预应力高强混凝土管桩(PHC)

预应力高强混凝土管桩（PHC）

在广州开发区的应用

摘要对广州开发区的地质概况作简要描述，并结合实际工程详细介绍了PHC桩的优点及使用时应慎重考虑之处。

关键词地质条件；桩基础；预应力高强混凝土管桩。

1开发区地形及地质概况

广州经济技术开发区规划面积50平方公里，由西区、东区和永和区（广州台商投资区）三个部分组成。位于广州市东部，距市中心22公里。开发区地处中国南部珠江三角洲腹地，陆路距深圳120公里，水路距香港65海里。该区河渠甚多，平均高程为105.5m（珠江基准，下同），地下水位稳定在高程106.5～107.0m之间，为避免百年一遇的潮水（为107.54m）的影响，整个开发区普遍填高2.5m。开发区第四纪覆盖层厚度在12～14m，以流塑～软塑的淤泥和淤泥质粘土为主，局部地段见粘性土和砂土透镜体，砂土透镜体由中粗砂组成，层厚1～4m，标贯值6～15击。淤泥含水量大，固结程度低，抗剪强度低。淤泥以下为残积土，层厚2～4m，由强风化页岩之岩屑组成，标贯值15～25击。

淤泥的物理力学试验成果见表1。第四纪沉积层之下系上白垩世（K2）的页岩及粉砂质页岩，以泥岩页岩为主，产状平缓，倾角为5～10°，自上而下分为强－中－微风化三层。并经常发现有局部构造带和风化层的硬夹层或软夹层。

注：此表引自开发区地质调查报告

从表1得知，淤泥处于流塑状态，由于孔隙比大、抗剪强度低、渗透系数小，决定了土的高压缩性、承载力低、固结需时长。该区的基础设计就是围绕着淤泥、砂土、透镜体的范围及厚度、基岩软硬夹层分布、地质破碎带等问题的研究而开展。

2开发区桩型选择的发展过程

开发区早期采用（锤击）沉管灌注桩，在厚层淤泥地区很快暴露出它易缩颈、易断桩和桩身质量难保证的缺点，取而代之的钻（冲）孔桩、人工挖孔桩问题也不少，最后转向预制桩。预制桩的使用亦经历过不同桩型的变化：（1）预制方桩：最初在排水渠箱工程中使用断面为350x350mm2的方桩，桩的纵向钢筋为8Φ22,箍筋为Φ8@200，混凝土用C40现场浇筑，采用自由落锤施打，单桩的承载力用250KN，但桩不耐打，造价又高且损耗也大，故最终未推广；（2）预应力管桩（Prestressed Concrete Piles）简称PC桩：1966年铁道部丰台桥梁厂开始研制；1969年投入批量生产以来，已在桥梁、海港和冶金工业建设中广泛应用。该桩型混凝土强度一般为45～65Mpa，采用离心成型使混凝土密实度比一般的大，有效预应力约4Mpa，此桩型在广州开发区使用效果良好，损耗率在3～5％以内；（3）预应力高强度混凝土管桩（Prestressed High-strength Concrete Piles）简称PHC桩：PHC桩1968年在日本研制成功，它是PC桩的发展，其混凝土强

度及预应力大大提高。1987年广州开发区建设总公司与广东省基础公司合作，引进日本PHC桩技术并由南方管桩厂生产，1993年总公司与外商合作引进更先进的设备，建成年产40万米的羊城管桩厂，1988年全省管桩年产量约15万米，1990年年产近50万米，1991年年产达100万米，1995年突破1000万米。PHC桩已被土木工程界所接受，并广泛应用于工业与民用建筑、交通、水利等工程，创造出良好的技术、经济和社会效益。

开发区1987年开始全面推广PHC桩，只要地质条件容许，结构及施工条件可行，均优先考虑使用PHC桩。凡用PHC桩的工程竣工后均未出现基础工程质量问题。由于其技术先进、经济合理，设计单位亦乐于采用。

3PHC桩的性能和优点

3．1 PHC桩的概况及性能

管桩的制作质量要求已有国家标准《先张法预应力混凝土管桩》(GB13476—1999)。PHC桩混凝土强度等级为C80，一般要经过高压蒸养才能生产出来，从成型到使用的最短时间只需三四天。PHC桩按抗弯性能或混凝土的有效预压应力的大小可分为：A型、AB型、B型、C型，有效预压应力值约3.5～6.0Mpa，日本规范《先张法预应力离心高强混凝土管桩》(JISA5337：1995)规定：A型桩的有效预压应力值为40kgf/cm2，B型为80kgf/cm2，C型为100kgf/cm2。管桩有4.0～5.0Mpa的有效预压应力，打桩时桩身混凝土就可能不会出现横向裂缝，所以，对于一般的建筑工程，采用A型或AB型桩就可以了。目前开发区常用的管桩规格如表2所示：

