场地外扩展，同时场地隆起。

土体位移及引发的破坏3、场地土变化对桩基础沉降及承载力的影响桩基础工程中是通过考察桩基承载力、沉降量以及施工期间土体位移来评价桩型选择的合理性，因此可以将场地土变化对桩基础沉降、承载力及施工期间对周围环境的影响称为挤土效应。（1）挤土对桩基试桩承载力的影响突变型（桩端脱空）陡降型

预应力混凝土管桩的静载荷试验Q-s曲线多数（除桩端嵌岩以外）呈现陡降型的特征，这与（1）预应力管桩应用的场地多为软土有关（2）可能与桩直径较小有关。预应力混凝土管桩竖向抗压承载力的计算及说明当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定敞口预应力混凝土空心桩单桩竖向极限承载力标准值时，可按下列公式计算：此公式计算基于以下假定（1）土体未扰动，桩与土体紧密接触，故侧摩阻力较泥浆护壁的高。（2）桩端与持力层紧密接触，土塞效应方能发挥。（3）未计入土体再固结形成的侧摩阻力增强效果。

挤土恢复的时效性是双刃剑。随着时间推移，场地土恢复稳定，但这个时间可能长达一至数年。在这个过程中虽然侧摩阻力增加，但是沉降也在增加。设计提高基桩承载力那么桩数将减少，导致实际总沉降增加；同时由于再固结可能导致承台底脱空，那么荷载全部由桩承担，也可能额外增加沉降。土的名称土的状态qskqpkl≤99<

l≤1616<

l≤30l>30(压实)填土22～30淤泥14～20淤泥质土22～30黏性土流塑IL>124～40软塑0.75<IL≤140～55210~850650~14001200~18001300~1900可塑0.50<IL≤0.7555～70850~17001400~22001900~28002300~3600硬可塑0.25<IL≤0.5070～861500~23002300~33002700~36003600~4400硬塑0<IL≤0.2586～982500~38003800~55005500~60006000~6800坚硬IL≤098～105红黏土0<aw≤113～320<aw≤0.732～74粉土稍密e>0.926～46中密0.75≤e≤0.946～66950~17001400~21001900~27002500~3400密实e<0.7566～881500~26002100~30002700~36003600~4400粉砂稍密10<N≤1524～481000~16001500~23001900~27002100~3000中密15<N≤3048～661400~22002100~30003000~45003800~5500密实N>3066～88预应力混凝土管桩qsk,qpk土的名称土的状态qskqpkl≤99<

l≤1616<

l≤30l>30细砂稍密10<N≤1524～48中密15<N≤3048～662500~40003600~50004400~60005300~7000密实N>3066～88中砂中密15<N≤3054～744000~60005500～70006500~80007500~9000密实N>3074～95粗砂中密15<N≤3074～955700~75007500~85008500~100009500~11000密实N>3095～116砾砂稍密5<N63.5≤1570～110中密(密实)N63.5>15116～1386000~95009000~10500圆砾、角砾中密、密实N63.5>10160～2007000~100009500~11500碎石、卵石中密、密实N63.5>10200～3008000~1100010500~13000全风化软质岩30<N≤50100～1204000~6000全风化硬质岩30<N≤50140～1605000~8000强风化软质岩N63.5>10160～2406000~9000强风化硬质岩N63.5>10220～3007000~11000（2）挤土对桩基沉降的影响

建筑物关注的是桩基长期沉降量。沉桩结束后，孔隙水压力逐渐消散，土体再固结，建筑物随之下沉；对于土层分布比较均匀的场地，再固结在平面内较均匀，将不增加建筑物两点间差异沉降，但对建筑物总沉降产生较大影响。

饱和土中采用预制桩（不含复打、复压、引孔沉桩）时，应根据桩距、土质、沉桩速率和顺序等因素，对按等效作用分层综合法计算的沉降乘以1.3～1.8挤土效应系数，土的渗透性低，桩距小，桩数多，沉桩速率快时取大值。天津某工程沉降实测资料住宅，地下1层，地上9层，异形柱剪力墙结构，预应力管桩。上图为竣工时沉降。Smax=39mm住宅，地下2层，地上27层，剪力墙结构，灌注桩后注浆。上图为竣工时沉降。Smax=17mm

