管桩基础的几个问题

广东省标准《静压预制混凝土桩基础技术规程》 （送审稿）在岩土工程勘察这一章中专门对表土层勘 察要求提出了一点要求：静压桩施工对表土层承载力 有较高要求，勘察时应采用轻便动力触探、取土样、 标准贯入试验等手段准确查明表层3m土层的承载能力。 在该条的条文说明中指出：勘察时应准确查明表 层3m土层的承载力，是指我省常见的表土层，对于深 厚、松软的素填土层则应另当别论。 5.2节内对压桩机的接地压强作了限制：压桩机 长船型履靴的接地压强不宜大于100kPa；短船型履靴 的接地压强不宜大于120kPa。

广东省标准DBJ/T15–22–98《预应
力混凝土管桩基础技术规程》是我国最早
颁布的有关管桩基础设计和施工的综合性
技术标准。但2008年进行了修订，变成广
东省标准《锤击式预应力混凝土管桩基础
技术规程》DBJ/T15-22-2008；另外又编 制了一本广东省标准《静压预制混凝土桩 基础技术规程》（送审稿）。
有关管桩基础的几个问题
王 离 (教授级高工)
广东省土木建筑学会
(2011年3月 广州)
国家标准《先张法预应力混凝土管桩》 是管桩的产品质量标准，全国的管桩厂都应 按这个标准生产预应力管桩，也按这个标准 来检测预应力管桩的产品质量，它不是管桩 基础的技术标准。 这个标准共有三个版本： GB 13476 – 92，于1992年颁布； GB 13476 – 1999，于1999年颁布； GB 13476 – 2009，于2009年颁布， 2010年3月1日实施，是最新的版本。 但是到目前为止广东很多地方还没有很好地 执行பைடு நூலகம்个技术标准。
根据广东应用管桩的长期经验，岩土 工程勘察中较重视标准贯入试验。标贯试 验好似模拟打桩，其测试成果较适合锤击 式预应力管桩的应用。 标贯试验锤重为63.5kg（150P），落 距76cm（30吋），前15cm入土的锤击数不 算，然后测出下面入土30cm深度的锤击 数，这就是实测的标贯击数（N′），如果 实测值乘上触探杆长度校正系数，就是修 正后的标贯值（N）。
关于遇水软化的问题
强风化泥岩以及含泥量较多的强风化、 全风化花岗岩层做持力层的管桩基础，收锤 或终压时发现不了什么问题，甚至做静载荷 试验单桩竖向抗压承载力也能达到设计要 求，但过了二三十天，若这根桩再做静载荷 试验，发现单桩竖向抗压承载力降低，桩的 沉降量加大；若对这些原先“已达到设计要 求的桩”进行复压（复打），又可以下去， 有的可下去几十厘米，有的甚至可再下去1～ 4m。强风化泥质粉砂岩也有这种软化现象。
而大吨位的柴油锤可以将管桩打入N＝50~60的强 风化岩层1~2米，显然与当N′＝50 时的强风化岩层 存在着较大的层面差距，桩愈深，差距越大，也就是 说预估的桩长误差更大。
总之，我们可以根据国家标准《岩土工程
勘察规范》GB50021规定，岩（土）名称和状 态可按现场实测的标准贯入击数来划分。但根 据我们的经验，估算打桩深度时则应采用修正 后的标准贯入击数N。锤击式管桩可打入N≥50 的强风化岩层1～2m，静压管桩可压入N＝40～ 50的强风化岩层。因此，用修正后的标贯击数 可较正确地确定管桩的桩端持力层及预估沉桩 的深度。
所以，勘察、设计、施工、监理、管桩生产厂的 技术人员在预估桩长时一定要采用修正后的标贯值。
1-5、管桩设计计算或验算的内容。
管桩基础设计应根据承载能力和变形控制的 要求进行下列计算或验算： （1）根据桩基的使用功能和受力特性进行桩基 的竖向（抗压或抗拔）承载力计算和水平 承载力计算； （2）桩身强度验算； （3）计算承台内力并验算其承载力，确定承台 高度和配筋； （4）当桩端平面以下存在软弱下卧层时，应做 下卧层承载力验算；
（5）对于桩中心距小于或等于4倍桩径的群 桩基础，可视做一假想实体深基础进行 基础下地基承载力验算和沉降计算； （6）当建筑物对桩基的沉降或水平位移要求 严格时，尚应作沉降或水平变位验算； （7）当使用条件要求限制混凝土裂缝时，尚 应作抗裂或裂缝宽度验算。 当然，首先要计算上部结构传至承台底 面上的荷载效应，包括竖向力、水平力和弯 矩等。
