解析特殊地质条件下的管桩设计

　　桩型选择应根据工程性质、地质情况、施工条件及场地周围环境等综合考虑。上海是典型的特殊软土地区，目前兴建高层建筑物以桩基为主，选用的桩型主要有预制钢筋混凝土方桩、预应力混凝土管桩（简称PHC桩）、灌注桩、钢管桩。

　　以上海地区为例，上海地区软土的特点是地基土松软，地下水位很高，多层承压水，环境条件复杂。软土特性是低强度、高压缩性、流变性、低渗透性、高灵敏度。

　　管桩具有适应面广、产品结构合理、品种规格齐全、桩身强度高、成桩质量可靠、对土层适应性较强、工效高、经济指标好等特点。

　　且在建筑工程造价方面，PHC桩的优势尤为明显。以一高层住宅项目为例，采用钢管桩造价往往为PHC桩的4倍、灌注桩为2~3倍、方桩是1.2倍。

　　管桩的设计要点

　　管桩主要分3种类型：预应力高强混凝土管桩(PHC桩)，预应力混凝土管桩(PC桩)，预应力混凝土薄壁管桩(PTC)。

　　PHC桩、PC桩按桩身混凝土有效预压应力值或其抗弯性能分为A型、AB型、B型和C型4种。

　　1、桩基的设计与施工应综合考虑工程地质和水文地质条件、上部结构类型、使用功能、荷载特征、施工技术条件和环境，并应重视地方经验，因地制宜，注重概念设计，合理选择桩型、成桩工艺和承台形式，优化布桩，节约资源，强化施工质量控制与管理。

　　2、基桩的布置宜符合下列条件：

　　基桩的最小中心距应符合相关规定；当施工中采取减小挤土效应的可靠措施时，可根据当地经验适当减小。

　　管桩不宜应用或应慎用的地质条件如下：

　　桩端持力层以上的覆盖层中含有较多且难以清除又严重影响打桩施工的孤石或其他障碍物；

　　桩端持力层以上的覆盖层中含有不适宜作桩端持力层且管桩又难以贯穿的坚硬夹层；

　　作为桩端持力层的全风化花岗岩岩层或强风化花岗岩的上表层中存在岩脉和较多的未风化球状体；

　　石灰岩等岩溶地区；

　　非岩溶地区上覆土层为淤泥等松软土层，其下直接为中风化岩或微风化岩，或中风化岩面上只有较薄的强风化岩层；

　　难以贯入的岩面埋藏较浅且倾斜较大；

　　桩端持力层为遇水易软化且埋藏较浅的风化岩层。

　　管桩的选用原则是：

　　1） 当用于抗震设防烈度为8度地区的工业与民用建筑时，宜选用AB型或AB型以上的管桩，不宜使用A型桩。

　　2）甲级地基基础应选用AB型或AB型以上且产品质量等级为优等品的PHC桩，不得使用A型桩。

　　3） 抗拔桩除桩接头需按有关规程采用的措施外，宜选用AB型或AB型以上的PHC桩或PC桩，不宜使用A型桩。

　　管桩沉桩及控制要求

　　管桩沉桩有锤击法、静压法、引孔打（压）法。

　　“建筑桩基技术规范”JGJ94-2008要求：

　　1、采用焊接接桩除应符合现行行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ 81的有关规定外，还应符合下列规定：

　　1） 下节桩段的桩头宜高出地面0.5m；

　　2） 下节桩的桩头处宜设导向箍。接桩时上下节桩段应保持顺直，错位偏差不宜大于2mm，接桩就位纠偏时，不得采用大锤横向敲打；

　　3） 桩对接前，上下端板表面应采用铁刷子清刷干净，坡口处应刷至露出金属光泽；

　　4） 焊接宜在桩四周对称地进行，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊；焊接层数不得少于两层，第一层焊完后必须把焊渣清理干净，方可进行第二层（的）施焊，焊缝应连续、饱满；

　　5） 焊好后的桩接头应自然冷却后方可继续锤击，自然冷却时间不宜少于8min；严禁采用水冷却或焊好即施打；

　　6） 雨天焊接时，应采取可靠的防雨措施；

　　7） 焊接接头的质量检查，对于同一工程探伤抽样检验不得少于3个接头。

　　2、沉桩前必须处理空中和地下障碍物，场地应平整，排水应畅通，并应满足打桩所需的地面承载力。

　　3、桩锤的选用应根据地质条件、桩型、桩的密集程度、单桩竖向承载力及现有施工条件等因素确定，也可按本规范附录H选用。

　　4、桩打入时应符合下列规定：桩帽或送桩帽与桩周围的间隙应为5～10mm；锤与桩帽、桩帽与桩之间应加设硬木、麻袋、草垫等弹性衬垫；桩锤、桩帽或送桩帽应和桩身在同一中心线上；桩插入时的垂直度偏差不得超过0.5％。

　　5、打桩顺序要求应符合下列规定：对于密集桩群，自中间向两个方向或四周对称施打；当一侧毗邻建筑物时，由毗邻建筑物处向另一方向施打；根据基础的设计标高，宜先深后浅；根据桩的规格，宜先大后小，先长后短。

