1、对静压 PHC 桩终压值的确定的探讨摘要：本文主要介绍了终压力与单桩竖向极限承载力的关系，并通过典型工程实例，说明在施工过程中应如何来控制施工终压力值。分别针对摩擦桩和端承桩的施工提出应注意的问题。 关键词： 终压力值;单桩竖向极限承载力; 端承桩;摩擦桩 中图分类号：TU473.1+1 文献标识码： A 文章编号：近年来，由于沉管灌注桩事故频发，PHC 和 PC 管桩迅猛发展，逐步取代了沉管灌注桩。毫无疑问，预应力管桩不存在缩颈、夹泥等质量通病，其质量稳定性优于沉管灌注桩。预应力高强混凝土管桩（PHC 桩）是由专业厂家生产，采用先张法预应力和掺加磨细料、高效减水剂等先进工艺，将混凝土经离心脱
2、水密实成型，经常压、高压两次蒸汽养护而制成的一种细长空心等截面预制混凝土构件。与其它桩型相比，PHC 桩主要有以下特点： 桩身强度高：PHC 桩均采用 C80 以上的混凝土，采用先张法预应力制作，因而承压力高，能抵抗较大的抗裂弯矩。具有较强的工作性能，桩身能在严劣的施工环境下保持完好，大大减少裂桩，断桩事故的发生。PHC 桩由专业厂家大批量自动化生产，桩身质量稳定可靠。 PHC桩穿透力强，足够的压力下，可穿越较厚的砂质土层，确保桩端嵌固于较好的持力层。 静压施工时，施工现场简洁，无污染、无噪音，能保障文明施工。由于 PHC 桩的单桩承载力相对较高，其环形截面所耗混凝土量较少，综合经济效益高。
3、因此，近年来预应力管桩在建筑基础工程中得到了大量使用。然而在不同的地质条件下设计和施工管桩也出现了一些施工质量问题，造成不应有的经济损失。下面结合工程实例，就预应力管桩在施工和检测验收方面出现的一些质量问题，分析如下，以便总结经验，提高施工技术水平。 一、静压桩终压力的概念 静压桩的压桩力是沉桩过程中为克服桩端土层的抗冲剪阻力和桩周土摩擦力所施加的压桩机静压力。终压力是桩端达到持力层终止压桩时出现的最终静压力。单桩竖向极限承载力标准值是成桩结束桩周土固结后，桩能满足上部结构要求可承受的最大荷载。桩身结构竖向承载力设计值是由桩身结构材料确定的桩所能承受的最大设计承载力的数值。桩身结构竖向承载力设
4、计值与桩的制作工艺、施工手段、环境、桩身材料、截面尺寸等有很大关系，由桩身质量决定的。 终压力与单桩承载力是两个不同的概念。终压力是终止压桩瞬间出现的荷载，其每次出现持续的时间通常仅 5-10 秒钟，而单桩承载力是桩能承受的上部结构传来的长期荷载作用的能力。这个本质区别决定了两者的计算依据不尽相同。因土层结构，分布情况、桩型、桩长、压桩力不同会出现终压力大于或小于单桩竖向极限承载力的情况。桩身结构竖向承载力设计值决定着单桩竖向极限承载力标准值。 二、施工终压力控制问题 工程结构设计人员对此一桩型的成桩控制标准多为“双控” ，即：1.桩长控制根据勘察部门提供的工程地质勘察报告，估算桩端进入持力层
5、一定深度后的桩长，保证实际桩长不小于此估算桩长。2.压桩力控制给出一个压桩力控制值，规定成桩时的最终压桩力值不小于此值。目前通常的作法就是取单桩极限承载力数值（或上下界定一个小的浮动范围）作为终压力控制值。 工程实例一 在济南市某棚户区改造安置房静压管桩工程，场地地貌单元属山前冲洪积扇中后缘，在勘察深度范围内场地地层主要为第四系冲洪积成因的粘性土、碎石及残积成因的残积土，地表为近期人工填土，下伏白垩系闪长岩风化岩体，自上而下分为 8 层，简述如下：层杂填土：湿饱和，稍密。主要由砖块、混凝土及粘性土组成。层厚 0.60-5.00 米，层底标高：29.1733.84 米。本层分布不均，成分杂乱，结
6、构松散。层黄土状粉质粘土：褐黄色；可塑，局部软塑，无摇振方应，中等干强度，中等韧性，含少量钙质条纹，混少量姜石。层厚 2.6-9.0 米；层底标高：23.7528.70 米。层粉质粘土：褐黄色浅棕黄色，可塑，局部硬塑无摇震反应，稍具光泽反应，中等干强度，中等韧性，含少量铁锰氧化物，混少量姜石。层厚 1.50-5.60 米；层底标高：21.9025.27米。本层具中等压缩性。层粘土：棕黄色，硬塑坚硬，局部可塑，无摇振反应，具光泽反应，干强度高，韧性高，含少量铁锰氧化物及结核，偶见姜石。层厚 3.60-10.20 米；层底标高：13.6420.43 米。本层具中等压缩性。层残积土：灰绿色黄绿色，中
