管桩施工中的几个问题

预应力管桩施工中的几个问题胡 煜（深圳市建筑工务署 ，深圳 518028 ）[摘要]预应力管桩作为一种经济、可靠的基础处理技术，目前已得到广泛应用。

本文介绍了锤击沉桩的桩锤选择方法、静压桩施工时静压力与单桩承载力的区别和联系、挤土效应及防治措施、时间效应及承载力检验的休止时间、基坑开挖等预应力管桩施工时应注意的问题。

[关键词]预应力管桩；桩锤选择；挤土效应；时间效应预应力管桩的强度高、耐打性好、穿透力强、承载力高，是一种广泛被采用的桩型。

韩金田等人在《广东省桩基应用调查分析研究》一文中指出：“预应力管桩由于其综合评价得分第一位，且其技术因素和经济因素得分均处于第一位，因此是最优先推广使用的桩型。

”[3]1沉桩方法的选择在深圳地区，预应力管桩的沉桩方法主要有锤击和静压两种方式，一般情况下，只要能采用锤击的，就不采用静压。

同一场地、同一规格的桩，锤击的承载力相对来说更高。

锤击沉桩就像用手锤将钉子打入木中一样，是一种碰撞现象，碰撞力非常巨大，作用时间极短（1/10000~1/1000秒）。

如有一手锤质量kg 3=m ，以速度V 0=6m/s 与钉帽接触，经历△t=0.001秒后撞击结束，锤速降为V =1m/s ，锤撞在钉上后，两者一起运动，为简化起见，把运动粗略地当作均减速的，即0V V a t =+。

根据动力第二基本定律，作用在锤上的力为：016315000N 1530kg 0.001V V P F P ma g t ---=-=-⋅=-⨯=≈∆ （1） 由此可见，F >> P 。

从碰撞理论上讲，锤重/桩重越大，沉桩的效率越高，在实践中选择桩锤的方法有两种，按桩重选择和按桩锤冲击力选择。

1.1 选择桩锤的原则选择合适的锤型和锤级（锤重）必须对桩的重量、入土深度、地层岩（土）分布、厚度作综合分析，再按照桩锤的特性进行选择，但无论如何都必须选用锤击能力大于沉桩阻力的桩锤，有时几种锤配合使用更有效，例如上海金荗大厦钢管桩（主楼φ914.4×20，设计桩长65m ，送桩深度17.5m ）基础施工时，先用日本神钢的KB-60锤施打第一节25m 长桩打至第5层，接着23m 长的第2节桩用荷兰IHC 公司的SC-1500液压锤打入⑦-2层约10m ，再接17m 的第3节桩用法国D-100锤打至第⑧层，最后插18.5长的送桩，用英国BSP 公司生产的HH-30液压锤将桩送至-78.5m 。

打桩阻力包括桩尖土体阻力、桩侧面动摩擦阻力和桩的弹性位移所产生的能量损失。

锤重与桩重比必须相适应，一般情况下锤重与桩重比越大，打桩的效率也越高。

如果锤重不足则沉桩困难，且易于引起桩头损坏。

但当用大型锤打小断面的桩时，也会使桩产生纵向压曲或局部破坏。

综上所述，选择桩锤的原则如下：（1）保证桩能穿过场地的各岩（土）层（包括硬夹层），进入持力层一定深度；（2）管桩的锤击压应力不宜超过桩身砼抗压强度的50%，锤击拉应力不宜超过桩身砼的抗拉强度和桩的有效预压应力之和，以防止桩身疲劳和破坏；（3）PC 桩总锤击数不宜超过2000，最后1m 锤击数不宜超过250；PHC 桩总锤击数不宜超过2500，最后1m 锤击数不宜超过300；有关资料表明，柴油锤与蒸汽锤的锤击波型不同，具有同级别的冲力时，蒸汽锤的冲击能量要比柴油锤高1.2~1.4倍，按沉桩总贯入阻力计算所需的冲击力来选择锤型时，应考虑桩锤能量相当这个因素。

1.2 按桩重量选择桩倕锤重一般应大于桩重，落锤施工中锤重与桩重的比为1.5~2.5为佳，落锤高度通常为1~3m ，对于柴油锤，锤重与桩重的比为1~1.5（丹麦规范中规定，最小锤重与桩重之比为0.8），以重锤低落距打桩为好。

若用轻锤，即使落距再大，也难以将桩打入土体，且容易击碎桩头，根据碰撞理论可知：22011221122T m v m v =+ (1)2211221122T m u m u =+ (2) 其中 T 0 —— 碰撞开始两物体动能之和； T —— 碰撞结束时两物体动能之和； m 1、m 2 —— 分别为两物体的质量； v 1、v 2 —— 分别为两物体碰撞前的速度； u 1、u 2 —— 分别为两物体碰撞后的速度。

