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预应力管桩应用研究现状综述预应力管桩作为一种高效、节能的地基基础材料，近年来在建筑工程、桥梁、港口等领域得到了广泛应用。其具有承载力高、施工速度快、质量稳定、耐久性好等优点，尤其适用于软土地基处理。近年来，国内外学者围绕预应力管桩的力学性能、施工工艺、沉降控制、抗震性能及耐久性等方面开展了大量研究。研究重点包括新型预应力管桩结构形式的开发、施工过程中对周围环境的影响控制、桩土共同作用机理以及在复杂地质条件下的适用性分析。此外，随着绿色建筑和可持续发展理念的推进，预应力管桩在节能减排、资源循环利用方面的优势也受到广泛关注。总体来看，预应力管桩技术正朝着高性能、智能化、绿色环保方向发展，具有广阔的应用前景和发展潜力。
1.1预应力管桩的构造
预应力管桩是一种空心圆柱形细长杆件mh／t 5062-2022 民用机场净空障碍物遮蔽原则应用指南，主要 由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成。端头板是 管桩顶端的一块圆环形铁板，厚度一般为18mm~ 22mm，端板外缘一周留有坡，供对接时烧焊之 用。 管桩按外径可分为：300mm、400mm、500 mm、550mm、600mm、800mm、1000mm等规格， 壁厚为60mm~130mm，视管径、设计承载力大小
1.2预应力管桩的承载特性
预应力管桩的底桩端部的桩尖(靴)形式主要有 十字型、圆锥型和开口型。前两种属于封口型。采 用封口型桩尖的预应力管桩的承载性能与钢筋混凝 土预制桩的承载性能相似，其承载力主要由桩周的 侧摩阻力及桩端的端阻力组成；采用开口型桩靴的 预应力管桩则在沉桩过程中桩身下部1/3～1/2桩 长的内腔被土体充塞，挤土作用大大减少，但是内腔 土塞却为管桩提供了内侧摩阻力，使得管桩的承载 力的组成变得更为复杂。 影响预应力管桩承载特性的因素很多，比如桩 侧土性、桩端土性、桩径、开口管桩的壁厚、人土深 度、施工顺序等。
静力触探的双桥探头在贯人过程中可分别测出 锥尖阻力和侧壁摩阻力，与预应力管桩有相似之处， 所以可以根据静力触探的成果与静载荷试桩资料进 行对比来计算预应力管桩的极限承载力，但静探与 预应力管桩的工作性状是不同的，故不能用测得的 9、f.直接作为桩端阻力和桩侧摩阻力。金兴平[2] 通过静载实验成果，采用荷载传递法进行分析，利用 静探指标9.、桩端阻力f.与桩侧摩阻力进行相关分 析，得到了用静探指标计算预应力管桩承载力的方 法。 单桩的极限承载力由桩端极限阻力Q和桩的 极限侧摩阻力Q组成，即
Q=Q±+ Q+= 9μA。+9xA
式中：9一桩端土的极限端阻力；A，一桩尖截面积； Q一桩周土极限侧摩阻力；A一桩身侧表面积。 利用静力触探试验预估单桩承载力，一般以下式进 行估算：
Apt =ap：（或q=aqc）
桩上各单元的桩位移与相邻土位移之间协调条件获 得各受荷单元的解。国外许多学者均对这种理论分 析方法进行了研究，但是他们对单桩上的剪应力分 布特征作了不同的假设3。 荷载传递法也称传递函数分析法，由Seed和 Reese于1957年提出。该法假定桩是由一系列的 弹性单元组成，每一单元与土体之间用非线性弹簧 联系，这些非线性弹簧的应力～应变关系即表示桩 侧摩阻力(或桩端阻力)与剪切位移(或桩端沉降)间 的关系。 剪切变形传递法则是由Cooke于1974年提出 的摩擦桩的荷载传递的机理模型，假定当轴向荷载 (P/Pu)较小时，桩的沉降较小，桩与土之间产生位 移，桩周土随之产生剪切变形，剪应力从桩侧表面沿 径向向四周扩散到周围土体，桩上下层之间没有相 互作用。Randolph和Wroth（1978）认为剪应力扩 散范围与桩长及土的均匀性有关。
荷兰最早应用静力触探试验结果估算单桩承载 力，并积累了相当的经验。 Meyerhof认为9与桩尖埋深、桩尖进入持力 层的深度、桩径有关，并建议取桩尖以下1倍桩径、 桩尖以上4倍桩径范围内的9.平均值作为a。，α取 1，β取2。Menzenbach则认为应取桩尖以下1倍、 桩尖以上3.75倍桩径范围内的q.平均值，且α值 随着a。及A，的增大而降低[2]。 Nottingham则考虑到地面以下8倍桩径范围 内桩身侧摩阻力得不到充分发挥，将该范围内的侧 摩阻力进行了折减，并提出了一套计算桩身极限侧 摩阻力的公式[2。 我国学者也提出了用静力触探试验成果估算单 桩承载力的计算公式，并制定了相应的标准。
3.1管桩承载力传递特性的理论研究
单桩荷载传递的理论分析主要有四种方法：弹 性理论法、剪切变形传递法、荷载传递法和有限元 法。 弹性理论法是以弹性连续介质理论模拟桩周土 体受力性状，将桩划分成若干均匀的受力单元，通过 轴向荷载下的压缩求得桩的位移，使用荷载作用于 土体内某一点所得的Mindin解求得土的位移，通过
