浅论预应力预应力高强度混凝土管桩在建筑工程中运用

论文导读：
摘要:预应力高强度混凝土管桩凭借着质量稳定、施工速度快、承载力高、低等优势，在建筑工程中有着广泛的应用。本文结合预应力高强度混凝土管桩的应用实例，介绍了预应力高强度混凝土管桩的设计与施工，并通过静载荷试验、桩身完整性检测对高强度混凝土管桩进行桩基检测，取得了较好的效果，为类似工程的应用提供指导和借鉴。
关键词:预应力高强度混凝土管桩；设计；施工；静载荷试验；桩身完整性检测
随着我国社会经济建设的快速发展，社会各界对建筑工程的整体质量要求越来越高。预应力高强度混凝土管桩作为空心圆筒形混凝土预制构件，是新时期发展而来的新型管桩，具有质量稳定、施工速度快、承载力高、低、穿透能力强和抗震性能好等优点，目前广泛应用于建筑工程地基施工当中。
1 工程概况
某建筑工程，拟建五栋20层左右的住宅楼和地下车库，由于天然地基承载力达不到设计要求，考虑周边的环境以及施工工期等方面的要求，设计采用预应力高强度混凝土管桩基础。

1.1 工程地质特征

该建筑地质属冲积平原，浅地层属第四系全新统沉积，沉积物层次繁多，大都呈薄层、交互层和透镜体状。地层岩性以粘性土、粉土与细砂类土为主。该工程地质勘察在场地揭露深度范围内，依据地层成因及土质特征，将地基土自上而下分层为:①层杂填土，厚1.10m；②层粉细砂，厚0.80～1.15m，承载力120kPa；③层粉土夹粉质粘土，厚4.20～4.60m，承载力100kPa；④－1层粉土，厚0.60～0.90m，承载力130kPa；④－2层细砂，厚1.50～2.20m，承载力160kPa；⑤层粉质粘土，厚3.50～4.00m，承载力120kPa；⑥层细砂，厚2.20～3.00m，承载力160kPa；⑦层粉质粘土，厚4.20～4.90m，承载力140kPa；⑧层细砂，厚1.20～1.90m，承载力200kPa。

1.2 水文地质条件

该区水位埋深较浅，一般为5～6m，地下水和地基土呈弱碱性，在干湿交替环境条件下浅层地下水对混凝土不具腐蚀性，对混凝土中的钢筋无腐蚀性；地基土对混凝土和混凝土中的钢筋不具有腐蚀性。
2 预应力高强度混凝土管桩的设计与施工

2.1 预应力高强度混凝土管桩设计

依据工程地质特征选定⑧层细砂为持力层，采用桩径500mm，桩长20.0m预应力高强度混凝土管桩，计算单桩竖向承载力特征值为1000kN。正式施工前进行了试桩试验，在桩基施工区域采用静压法施工试桩6根，随后进行了单桩静载荷试验，以便测定静压法送桩的压力。根据静载试验结果对设计进行验证，必要时进一步调整桩基设计。
单桩静载荷试验，按规范采用堆载慢速维持荷载法，将总荷载分级加到单桩上，同时观测分级荷载作用下的桩体沉降量，绘制静载荷荷载－沉降曲线(Q－S)、沉降－时间对数曲线(S－lgt)，确定单桩承载力特征值。试桩静载荷试验使用JCQ–503全自动静力试桩测试系统，最大加荷值至3000kN，每级加荷为250kN，第一级预压，第二级正式加载。其6根试桩结果见表1。
表1 试桩试验结果
工程甲方、设计、勘察、施工及检测单位根据试桩静载试验结果、压送桩时的压力数据及实际工程地质特征，综合分析了造成试桩承载力特征值参差不齐是因⑧层细砂层较薄且工区分布不均造成的，因此设计单位进行了验算调整，每项工程的设计桩数未变，只是将预应力高强度混凝土管桩有效桩长分别调整为24.0，26.0m，桩端分别在⑨层粘土、⑩层粉质粘土中。具体调整结果见表2，工程分布及布桩局部示意见图1。
表2 预应力高强度混凝土管桩调整情况

图1 工程分布及布桩局部示意(单位:mm)