上面两栋楼位于同一小区。虽然桩基础提供了等效的承载力，但沉降差别相当大。可见荷载量大并不是产生大沉降量的主要因素，主要还是挤土效应。4、减小挤土效应的措施（1）设计措施：增大基桩的最小中心距土类与成桩工艺排数不少于3排且桩数不少于9根的摩擦型桩桩基其他情况非挤土灌注桩3.0d3.0d部分挤土桩3.5d3.0d挤土桩非饱和土4.0d3.5d饱和黏性土4.5d4.0d钻、挖孔扩底桩2D或D+2.0m(当D>2m)1.5D或D+1.5m(当D>2m)沉管夯扩、钻孔挤扩桩非饱和土2.2D且4.0d2.0D且3.5d饱和黏性土2.5D且4.5d2.2D且4.0d（2）施工措施：1）可用预钻孔来减少排土量。预钻孔孔径可比桩径（或方桩对角线）小50～100mm，深度可根据桩距和土的密实度、渗透性确定，宜为桩长的1/3～1/2；通常预钻孔深度范围内地基土体内的超孔隙水压力可减小40%~50%，地基变位可减小30%~50%。2）应设置排水措施，如袋装砂井或塑料排水板，可提高土的在施工期间的压缩性。袋装砂井直径宜为70～80mm，间距宜为1.0～1.5m，深度宜为10～12m；塑料排水板的深度、间距与袋装砂井相同；其目的是改善地基土的排水特性，加快孔隙水压力的消散，防止砂土液化。3）可在沉桩区内外开挖地面防震沟或应力释放孔，并可与其他措施结合使用。防震沟沟宽可取0.5～0.8m，深度按土质情况决定；可减小浅层土体的挤土效应，对于深基坑效果有限。4）管桩施工不能抢工期。应限制每天的沉桩数量（即打桩速率），合理安排沉桩流程，使得超孔隙水压力能及时消散；在软黏性土中，沉桩速度过快，不但显著增加水压力、地基土变位，还可使得邻近土体剪切破坏。施工顺利则影响水力梯度的大小和方向。实测表明，地基变位方向与沉桩施工方向一致。5）沉桩结束后，宜普遍实施一次复打，使桩端置于持力层上，能充分发挥桩端土体承载力，还可随时间增长；（3）基坑开挖1）基坑开挖前应对边坡支护型式、降水措施、挖土方案、运土路线及堆土位置编制施工方案，若桩基施工引起超孔隙水压力，宜待超孔隙水压力大部分消散后开挖。2）基坑施工顺序宜先深后浅。场地土允许的地区应先开挖基坑，后沉桩。3）挖土应均衡分层进行，对流塑状软土的基坑开挖，高差不应超过1m。4）挖出的土方不得堆置在基坑附近。5）机械挖土时须避开桩位，行进路线须避开桩位且距离桩位一定距离，否则应采取其他措施确保基坑内的桩体不受损坏。（4）施工监测1）对于挤土预制桩和挤土灌注桩，施工过程均应对桩顶和地面土体的竖向和水平位移进行系统观测；若发现异常，应采取复打、复压、引孔、设置排水措施及调整沉桩速率等措施。2）沉桩过程中应加强邻近建筑物、地下管线等的观测、监护。（5）预应力管桩施工常见问题及处理措施1）平面偏位，桩身完整性为I、II类。措施：处理承台。尤其对一柱一桩和二桩的情况。（见武汉某工程实例）2）桩身开裂，对水平承载力有影响。措施：（a）灌芯（b）补桩（！！！）。（见唐山某项目）3）桩端未到设计标高（桩长未满足设计要求）。措施（a）预钻孔（b）保留该持力层。处理类似问题应着眼于对承台和上部结构的影响：（a）承台内力与原设计不同；（b）建筑物沉降可能不均匀。4）沉桩昼终压力冻与设计塑不符（沉桩累终压力Rsm与极限食承载力Quk关系素按地轿区经碗验较厌为真左实）轻。终止谣压力真与土嫁层分兔布特恰性密悟切相秆关，应施注意庄当地每土层恒分布桥特点敬。（a）（b）（c）规范蜻：最大蚀压桩冠力不宜小于设厕计的单鄙桩竖向野极限承蛮载力标弯准值，牙必要时铲可由现工场试验文确定，百可根据苦地区静只压经验舅确定。5、预适应力漏管桩村的桩赤身承举载力爸与施堂工工谅艺系处数计算模推式(1)当桩顶娘以下5d螺旋式浴箍筋间裙距≤10菠0m框m时N≤蒙ψcfcAps+0.雁9fy’As’(5.仪8.2师-1)(2)当桩身怠配筋不稻符合以丹上规定秧时N≤撑ψcfcAps(5.伐8.2貌-2)混凝暴土预感制桩迈、预愚应力克混凝殃土空搁心桩ψc谈=脉0.烦85；考虑到勿预应力拍钢筋对系混凝土株的预加秩应力，煎实际取ψc闲=0.叛7~0篮.75；（见条新编《预应力问管桩规栋程》），当织前按图赴集《预应乎力混济凝土锁管桩》取值（0.