7、密，湿，具塑性，母岩为闪长岩，风化成土状及细砂状。层厚 0.50-2.10 米；层底标高：12.2418.93 米。全风化闪长岩：灰绿色，粒状结构，块状构造，矿物成分已全部蚀变，原岩风化成粗砂状，局部成砾砂状，数极软岩，极破碎，岩体基本质量等级为级，RDQ 为 0。层厚 0.50-3.40 米；层底标高：11.2417.73 米。强风化闪长岩：灰绿色，粒状结构，块状构造，裂隙发育，主要矿物成分为长石、角闪石、上部岩芯呈块状、砂状，下部以短柱状为主，少量柱状，采取率 70%-80%，属软岩，破碎，岩体基本质量等级为级，RDQ 为 0-15。层厚 2.80-9.50 米；层底标高：4.6910.6
8、7 米。中风化闪长岩：灰绿色，粒状结构，块状构造，裂隙较发育，主要矿物成分为长石、角闪石、少量短柱状为主，采取率 80%左右，属较软岩，较破碎，岩体基本质量等级为级，RDQ 为 50-60。该层未揭穿。 设计要求以第强风化闪长岩为持力层，本工程桩为典型的端承摩擦桩，因持力层起伏不均，设计要求施工中以控制压力值为主，控制桩长为辅。施工时采用桩型为 PHC-AB500（125）-20 管桩，送桩 3 米左右，设开口钢制桩靴，单桩承载力特征值 Ra=2000kN，终压值控制在不小于4200kN。当桩长达到 20 米还不能满足终压力时采取送桩措施。本工程设计桩数为 185 棵，桩顶标高高于设计桩顶标高
9、需要截桩的有 96 棵；桩顶标高低于设计桩顶标高 2 倍以上，需要接桩的有 22 根。根据实际情况对基桩进行了抽检，分别进行静载及高应变试验。检测报告表明单桩承载力均满足设计要求。 静载荷试验成果表 工程实例二 济南长清恒大绿洲工地，场区内揭露地层主要为第四系填土、粘性土、碎石土等，下伏基岩为奥陶系灰岩。经钻探揭露，场区地层可分为8 层，分述如下： 素填土：黄褐色，稍湿，松散，主要成分为粉质粘土，局部含少许建筑垃圾。厚度 0.54.8 米。平均 2.22 米。 黄土状粉质粘土：褐黄色，可塑，断面见针状孔隙，见少量白色条纹，偶见姜石，无摇振反应，切面稍有光泽，韧性、干强度中等。厚度 4.013.
10、0 米。平均 8.90 米。 粉质粘土：灰黄色，可塑，见少量白色条纹，偶见姜石，无摇振反应，切面稍有光泽，韧性、干强度中等。厚度 1.25.9 米。平均 2.97米。 粉质粘土：微棕黄色-微棕红色，硬塑，含少量铁锰氧化物和铁锰结核，无摇振反应，切面有光泽，韧性、干强度高。厚度 1.612.7 米。平均 7.62 米。 粘土：微棕红色-微棕黄色，硬塑，含少量铁锰氧化物和铁锰结核，无摇振反应，切面稍有光泽，韧性、干强度高。厚度 0.314.2 米。平均4.14 米。 粉质粘土：微棕红色-微棕黄色，可塑-硬塑，含少量铁锰氧化物和铁锰结核，局部砂粒含量高，无摇振反应，切面稍有光泽，韧性、干强度中等。厚
11、度 1.511.5 米。平均 5.55 米。 粘土：微棕红色,硬塑,含少量铁锰氧化物，局部见小姜石和碎石，土质较均匀，无摇振反应，切面有光泽,韧性、干强度高。厚度1.615.4 米。平均 6.41 米。 -1 碎石：杂色,饱和,密实,碎石母岩成分为灰岩质,呈次棱角状,粒径多在 3-8cm，最大 10cm,无序排列,含量约占 70%,局部泥钙质胶结，呈短柱状。厚度 0.5012.30m，平均 3.56m。 设计图纸要求以粉质粘土层为持力层，单桩承载力特征值Ra=2000kN，以控制终压值为 4000kN 为主,设计桩长为 26 米。 设计桩型为 PHC-AB500（125）,设计单桩承载力特征值
12、为 2000kN,以第层粘土为桩端持力层。该工程是较典型的端承摩擦桩,设计要求终压力值控制为 4000 kN。 压桩过程有相当部分的基桩送至设计高程时终压力值达不到设计要求的 4000 kN 。于是设计提出将桩长变更为 30m，并重申所有桩都要达到 4000kN 的终压值。由于增加桩长需穿透第-1 碎石层, 增加了施工难度。为给施工提出合理的控制标准，避免造成浪费，选取有代表性的两棵工程桩进行了静载荷试验。(压至设计标高 38.20m)其中 11#桩的终压力值为 3045 kN；49#桩的终压力值为 4000 kN。在加荷前经过 7 天的休止期，其静载荷试验结果如表 1： 表 1 济南恒大某住