2.2 预应力高强度混凝土管桩施工

预应力高强度混凝土管桩施工在城区，工区周边均为居民楼，为了减少对周边居民的生活环境污染，选择静压沉桩法。此法采用大吨位压桩机利用压桩机的自重和桩架上的配重作反力将预应力高强度混凝土管桩压送至设计的土层中。在沉桩过程中其振动及噪音小，压桩时加载均匀，无冲击和反射应力波，应力小且易控制，送桩压力及送桩位置可直观、准确地读出并记录下来，因而对桩承载力控制及判断精确度高，保证了桩身质量。
在预应力高强度混凝土管桩施工过程中，应考虑预应力高强度混凝土管桩插入土体时对土体存在挤密作论文导读：质量好的特点。笔者相信，随着我国经济的不断发展，预应力高强度混凝土管桩不仅会在房屋建筑中得到更广泛的应用，在其他领域也将会有着更为广阔的发展。参考文献袁晴飞.PHC管桩在房屋建筑工程中的应用.城市建设理论研究,2012年第6期杨智良;胡俊;戚新秀.高强度预应力混凝土管桩施工技术探讨.安徽建筑,2005年05期上
用，随着施工的进行，土体内部应力作用将会出现土体隆起和侧向位移现象，对周边环境可能导致破坏。另外同一建筑物预应力高强度混凝土管桩施工时若从四周向中间施工，受土体内部应力影响，也可能会出现部分桩无法送至设计深度，但随着土体内部应力的逐渐消散，这部分桩将有可能达不到设计要求，因此应根据场地情况预先考虑施工时土体内部应力的消散方向，进而安排好预应力高强度混凝土管桩施工次序。施工单位根据技术规程和工程实际情况设计了施工方案，预应力高强度混凝土管桩施工测量放线后，确定由小区的东西两侧按楼号逐步向中间施工，以减少因施工造成土体内应力对周边环境和送桩的影响。
预应力高强度混凝土管桩施工，采用两台静压机一个月就完成了1183根PHC500型管桩施工，正常一台静压机一天可施工40根左右，和其它桩型相比其施工速度较快。由于预应力高强度混凝土管桩的自身特点，在桩基施工结束后满足休止期(15天)就可进行承载力检测，相对缩短桩基础施工工期。
3 预应力高强度混凝土管桩桩基检测
预应力高强度混凝土管桩施工结束应进行桩基质量检测，按规范要求，单桩静载荷试验检测数量应不小于施工桩总数的1%，且每单体结构不得少于3根；桩身结构完整性检测，一般工程应不小于施工桩总数的20%。

3.1 静载荷试验

工程桩单桩静载荷试验，采用堆载慢速加载试验法，使用方形压板，加载试验使用JCQ503型全自动静载荷测试系统，自动加荷、观测沉降。试验最大加荷值为2200，2360kN，共分10级施加，第一次加两级荷载，当一小时内桩顶沉降量小于0.1mm，连续出现两次时即可加下一级荷载。试验结束后按规范确定单桩承载力特征值。工程桩静载试验结果见表3。
表3 工程桩静载试验结果
由表1可见:①设计使用荷载下沉降量较小，且沉降均匀，沉降量在2.00mm范围内；②两倍设计荷载下最终沉降量在7.00mm范围内，各静载点沉降差异在2.00mm左右，较均匀；③检测结果表明预应力高强度混凝土管桩基础不但承载力高，且其沉降变形较小，满足了上部结构的要求；④同时检测结果也表明，通过试桩检测结果对原设计进行调整是正确的，无论是承载力还是桩基的沉降变形都能满足上部结构的要求。因此预应力高强度混凝土管桩基础在工程施工前进行试桩试验是必要的。

3.2 桩身完整性检测

采用应力波法检测桩身的完整性。其原理是，将被测桩体看作为一维弹性杆件(当桩身长度远大于桩身直径时)，且将桩与桩间土视为一个线性振动系统。当在被检测桩桩顶击发一瞬时冲击力后，便有应力波传播至桩身波阻抗变化界面处(如桩身截面、介质密度变化)将产生应力波的反射和透射，反射波沿桩身反向传播到桩顶，而透射波继续向下传播至桩底，在桩底处又产生反射波传播到桩顶。经安装在桩顶的传感器接受反射波信号，并由基桩检测仪进行放大滤波等处理，得到检测的时域波形。依据应力波在桩体中传播的波形特征，来判定被检桩的桩身完整性、缺陷性质、缺陷位置和程度。检测时激振锤击点与动测仪的接受传感器平面夹角不小于90°源于：期刊论文www.7ctime.com
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5栋楼和地下车库共抽检了239根管桩，为施工桩数的20.20%，所抽检桩均判定为I类完整桩。预应力高强度混凝土管桩的检测波速范围为4180～4420m/s，平均为4293m/s。
纵观本工程预应力高强度混凝土管桩施工，其检测结果表明预应力高强度混凝土管桩基础施工质量较好，并顺利地通过了质监部门验收。
4 结语
实践证明，预应力高强度混凝土管桩具有其它管桩不具备的优点，经检测其桩基础具有承载力高、沉降变形小及桩身质量好的特点。笔者相信，随着我国经济的不断发展，预应力高强度混凝土管桩不仅会在房屋建筑中得到更广泛的应用，在其他领域也将会有着更为广阔的发展。
参考文献
袁晴飞.PHC管桩在房屋建筑工程中的应用[J].城市建设理论研究,2012年第6期
杨智良;胡俊;戚新秀.高强度预应力混凝土管桩施工技术探讨[J].安徽建筑,2005年05期