味7）即可廊。6、预应撕力管桩议的水平多承载力查（双控推：位移加和抗弯锈承载力啄）（1）按位祥移控制既预估：（2）单研桩水雄平静妖荷载贩试验种：根陈据配驱筋率团确定勤取值职方法时。①大经配筋距率由仇位移挥控制鞋，取6或10m消m位移对孕应荷载喉的75想%。②小配启筋率由发桩身抗语弯强度孔控制，走取临界必荷载的75%。（3）位移术满足前嗽提下，南验算桩序身抗剪垮承载力建筑工测程中的隙预应力柔管桩基坡础，在市水平荷书载作用裳下计算绕位移较图小，可归认为水平承欠载力有俊桩身承惯载力控搞制，主熟要指桩煌身抗弯喝承载力弹。通常皂基桩做在水他平荷败载作阅用下祥以弯串曲破广坏为锋主，带因此秤仅验婆算抗雹弯承添载力默即可桨；当需要坡验算空车心截面溪的抗剪见承载力坡，《混凝营土结杯构设播计规纤范》无明预确规游定。7、剪灶力墙翻下布晋置预辈应力怖管桩危要点（1）剪力屈墙下布起桩与承迹台设置对于剩钢筋弱混凝忽土剪晕力墙马下布芹桩的赔问题砍，应肾重点隆把握航以下脏几点英：1）应尽严量做到耕剪力墙昌下布桩辈。剪力羡墙自身漆具备极振大抗弯决刚度，侵可视为闹承台；2）地震础作用下勿剪力墙浓承受巨剂大的倾傻覆弯矩行，因此施在较长铃的墙肢乱两端应呈布置基坚桩，如疯图；3）多层贴剪力纵墙结方构未她设置净地下勒室时，考膝虑钢扫筋锚歌固和扰施工洗方便今以及友局部布受压疗的问握题，甩宜设纤置条转形承抄台梁持，如洽图（a）。4）多层剪冷力墙结或构设置剑地下室严时，若采酬用墙下宇布桩，皱则抗水励板常取200爷~25暖0mm，此时个可参考徒图（a）设捏置条模形承渡台梁付；当允抗水颈板厚浅达400它mm时，牢则可防在墙陵下设咏置暗译梁（笔图（b））。5）高眨层剪裳力墙凶结构种，常立因基院础埋扩深要姜求设司置地它下室佳且由阶于要慰承受炭基底用反力泄，筏压板厚确度不她小于40刮0m仰m，此伴时按旷图（b）设置腐暗梁即悉可。（a）（b）剪力墙咬下条形询承台梁霞构造（2）短融肢剪狭力墙盟下布乞桩的事合理焦化建敏议上部结情构采用眼短肢剪小力墙而吸又不能惠墙下布钞桩，按联荷载重府心与桩熊群形心重合城的原膨则，轻工程尾中常鸡常形盟成类疾似图士（a）的布桐桩模式伯，致使乖承台的浪抗冲切承载钱力、抗巾剪切承燃载力以席及弯矩亿计算都懂极为困座难。（a）未优好化设计工程球师在瞒进行夏结构泪设计便时即特应当旨预见洗到这驳种情桂况，鞭从而裤采取爱有效各措施矿。1）选择狱承载执力更示大的责桩型。根欣据调喊查发咸现，管出现炮上述垒不利扶情况三的多析数采哪用预暂应力趟管桩浇，管灭桩桩做长有蜘限，激承载刘力低受，需叔要桩披数多连，桩肿距要慰求也平大，嚷自然惧无法吨做到线墙下巾布桩陷。因丢此选堡择灌粗注桩久，增如加桩掠长，斯再用捏后注驾浆提线高承静载力电，自圣然能周墙下价布桩吼，如扭图（b），严参格的说暖此时荷润载重心让与桩群完形心并策不重合匹，但由忙于结构停刚度参墓与及承研台—基桩变投形协调泄后，会组重新获刊得平衡独。实践将证明，雄这种方击式也具应有更好条的经济崭性。2）按复疯合桩你基设钥计。当滚地基腔土质驾较好袭，可早考虑蜜按复跟合桩国基设私计（c），姐如15层的剪乔力墙结智构，总蚊荷载225践kPa，地她基土比承载锅力特糕征值140件kPa，承台碌效应系岁数取0.6，那婶么可栽减少浙桩数37%，原5桩承筋台可收按3桩承台桌设计即恳可，此齿时筏板通厚度应诵满足冲虽切承载坐力要求写。（b）加京大基解桩承控载力（c）按泻复合元桩基少设计3）补充皮墙肢宋，使域原结执构墙神肢加误长，蛇便于慎墙下乞布桩屈。对于策无地田下室粗的短罪肢剪英力墙开结构滥，可食以在浑地面收以下院至承往台底锤面高役度范浆围加落设墙蹄体，鄙将独匠立墙欢肢联姥系起事来如兼图（d），兼罢具承台汽梁的作继用，由棍于这类产梁高通票常达1.5到~2m，具有辜较大刚借度，完丈全可以仙作为承西台使用茧，按连壳续深梁防计算即煎可，一成般此类溉深梁按拒构造配版筋均可秀满足要棋求。多长数情况惕下短肢股剪力墙抱结构会悼设置地垃下室，竞则可延妙长墙肢废，留出滤洞口如垄图（e），仍纷然可以治墙下布能桩，一爪般地下作室高约2.腿5~售3m，而递悬臂剩部分1.炉2~盘1.搬5m，按漏悬臂撇深梁指分析圣；多厅数按