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预应力混凝土管桩的设计与应用预应力混凝土管桩（简称PHC管桩）是一种在工厂预制、通过离心成型和高温蒸养工艺制成的高强度混凝土桩，广泛应用于工业与民用建筑、桥梁、港口等工程的基础建设中。该桩体在制作过程中对纵向钢筋施加预应力，提高了桩身的抗裂性能和承载能力，具有强度高、耐久性好、施工速度快等优点。
在设计方面，PHC管桩需根据地质条件、上部结构荷载及施工环境等因素，合理选择桩径、桩长及配筋等级，并进行承载力、沉降及稳定性验算。其施工通常采用静压或锤击沉桩方式，适用于软土、砂土及部分岩层等地质条件。
PHC管桩因其质量稳定、施工效率高、环境污染小等优势，在现代建筑工程中得到了广泛应用，尤其适用于高层建筑和软土地基处理工程，是当前桩基工程的重要形式之一。
在桩基设计中，桩型选择是十分重要的，它在 桩基工程的质量和造价中起关键作用。具体讲 桩基的选型和沉桩工艺取决于工程地质条件、建 筑结构特点、施工技术条件、环境因素和综合经济 效果。设计以安全可靠、经济合理为原则。根据 这些原则对各种桩型设计方案进行比较、分析，才 能获得既安全又经济合理的桩型和沉桩工艺。 例南京市某小区两幢小高层，均为9层框 架结构，地质资料表明该场地不宜选择天然浅基 础和人工挖孔桩基础。业主原来计划采用钻孔灌 注桩基础，我们建议采用五环牌预应力管桩基础 并就其中的一幢小高层住宅作了两种方案的 比较。 方案1：采用锤击灌注桩径Φ600，桩端进人粉 质粘土坚硬土层，桩长约18m，桩距2100mm，单 桩承载力标准为800kN，其中二桩台14个，三桩 台3个，六桩台2个，桩台总砼量为123.8m”。 方案2：采用Φ400预应力管桩，桩端进人强
风化片麻岩层，桩距1400mm，桩长22m，单桩承 载力标准值为1200kN，桩总数为42根，承台均 为二桩承台，总计21个。承台总量为44.35m”。 两方案技术经济指标及对比见表1。
表1技术经济指标对比表
由表1可知，采用管桩与灌注桩，其打桩造价 差不多，但桩承台的造价相差较大。综合比较，采 用管桩造价低，且工期可大大缩短，减少了施工现 场湿作业，质量有保证。因此，业主接受了管桩的 方案。实践证明，工程施工后工期较短，质量 较好。 设计基础采用管桩时，要认真分析场地的地 质勘察资料，结合工程的实际情况，合理选择管桩 直径和壁厚，确定管桩的施工长度，合理布桩，计 算确定单桩竖向承载力，选择合理桩机型号及提 出符合实际的施工技术要求等。一般来说，因摩 擦桩受桩周摩擦力控制，桩间土对桩的摩擦力影 响大，所以，宜选择细而长的桩，壁厚不需要太大。 端承载则在满足长径比的前提下，宜选用管径和 壁厚都稍大的桩。同时，管桩的长径比不宜超过 100，当穿越较厚淤泥层后即碰到硬岩层时，若管 桩过于细长，在建筑荷载下，易失稳压折破坏。
、准确确定管桩的单桩竖向承载力
合理确定管桩的单桩竖向承载力是管桩基础 设计的主要内容，监理工程师应根据规范规程的 有关规定复算承载力，准确掌握相关情况。单桩 竖向承载力一般由以下4种方法确定： (1)通过现场静载试验确定。单桩竖向极限 承载力标准值通过现场静载试验确定，试验方法 应符合现行行业标准《建筑桩基础技术规范》中 关于单桩竖向抗压静载试验的规定。 (2)利用经验公式进行估算。在根据土的物 理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖 向极限承载力标准值时，可按江苏省标准和地质 勘察资料来进行估算，并作为参考。 （3）用高应变动测法估算。用高应变动力试