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　　6、桩终止锤击的控制应符合下列规定：

　　1）当桩端位于一般土层时，应以控制桩端设计标高为主，贯入度为辅；

　　2）桩端达到坚硬、硬塑的黏性土、中密以上粉土、砂土、碎石类土及风化岩时，应以贯入度控制为主，桩端标高为辅；

　　3）贯入度已达到设计要求而桩端标高未达到时，应继续锤击3阵，并按每阵10击的贯入度不应大于设计规定的数值确认，必要时,施工控制贯入度应通过试验确定。

　　7、当遇到贯入度剧变，桩身突然发生倾斜、位移或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝、破碎等情况时，应暂停打桩，并分析原因，采取相应措施。

　　8、桩终止锤击的控制应符合下列规定：

　　1） 当桩端位于一般土层时，应以控制桩端设计标高为主，贯入度为辅；

　　2） 桩端达到坚硬、硬塑的黏性土、中密以上粉土、砂土、碎石类土及风化岩时，应以贯入度控制为主，桩端标高为辅；

　　3） 贯入度已达到设计要求而桩端标高未达到时，应继续锤击3阵，并按每阵10击的贯入度不应大于设计规定的数值确认，必要时,施工控制贯入度应通过试验确定。

　　9、当遇到贯入度剧变，桩身突然发生倾斜、位移或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝、破碎等情况时，应暂停打桩，并分析原因，采取相应措施。

　　10、施打大面积密集桩群时，可采取下列辅助措施：

　　1） 对预钻孔沉桩，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；施工时应随钻随打；桩架宜具备钻孔锤击双重性能；

　　2） 应设置袋装砂井或塑料排水板。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；

　　3） 应设置隔离板桩或地下连续墙；

　　4） 可开挖地面防震沟，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；

　　5）应控制打桩速率和日打桩量，24小时内休止时间不应少于8h；

　　6） 打结束后，宜普遍实施一次复打；

　　7） 应对不少于总桩数10%的桩顶上涌和水平位移进行监测；

　　8） 沉桩过程中应加强邻近建筑物、地下管线等的观测、监护。

　　11、预应力混凝土管桩的总锤击数及最后1.0m沉桩锤击数应根据当地工程经验确定。

　　12、锤击沉桩送桩应符合下列规定：

　　1） 送桩深度不宜大于2.0m；

　　2） 当桩顶打至接近地面需要送桩时，应测出桩的垂直度并检查桩顶质量，合格后应及时送桩；

　　3） 送桩的最后贯入度应参考相同条件下不送桩时的最后贯入度并修正；

　　4） 送桩后遗留的桩孔应立即回填或覆盖；

　　5）当送桩深度超过2.0m且不大于6.0m时，打桩机应为三点支撑履带自行式或步履式柴油打桩机；桩帽和桩锤之间应用竖纹硬木或盘圆层叠的钢丝绳作“锤垫”，其厚度宜取150～200mm。

　　静压桩工艺本文不作详述。

　　沉桩的可能性评估

　　桩基设计的关键问题是：持力层选择，桩型选择，单桩承载力，桩基沉降，沉桩的可能性，沉桩对周围环境的影响及控制。

　　影响沉桩动阻力的主要因素为地基土特性，预制桩种类及桩身强度，机具设备，进入持力层深度，布桩间距(布桩面积系数)，沉桩顺序及速率。

　　PHC桩的优化设计案例

　　（一）工程实例1：XX河滨花园

　　“河滨花园”由3幢高层住宅楼组成，1号楼为26～27层，2号楼为27～28层，3号楼26～27层。总用地面积：17409m2； 总建筑面积：73037m2。

　　该工程地层条件属于上海地区的正常地层，3幢高层建筑物原设计拟采用桩径Φ800灌注桩方案, 后改成预应力混凝土管桩（PHC桩），采用PHC预应力管桩，桩径Φ600，有效桩长30～33m，进入第7-1层砂质粉土3～4m，为业主节省资金达700万元左右。

　　（二）工程实例2：上海XX苑(33层)

　　原灌注桩Φ800，持力层8-2；PHC600AB，持力层7-1，Rk=5500KN,经济指标：原方案造价140元/m2；现方案为54元/m2。

　　（三）工程实例3：上海XX花苑(31层)

　　原灌注桩Φ800，持力层7-2；PHC600AB，持力层7-2，Rk=5500KN,经济指标：原方案造价为140元/m2；现方案为50元/m2。

　　（四）工程案例4：“XX海景花园”桩基优化咨询

　　原设计方案：钻孔灌注桩、桩径800mm，桩长47m。

　　优化设计方案：PHC管桩、桩径600mm，桩长26～28m。

　　经济效益：通过桩基优化咨询提高桩基承载力，沉降控制在4～6cm，实际节省基础造价400万元,缩短工期近两个月。

　　（五）工程案例5：“合肥XX花园”桩基优化咨询

　　设计方案：PHC 600 管桩，桩长27m，单桩承载力极限值5600kN。经济效益：优化桩基持力层，为合肥首例在高层中应用管桩的案例。