13、宅小区 11#桩 49#桩静载试验成果表 试验结果表明，11#桩的终压力值虽然未达到设计要求的 4000kN，但经过 7 天的休止恢复，其单桩竖向承载力能够满足设计使用要求。应当指出，49#桩的终压力值达到了 4000 kN，其桩的静刚度明显大于 11#桩。因此后续施工以压至 3200kN 为终压值标准，没有增加桩长。 最后桩基进行抽检，分别进行静载及高应变检测，单桩承载力均满足设计要求。 三、原因分析 实际工程设计及施工中这种“双控”控制标准确实较为稳妥，也得到广泛采用。众所周知，压桩过程中的压桩力并不等同于基桩在成桩后所能提供的单桩承载力，也与停止压桩的终压力有差异。实际施工与设计时：对端
14、承桩通常采用终压力为设计单桩承载力的 2 倍；对摩擦桩终压力仅仅作为辅助条件，当桩长不满足设计桩长终压力已超过或等于单桩承载力特征值的 2 倍时也可停止压桩。对于摩擦桩通常采用桩长控制为主的控制方法，只要桩长满足设计要求，即可停止压桩。若桩长不满足设计要求，压桩力已超过控制终压力时，可停止压桩并及时与设计、监理单位沟通。 工程实例二中形成类似情况的原因是由于沉桩过程中，桩端首先将土完全挤压破坏，形成塑性数流动区，桩侧动摩阻力由于孔隙水压力的存在，数值远低于理论数值及最后实际成桩后的桩周摩阻力数值。成桩一定时间以后，由于孔隙水压力消散，土体颗粒的再固结与内聚力的恢复，桩身侧摩阻力会有相当大程度的
15、提高。实际施工过程中若意外中断压桩，再次压桩常会出现压桩力大幅提高甚至压入困难（俗称“抱桩” ） ，就是桩侧摩阻力恢复的最好体现。 对比单桩极限承载力的理论计算值和静载试验实测值的差异，可以看出理论计算桩长大于本次试验实际桩长。原因在于桩端有较好持力层时，由于桩周土在成桩后一段时间内的再固结与粘聚力的再恢复，桩周侧摩阻力会有较大幅度的上升，从而造成单桩极限承载力较终压力有相当大的提高。工程设计及施工现场控制指标的确定中如何合理，正确地考虑进这一因素，对于保证一个安全、经济的桩基施工成果具有相当大的意义。在工程地质勘察资料确实、可靠的前提下，结构工程设计人员能真正有效地把握桩长避免造成不必要的浪
16、费。 就这两次试验的工程来说，端承桩在确保进入持力层深度的前提下，压桩终压力控制值取单桩竖向承载力特征值的 2 倍被证明是完全可靠的；摩擦桩的控制原则以桩长控制为主，终压力作为参考（桩长满足设计要求时，终压力可能小于单桩竖向承载力特征值的 2 倍；当桩长不满足设计要求，压桩力已超过单桩竖向承载力特征值的 2 倍时，可停止压桩） 。 四、结论与建议 工程一定要做试桩或有附近地区的同类桩基施工技术资料，终压标准应该以质监部门、设计单位、施工单位、建设单位、勘察单位及监理单位等有关部门在试桩会议中根据试桩的实际情况确定的标准为准则。一般情况下，除保证桩长及桩尖入持力层深度应该满足设计要求外，还要控制
17、终压值的大小。 因此在实际工程中有几点是要特别注意： 1.对土层情况的可靠掌握，尤其是对持力层深度的掌握。这就需要一份确实可靠的岩土报告及较为规律的持力层分布。 2.较好的桩端持力土层。 3.长桩基础经济效果明显。 4.要明确最大压桩能力与终压力控制指标的区别。 压桩机达到额定压桩力时，桩尖贯入度接近零即终止压桩，而此时有可能出现压桩力过大对桩身造成肉眼无法目测的损害，或在压桩力过小未能穿透夹砂层进入合理持力层而存在桩承载力不足的隐患，完全依赖土体摩擦力上升来弥补遮掩原有的缺陷。压桩力过大易压坏桩，而压桩力过小，桩无法达到合适的持力层，桩底嵌固不好，单桩承载力不满足设计要求。因此要避免类似情况出现，即要在设计图纸及桩基会审中明确向施工方指出桩机的最小配重、所能提供的最大压桩力，防止因终压力控制指标的降低而使施工方擅自减少桩机配重，在穿层困难时无法提供足够压桩力而造成桩端无法进入持力层情况的出现。工程施工中严禁小马拉大车，尽量选择大吨位压桩机，静压机的配重要严格把关，配重重量一定要满足设计要求，静压机的油压表要经过质监部门的校核，保证计量的准确性。尽量按照设计要求及实际情况进行配桩施工，施工中避免桩顶接短桩的情况。若出现了超送或超压使桩顶标高低于设计标高时，严格按照管桩图集进行接桩，必要时要与设计单位沟通，按照设计意见进行处理。