1-3、不宜应用或慎用管桩的地质条件
锤击法： （1）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的孤石、风化球或 其它障碍物； （2）持力层以上含有不适宜作桩端持力层且 不易贯穿的硬夹层；
（3）基岩面上没有合适持力层的岩溶地层； （4）非岩溶地区基岩以上为淤泥等松软土 层，其下直接为中风化、微风化岩层， 或中风化岩面上只有较薄的强风化层； 这种地质条件俗称“上软下硬、软硬 突变”。
常用管桩承载力一览表
外径 （mm） Φ300 Φ 400 Φ 500 壁厚 （mm） 65-70 90-95 100 125 砼强度 等 级 C80 C80 C80 C80 承载力 特征值kN 600-900 900-1700 1800-2300 2000-2700 节长 （m） 5-11 5-12 5-15 5-15 适应楼层 （层） 3-9 3-15 10-25 20-28
但这个封底的办法也不是万能的，有些管 桩虽灌了封底混凝土，但桩尖土还是软化，有 些实心方桩也会发生类似的情况。 值得一提的是：不是所有的强风化泥岩和 强风化花岗岩层都会发生易软化的现象，有的 地区虽然也以强风化泥岩作持力层，但没有发 生持力层软化的问题，因此要多积累地区经验。 强风化泥质粉砂岩也有软化的问题，只不 过软化的程度较少，下沉量一般不超过20cm。
二、关于静压管桩竖向抗压承载力特征值
管桩基础设计计算内容较多，但单桩 竖向抗压承载力特征值的确定是静压管桩 基础设计的最重要内容之一。 静压管桩单桩竖向抗压承载力特征值 确定的主要方法有以下三种： ⑴ 通过试验桩确定单桩承载力； ⑵ 通过半经验公式计算确定单桩承载力； ⑶ 通过静压桩机的复压来检验或确定单桩 承载力。
110
Φ 600 130
C80
C80
2200-3000
2500-3500
6-15
6-15
20-30
20-35
管桩应发挥其高承载力的特性，不宜用作地基 处理中的柔性桩，尤其是以强风化岩作持力层的管 桩，更不能这样做。 某大型输水管基础，设计成复合地基的形式： 在以强风化砂岩为持力层的Φ 400管桩顶部，做一 层30～40cm的褥垫层，在垫层上浇筑混凝土底板， 在底板上搁Φ 400的输水管。结果管桩刺破褥垫 层，输水管立即有10-20cm的下沉。 处理方法：灌浆加固褥垫层。以后同样的工 程，取消砂垫层，将混凝土底板直接与管桩顶联结 起来，做成刚性承台。
新研制的施工机械：
随钻跟管钻机 （中钻法）
1-2、常用管桩规格、型号及其应用承载力
管桩分PC桩和PHC桩，广东几乎全是PHC桩。 管桩按外径分为300mm、400mm、500mm、600mm和 700mm、800mm、1000mm、1200mm、1300mm、1400mm等规 格，建筑中的常用管桩规格为300mm、400mm、500mm和 600mm。300mm管桩今后要逐步淘汰。 管桩按混凝土有效预压应力值分为A型、AB型、B型 和C型，其有效预压应力值分别为4MPa、6MPa、8MPa和 10MPa。 重要工程都要选用AB型或B型桩；静压用桩广东大部 分选用厚壁的AB型桩。今后A型桩逐步少用。
修正后的标准贯入击数 N 可按下列公式计算：
N =α N′
式中
N——修正后的标准贯入击数； N′——实测标准贯入击数；
α ——触探杆长度校正系数，可按下表采用。
杆 长（m）
校正系数α 杆 长（m） 校正系数α
≤3 1.00 24 0.67
6 0.92 27 0.64
9 0.86 30 0.61
12 0.81 33 0.58
1-4、管桩穿透岩土层的能力
打桩锤击力属冲击动力，预应力管桩较耐打， 在强力冲击下具有较强的穿透能力，大量工程实践 表明，使用D45以上重型柴油锤可使其穿透5～6m厚 的密实砂层或河卵石层，桩尖进入N≥50的强风化岩 层1～2m或密实卵石层1～2m。 压桩力则属静力，造成桩的穿透能力相对较 小，但也并非仅能穿透软弱土层，实践证明压桩力 ≥4000kN的静压桩也可穿透2～3m厚的密实砂层，桩 尖到达N＝50的强风化岩表面。 从总体上看，当地质条件大致相同时，静压桩 的桩长通常要比锤击桩短1～2m，有时甚至短3～4m。
