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预应力管桩的作用机理及其在软土地基中的应用预应力管桩是一种高强度混凝土预制桩，通过先张法或后张法对钢筋施加预应力，具有承载力高、耐久性好、施工周期短等优点。其作用机理主要是通过桩身将上部结构荷载传递至深层较坚硬土层或岩层，从而提高地基承载力，减少沉降。桩与周围土体之间的侧摩阻力和桩端土的承载力共同承担上部荷载。
角洲地区基岩理深浅，风化严重，风化层较厚且采用 还击贯人法施工的管桩而制定的。江苏沿海地区多 为深厚淤泥层土质，两者土质情况相差太大，因而无 法参照使用。因此目前广大技术人员在软土地基中 设计管桩基础时因无国家规范可执行，仍是根据实 际工作经验进行设计。笔者参与设计的江苏沿海某 高速公路是我国典型的沿海软土地基区域，设计中 对部分高含水量、高压缩性的软土路段的特殊路基 处理方案采用先张预应力混凝土薄壁管桩（PTC）进 行试验路段研究。
预应力管桩的作用机理及单桩承载力分析
初始受荷桩身上部产生垂直应力和弹性变形， 并向桩身下部传递，自上而下逐步建立摩阻力，桩身 处于弹性压缩阶段。随着荷载增加，当桩身垂直应力 传递到桩端时，桩端土逐步压缩，桩土相对变形加 大，桩侧摩阻力进一步发挥。在加荷载最后阶段，随 着桩端阻力的不断增加，桩顶部位侧阻力首先达到 极限（摩阻力趋于定值）并向下逐步扩大极限阻力的 分布范围，在此过程中对应于荷载增量，作为抗力的 摩阻力增量所占比例愈来愈小，而桩端阻力增量所 占的比例则愈来愈大，最终导致桩端土出现塑性区 并迅速扩展，桩因急剧下沉而失效，桩向土的刺人破 坏先于桩身强度破坏为其主要破坏特征。 根据桩的受力特性和破坏特征，其受力破坏机 制是因桩身强度大于桩身应力，桩对土的刺人破坏
先于桩身强度破坏，称为刚性桩及刚性桩复合地 基。管桩设计的关键是竖向单桩承载力的确定。广东 王离高级工程师提出管桩的竖向单桩承载力标准 R的计算：
R=100NA,+ U≥ qo.L
《江苏交通科技》2004年第2期
式中：N一一桩端处强风化的标贯值； A,一一桩尖(封口)投影面积； U，一一管桩桩身外周长； L一一各土层划分的各段桩长： gi一桩周土的磨擦力标准值。 该公式仅适用于桩尖进人强风化层的锤击贯人 法施工的管桩，对软土地基中以磨擦为主的桩并不 适用。因此传统的设计手法仍然按《建筑桩基技术 规范（JGJ94一94)》规范提供的土的物理指标和承载 力参数之间的经验关系确定单桩承载力：
quk =u≥qoikL; +qpkAp
式中：U一一桩身周边长度； 9pk，qoi一—桩端端阻力，桩侧阻力特征值， 由当地静载荷试验结果统计分 析算得； I1一一第i层岩土层的厚度； A一桩底端横截面面积。 从现有试验资料分析，预应力管桩根据设计计算 出来的单桩承载力标准值远低于单桩静载试验得到 的数值。预应力管桩单桩承载力提高的原因如下。 (1)强大的锤击力将预应力管桩强行打人强度较 高的强风化岩层或密实的砂层内，在受外力冲击波和 动应力时，使桩尖附近的持力层发生剧烈的挤压加固 作用，其地基承载力比原状时有较大的提高。 (2)由于软土地基上部存在一定厚度的淤泥层 而淤泥对管桩的阻力影响较小，锤击冲击力直接作 用在桩端土体，不产生无效功，其锤击能量向下面土 层传递动应力和压缩波、剪切波，层层向下挤压，使 桩端土的反力和锤击冲击作用形成一对作用力和反 作用力的恒等关系。 (3)预应力管桩大多数采用开口桩尖，桩端土不 断地被挤入桩腔内，土挤力与桩壁摩擦力达到平衡 后形成土塞效应，可以提高其承载能力。
某高速公路预应力管桩复合地基的应用
《江苏交通科技》2004年第2期
0.3m的桩帽，当采用3.5m间距时桩帽采用尺寸为 1,6x1.6x0.4m桩帽。同时为充分发挥桩土共同工 作，在上部设置40cm的碎石垫层，为加强垫层的整 体刚度，在垫层中间铺一层中钢塑双向土工格栅，土 工格栅经、纬双向张拉力标准值N>80kN/m，延伸率 <10%。从而形成桩网垫层复合地基。设计方案如图 1所示。
图1PTC管桩路基处理布置图
为了检验管桩复合地基加固软土地基的效果某医院安装工程施工组织设计， 并对其进行全面的评价分析，选择了2根预应力管 桩及1组复合地基进行静载荷试验。
4.1试验设备和试验方法
(1)地基沉降效果检测 为了检验管桩复合地基加固软土地基的效果， 并对其进行全面的评价分析，可通过选择2根预应 力管桩及1组复合地基进行静载荷试验结果对其验 证。静载试验采用快速维持堆载法，对单桩、复合低 地基根据桩间距不同分别采用0.55m、1.0m、1.2m、
1.3m的圆形荷载板，试压荷重用油压千斤顶施加 沉降用千分表测读。静载荷试验根据管桩的复合地 基试验，按试验对象可分为单桩与复合地基试验。 在桩顶施加了竖向静荷载后，桩土间出现了位 移，桩身上部便出现了应力和压缩变形，继续增加荷 载，桩土间的位移进一步加大，桩身的应力进一步往 下发展，桩身下部的侧阻力也逐渐发挥出来。继续往 桩上增加更大的荷载，在桩底处就会出现压缩变形 和土反力。桩底土的压缩变形使桩土间的位移变得 更大，侧阻力也得到了进一步的发挥。通过堆重、锚 桩或堆重、锚桩联合反力装置在桩顶施加静荷载，荷 载加载分级进行，读取每级荷载下的桩顶沉降量，每 级荷载稳定后加下一级荷载。当地基破坏、桩持续下 沉而不能稳定或达到反力装置所能提供的最大加载 量时终止加载。 (2）地基承载力检测 不同里程静载试验统计结果见表1，从表1看 出，经预应力管桩加固后，复合地基承载力明显地提 高。不同的土层，不同的桩径、桩长，复合地基承载和 提高情况有所不同。从统计资料可以看出，软土地基 采用预应力管桩加固后，复合地基承载力>300kpa， 预应力管桩的单桩竖向极限承载力达>1200KN，满 足设计要求。
不同路段典型桩静载试验