3.2预应力管桩荷载传递的试验研究
苏振明、陈拥军（2003）对8根管桩在桩身埋设 应力应变元件进行了破坏荷载试验。从试验结果 可以看出，当桩顶竖向受压时桩身首先产生压缩变 形，使桩与桩周土之间发生相对位移，进而产生摩阻 力。在荷载较小时，变形量较小，桩端基本没有发生 位移，桩端阻力为零，此时桩顶沉降完全由桩身压缩 所致，而当荷载增加至一定值时，桩端出现向下的位 移，桩端土开始承受荷载。Q～S曲线可以大致分 为三个阶段（图1)，似弹性阶段Q～S曲线近似为直 线，桩身与桩端土均处在弹性压缩阶段，此时卸 载，回弹率可达98%以上；当荷载继续增加，Q～S 曲线将逐渐弯曲，此时随着桩土间相对位移的增加， 桩侧摩阻力逐渐发挥至极致，桩端土所承受的荷载
图1预应力管桩的Q~S曲线及S~lgt曲线
将逐渐增大；当桩端荷载达到桩端土的极限承载力 时，桩将迅速下沉直至刺人破坏，在Q～S曲线上则 表现为一条近似于铅直的陡降线段。图1为典型的 预应力管桩的Q～S曲线及S～Lgt曲线。 国内外学者对桩侧摩阻力完全发挥时桩土间的 相对位移作了大量的试验研究工作，得出了一些有 价值的经验数据。 从大量的试桩资料可以看出，桩侧摩阻力充分 发挥时的桩顶沉降量不是一个定值，而是与桩长、覆 盖层厚度及土层力学性质、进人持力层深度、施工方 法、管桩规格等等有关的变量。
预应力管桩易发生的工程质量问题多为以下几
标：预应力管桩应用研究现状综述
由一些上浮管桩单桩竖向抗压静载试验曲线可 以看出，在试验荷载较小的时候管桩即出现了较大 的沉降，但是在各级荷载作用下沉降可以达到稳定， 随着荷载的增加，管桩上浮量逐渐被消除，或接头处 的裂缝被压密整合。如果依据《建筑桩基技术规范》 （JGJ94一94）的有关规定进行试验，得出的单桩抗 压极限承载力将远远小于其实际的极限承载力，而 在《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106一2003）中考 虑到了这种情况，要求“当桩顶沉降能相对稳定且 总沉降量小于40mm时，宜加载至桩顶总沉降量超 过40mm"[4]。 为减轻乃至避免基桩上浮，可以采取以下措施： 1)加大桩的中心距；2)设置防挤沟或取土引孔打 （压）桩；3）合理制定打（压）桩顺序并控制打（压）桩 速度；4)基桩上浮时应进行复打（压）。 同安区某工程总桩数150根，桩径500mm，壁 厚100mm，静压法施工，接桩采用焊接，部分桩的
中心距仅1.5m，桩长约20m，单桩设计承载力 1500kN，极限承载力3000kN。在打桩过程中观察 到有的地方土层隆起近15cm，该工程要求全面进 行复打，复打下沉量最大为18cm，最小0.9cm，密 桩区的复打下沉量比疏桩区大。
预应力管桩作为一种新桩型，近年来在厦门地 区得到了广泛的应用。在厦门地区，桩体上浮问题 是预应力管桩施工中最常见也最为突出的质量问 题，应采取有效的措施。《建筑基桩检测技术规范》 （JGJ106一2003)的颁布实施某飞行学院学生宿舍n幢建设项目施工组织设计，弥补了此类问题相关 规定的不足。
4.2飞行区地基土反应模量特征
(1)灰白～灰黄色粉质粘土：这类土基的反应模 量k。值在区内最低，其k。值变化范围在9.54MN/ m?～19.81MN/m²之间，平均值为14.58MN/m”。 (2)黄褐色粉质粘土：其k。值变化范围在13. 65MN/m”～34.95MN/m”之间，平均值为22.58 MN/m。 (3)紫红色～黄褐色粉质粘土：其k。值变化范 围在18.21MN/m²～39.49MN/m”之间，平均值 为28.63MN/m²。 (4)含中粗砂、硬塑状土黄色粉质粘土的k。值 在区内最高，其k。值变化范围在42.42MN/m²～ 72.25MN/m²之间，平均值为57.34MN/m。 由以上结果可知，地基土的反应模量与含水量、 物质成份及土质结构关系密切。同一种土质，随着 含水量的增加，其反应模量k。值降低，当地基土中
含有中粗砂或铁锰结核时，其反应模量k。值明显增 大。反应模量k。值离散性较大，说明该场地土质是 不均与的。
由于反应模量与地基土的含水量及土质结构密 切相关，在试坑开挖及设备仪器安装过程中要确保 地基土的原始状态，严格按规范进行操作，确保测试 数据与实际相符，使工程设计更加安全、更加经济。
L1J 《岩土工程手册》编写委员会、岩土工程手册[M].北京：中国 建筑工业出版社通风管道安装工程交底，1994
(Guangdong Eng. Investigation Bur. Guangzhou, 510510, Ch
史佩栋主编.实用桩基工程手册（第一版）[M].北京：中国建 筑工业出版社，1999.5 2] 金兴平.预应力管桩承载力性状的研究[硕士学位论文][D].