PHC桩的基本性能如表3、表4所示。

表3 PHC混凝土与预应力钢筋性能

表4 PHC桩力学性能

注：1.表3、4均引自羊城管桩厂产品介绍；2.各种桩径相应桩长分别为7、9和11m。

3．2 PHC桩的质量稳定性

PHC桩在南方管桩厂和羊城管桩厂生产，工艺流程及设备先进，并有严格的质量控制和保证体系，故有稳定的高质量产品。

当初试产期间，设备调试阶段，桩的施打破损率约3％。目前，破损率已下降到1％左右，这个指标在国内外算是先进水平。开发区使用的PHC桩只要按设计要求施打，持力层选用得当，贯入度正常，桩的承载力是有保证的。

3．3 PHC桩的桩身强度方面

通过精选材料、调整配合比、采用塑化剂、离心成型工艺和高压釜蒸养护等方法，PHC桩混凝土强度已发展到高达80Mpa，且目前正精心研究朝着100Mpa进展。PHC桩承载力高。它既耐打且穿透力强，据统计有些桩用重锤施打达2000多击而未破损。

3．4 PHC桩的桩身抗弯性能

由于管桩混凝土强度高，加之选用低松弛预应力混凝土专用钢筋（见表3），使桩身具有较高的有效预应力，因此，与其它混凝土相比，PHC桩有相当大的抗弯能力（如表4所示），这就提高了桩基础在水平荷载作用下的抗弯能力。由于预应力的存在，有效抵消了打桩时由于瞬时桩身压缩的反弹所产生的拉应力。

3．5 PHC桩的耐久性方面

PHC桩混凝土采用离心成型，压蒸养护，故密实性好、强度高，从而其抗渗性好。钢筋笼受预应力张拉后，牢固地定位于离心成型钢套上，这就保证了钢筋的有效保护层厚度，提高了钢筋的防腐蚀性。

3．6 PHC桩的价格成本

价格经济合理亦是此桩的优点，任何工程的方案比较都离不开技术先进性及经济的合理性。在广州开发区，PHC桩之所以有强大的生命力，除工程地质条件适合其生存外，其经济指标的优越是令人信服的。

我们曾粗略比较，Φ400PHC桩与Φ600钻（冲）孔灌注桩、Φ500PHC桩与Φ800钻（冲）孔灌注桩承载力基本相同，但二者按每单位承载力造价则相差一倍以上。要说明的是广州开发区两工厂生产的PHC桩只有三种模数（7m、9m和11m）可以选择，PHC 桩一般打入强风化层2m左右即可收锤，桩长约20m，桩施打完毕后露出地面的高度平均约1m左右，施工时送桩的比例不大，

因而每根桩需考虑增长1m，即使如此，比较的结果肯定是PHC 桩较为经济，故设计单位都乐于采用。

3．7 PHC桩的施工方面

PHC桩的施工方法即沉桩方式有六七种之多。前几年主要采用打入法，过去用过自由落锤，目前几乎都采用柴油锤。柴油锤分风冷和水冷两大类。柴油锤的代号，如D46、K60、MH72等，前面的英文字母采用生产厂家名的第一个字母，后面数字表示柴油锤活塞重量（KN）。柴油锤的打击能量可用PDA打桩分析仪现场实测，平时可用100倍活塞重量的经验公式来估算，如D46柴油锤，可打单桩极限承载力约4600KN的管桩。柴油锤的极限贯入度厂家规定为20mm/10击，过小的贯入度作业会损坏柴油锤，减少其使用寿命。

管桩用柴油锤施打，震动大，噪音大。近年来开发了一种静压沉桩工艺，即采用液压式静力压桩机将管桩压到设计持力层。

前几年应用的静压桩机，最大压桩力只有1600KN-2400KN，现在，静压桩机的最大压桩力增大到4500KN，可以将Φ500和Φ550的预应力管桩压下去，单桩承载力可达2000-2500KN，适用于15－30层的高层建筑，特别适用于市区施工。

管桩桩尖形式主要有三种：十字型、锥型和开口型。前两种属于封口型。穿越砂层时，开口型和锥型比十字型好。开口型桩尖一般用在入土深度为40m以上且桩径>550mm的管桩工程中，成桩后桩身下部约有1/3－1/2桩长的内腔被土体塞住，从土体闭塞效果来看，单桩承载力不会降低，但挤土作用可以大大减少。

封口桩尖成桩后，内腔可一目了然，对桩身质量及长度可用目测法检查，这是其它桩型所没有的。十字型桩尖加工容易，价钱便宜，破岩能力强，故开发区约90％以上的管桩采用十字型桩尖。

桩尖规格不符合设计要求，也会造成工程质量事故。

管桩桩端持力层可选择为强风化岩层、坚硬的粘土层或密实的砂层。开发区某些地区基岩埋藏太深，管桩桩尖一般坐落在中密至密实的砂层上，桩长约30－40m，这是以桩侧摩阻力为主的