关于管桩基础设计和施工的技术标准：
到目前为止全国还没有一本专门的管桩基础技 术规范； 国家标准《建筑地基基础设计规范》GB500072002和行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94– 2008有部分预制桩的内容； 各省（市）地方标准《管桩基础技术规程》， 其中浙江、福建、辽宁、云南、黑龙江、湖北、 吉林、广西、山东、广东等省（市）都陆续出 台了有关规程。
（5）桩端持力层为遇水易软化且埋藏较浅 的风化岩； （6）地下水或地基土对管桩的混凝土、钢 筋及钢零部件有强腐蚀作用的岩土层。 简单地说，有孤石、障碍物的地层； 有硬夹层；石灰岩地层；“上软下硬、软 硬突变”的地层；遇水软化的持力层和强 腐蚀岩土层，不宜或慎用管桩。
静压法：除了与锤击法六条相同外，还有两 条也要注意： 现场地表土层松软且地面承载力特征值 ≤100kPa又未经处理的场地； 桩端持力层为中密～密实砂土层且其覆 盖层几乎全是稍密～中密砂土层； 静压桩在石灰岩岩面起伏不大的情况下 可以压下去，虽然桩端嵌固深度不大，但桩 身可以做到基本不破烂，若用锤击法施工， 桩的破损率可达到60%以上。
一、设计施工者要基本了解清楚的几个问题：
1-1、管桩基础的主要施工方法。 施工方法不同，桩的承载力计算方法也是不同的。 1-2、常用管桩规格、型号及其应用承载力。 要大致心中有数，这样才能在概念设计中有个准星。 1-3、不宜应用或慎用管桩的地质条件。 不要在不宜应用管桩的地质条件下硬用管桩。 1-4、管桩穿透岩土层的能力。 设计时要有个底，所以要掌握岩土勘察知识。 1-5、管桩设计计算或验算的内容。 哪些一定要计算或验算，哪些可以不验算，心中也 要有个谱。
广州市某大工程所用的建筑工程岩土勘察，由十 个勘测单位负责来完成，其中，九个单位只提供实测 的标贯击数的测试成果，只有一个著名建筑设计院的 勘察队伍还提供修正后的标贯值。
施工单位根据实测的标贯击数来预估桩长，其结 果全部偏短，实际施工时用桩量比预估用桩量增加了 许多。而根据修正后的标贯击数来预估桩长，实际施 工时的用桩量与预估用桩量基本一致。
1-1、管桩基础的主要施工方法
（1）锤击法：柴油锤、液压锤 （2）静压法：抱压式液压压桩机 顶压式液压压桩机 抱压顶压联合式液压压桩机 抱压振动液压压桩机 （3）引孔打（压）法 （4）钻孔植桩法 （5）中掘法（直径≥600）
锤击沉桩
静力压桩
长
螺
旋
钻
机
螺
旋
钻
大直径管桩 新颖沉桩法
也叫中掘法
究其原因，主要是桩尖附近有水，强 风化泥岩遇水就软化，含泥较多的强风化 花岗岩体遇水发生崩解，于是桩端土承载 力大大降低。水的来源有两种：主要是外 界流入的水，还有是超孔隙水压力作用下 慢慢渗流出来的孔隙水。针对外界流入的 水产生了一个管桩内腔底部灌注封底混凝 土的做法，堵住桩尖不密封而引起漏水的 毛病。减少孔隙水最好的办法就是控制沉 桩率。
15 0.77 36 0.55
18 0.73 39 0.52
21 0.70 42 0.49
国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021，若用 标准贯入击数来划分岩土类别时，采用的是实测标 准贯入击数N′，如N≥50为强风化岩；50＞N′≥30 为全风化岩；N′＜30为残积土，与我们打桩压桩时 所指的强风化岩容易混淆。 锤击管桩桩端的强风化持力层是指N＝50～60的 强风化岩层，而且桩端可进入这种强风化岩层1～ 2m，但不能打入中风化岩层； 静压管桩最多可压至N＝50的强风化岩层的表面。
这是每个设计和施工人员首先要明确的基本概念！
采用实测的标贯值来预估锤击管桩的入土深度， 误差是很大的，原因是：
按岩土规范规定：N′＝ 50 就是强风化岩层。 但是，若桩长为21m时，则修正系数＝0.7，N＝35； 若桩长为30m时，则修正系数＝0.61，N＝30；
若桩长为39m时，则修正系数＝0.52，N＝25；