(1)-(2)得：222201122112211112222T T m v m v m u m u ⎛⎫⎛⎫-=+-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（3）改写（3）得：()()222201112221122T T m v u m v u -=-+-()()()()011111222221122T T m v u v u m v u v u -=+-++- (4)由于 ()()21112121m v u k v v m m -=+-+ (5)()()12212121m v u k v v m m -=-+-+ (6)其中k 为恢复因数；将（5）、（6）代入（4）得()()()()()()21011112222121212111122m m T T m v u k v v m v u k v v m m m m ⎡⎤-=++-++-+-⎢⎥++⎣⎦()()120121212121()2m m k T T v v v v u u m m +-=⋅--+-⎡⎤⎣⎦+ (7) 由于 ()1212u u k v v -=-- (8) 将（8）代入（7）得()()120121212121()2m m k T T v v v v k v v m m +-=⋅----⎡⎤⎣⎦+ ()21212121(1)2m m k v v k m m +=⋅--+ ()()221201212(1)2m m T T k v v m m -=--+ (9)对于非弹性碰撞，k=0；对于打桩或锻造，则v 2=0，则（9）变为： ()2212201111212122m m m T T v m v m m m m -==⋅++211121121m v m m =⋅+ 即 001211T T T m m -=⋅+ （10） 由式（10）可知，碰撞中动能损失是初始动能的一部分，损失的多少，取决于两碰撞物体（锤和桩）质量m 1与m 2的比值。

当m 2>> m 1时，初始的动能几乎完全消耗在碰撞中，这样对锻压金属最适合，动能损失大，一方面可使锻件变形大、效率高，另一方面使碰撞后的速度小，减弱了对厂房结构的振动。

因此，在锻造金属时应该选用比锻锤重很多倍的砧座，一般砧座的重量为锻锤锤重的15~20倍。

当m 2<< m 1时，121m m ⎛⎫+→∞ ⎪⎝⎭，12101m m →+，则00T T -≈，即初始动能几乎没有损失，这对打桩工程最为适合，动能损失少，一方面不致将桩打裂，另一方面使碰撞（锤击）的桩具有较大的速度，使桩迅速下沉。

所以，我们在打桩时，应该选用重量较大的桩锤。

桩锤的选用，可参见表1［8］。

表1 锤重选用参数表筒式柴油锤（t ）1.2t1.8t2.5t3.5t4t4.5t6t7t8t15t锤冲击力（kN ） 600~ 900 900~ 1500 2000~ 3000 3000~ 4000 4000~ 6000 4500~ 7000 5000~ 8000 6000~ 10000 7000~ 12000 12000~ 18000 管桩直径（cm ） 25~30 30~40 35~41 40~50 45~55 50~60 55~65 60~70 65~80 80~100 粘性土一般进入深度（m ） 0.5~11~21.5~2.52~32.5~3.53~43.5~4.54~5桩尖可达到静力触探“P S ”值（MPa ） 2 3 4 5 6 7 >7 >7 砂土一般进入深度（m ） <0.5 0.5~1 0.5~1 1~1.5 1~1.5 1.5~2 2~2.5 2~3 2.5~3.5 3.5~5 桩尖可达到标准锤击数N 值15~20 15~25 20~30 25~35 35~45 40~45 45~50 50 50 50 软质岩石强风化 桩尖可进入深度（m ）0.5 0.5~1 0.5~1.5 1~1.5 1.5~2.5 2~3 2.5~3 3~4 中等风化表层 表层 0.5 0.5~1 1~1.5 1.5~2 2~2.5 常用控制贯入度（cm/10击） 2~32~32~3 2~3 3~4 3~5 3~5 4~8 4~85~10设计单桩极限承载力（kN ） 250~ 600 400~2000 800~ 2600 1500~ 3000 2500~ 4000 3000~ 5000 4000~ 8000 5000~ 9000 7000~ 11000 10000~ 16000 锤的质量（t ） 1.2 /2.75 1.8 /4 2.5 /5.65 3.5 /7.50 4 /10 4.5 /10.5 6 /15 7.2 /21 8 /16.4 15 / 适宜的桩质量（t ）1~1.51.3~2.52.5~63~73.5~85~106~127~1510~401.3按锤冲击力选用桩锤只有当选用的桩锤冲击力P k 大于桩的总贯入阻力P u 时，桩才能穿透土层打入设计规定的深度或岩（土）层。

试验资料表明，PC 桩当锤击应力为砼强度的75%时，锤击819次产生疲劳破坏；当锤击应力为砼强度的45%~57%时，锤击2400次产生疲劳破坏。

因此，过大的桩锤冲击力将会在桩身中产生过大的锤击应力，从而导致桩的破坏。

为了防止打桩过程中出现锤击应力过大导致管桩的破坏，《预应力混凝土管桩基础技术规程》（DBJ/T15-22-98）第6.3.3条规定：“打桩时桩帽与桩头之间应设置弹性衬垫。

”其目的是为了延长锤击作用时间，降低锤击应力。

同时还应满足该规程第6.4.6条对锤击数的规定。

桩的总贯入阻力P u 的大小与土质、桩型、桩长等因素有关，可按下列公式计算： 开口桩 ()u j d o Fi o i i i P K S R U L f U L f =⋅+⋅⋅+⋅⋅ 闭口桩 ()u d o Fi o P K S R U L f =⋅+⋅⋅式中 S j ── 开口桩尖的折算面积（cm 2）,一般取桩尖环形面积的2倍；S ──闭口桩尖的截面积（cm2）；L Fi──桩侧阻力集中区的高度（cm），一般取7~8倍D；L i ──桩内阻力集中区的高度（cm）；D ──桩的外直径（cm）；U O──桩的外周长（cm）；U i──桩的内周长（cm）；f i──桩内土心的摩阻力（kPa）,见表2；f O──桩侧土的摩阻力（kPa）；R d──桩尖处土体的强度（kPa），见表2；N ──标准贯入击数；K ──桩身阻力系数，开口桩可取K=1.05~1.15；闭口桩可取K=1.2~1.3。