杨斌，等：预应力混凝土管桩的设计与应用
桩结果估计管桩承载力设计值时，可参照现行行 业标准《基桩高应变动力检测规程》JGJ106有关 规定进行。 (4)按桩身允许承载力来确定。单桩的承载 力设计值的取值应在桩身允许承载力设计值的范 围内。《建筑桩基技术规范》和《预应力混凝土管 桩基础技术规程》都规定了管桩基础的单桩竖向 承载力计算公式。 以上4种方法各有利，在实际操作时可综 合考虑，适当调整，这样就可比较合理地确定单桩 承载力。
三、设计布桩是监理的关键
《建筑桩基技术规范》第3.2.3条指出：桩的 布置原则主要应考虑桩的中心距，桩的合理排列 以及桩端进人持力层的深度等因素。这表明，布 桩时桩的中心距的最小距离和桩端进入持力层的 深度设计是否合理，是管桩质量的关键。 规定管桩的最小中心距，是减少和防止打桩 时引起相邻桩上浮、位移而导致桩的承载力下降 的重要措施。设计布桩时桩不能太多太密，对独 立承台内桩数超过30根和大面积群桩的情况，管 桩的最小中心距更应加大至4.0d以上。另外，要 求桩端进入持力层一定深度，主要是为了尽量提 高桩端阻力，管桩在锤击能量作用下有明显的挤 土作用，使桩端周围的土提高了密实度，达到增长 阻力的效果，在临界深度范围内，桩进人持力层深 度愈深，效果愈明显。五环牌管桩最适合于基岩 埋藏深、强风化岩的地质条件，而锤击法、静压法 确了保沉桩到位。
四、精心选择桩锤，实行重锤低击的沉
柴油打桩锤爆发强，锤击能量大，工效高，锤 击作用时间相对较长，落距能随桩端阻力的大小 而自动调整，人为掺杂的因素较少，比较适合于管 桩的施打。柴油锤的油门分4档，如选锤合理，一 般只开到2档，这样，桩不易被打碎，锤也不易受 到损坏，能够做到“重锤低击”。按照我们的施工 监理经验，合理选用柴油锤的主要标志是：能保证 桩的承载力满足设计要求；能顺利地将桩沉到设 计深度；打桩破损率能控制在1%左右；满足设计 要求的贯入度最好为20～400mm/10击。打桩锤
的选择可参考技术规程中的“选择筒式柴油打桩 锤击参考表”。然后根据重锤低击的原则，综合 选定柴油锤的型号，再通过试打桩来验证。
五、确定收锤标准，确保达到设计承
南京地区锤击管桩除摩擦桩按桩长控制外， 通常以最后贯入度作为收锤标准，这样往往会忽 略桩端进人持力层的深度、总锤击数、最后1m锤 击数、桩身反弹值等相关的重要因素。个别设计 人员和业主错误地认为贯人度越小越好。因为 贯入度太小，锤击数偏大，桩身容易内损或打烂， 同时也会损坏桩锤。一般来说，贯入度的大小与 锤重、落距、工程地质条件、单桩设计承载力、桩径 和桩长以及测量贯入度时间等因素有关，经验表 明，贯入度一般以20~40mm/10击为宜。 有经验的监理工程师在判断管桩是否达到标 准收锤标准时，往往将最后贯入度、最后1m沉桩 锤数、桩端进入持力层等作为主要控制指标，并结 合桩的入土深度、总锤击数，每米沉桩锤击数以及 桩身反弹值、桩锤的声音等因素加以综合考虑，并 会同结构工程师一起确定收锤标准。
六、管桩施工的局限性及对策
监理工程师如果不了解应用管桩的地质条 件，那么在管桩基础的监理工作中就会碰到许多 无法解决的困难。根据本地区的工程实践经验 锤击贯入法施工的管桩不宜应用于以下典型的工 程地质条件。 （1)含有较多难以清除的孤石（障碍物）的 土层。 (2)含有不适宜做持力层且管桩又难以贯穿 的坚硬夹层的场地。 (3）从松软突变到特别坚硬（即上软下硬技术交底及施工工艺--(交底)--13--主体结构工程交底，软
汇苏广播电视大学学报
硬突变）的地层。 (4)管桩难以贯入的岩面理藏较浅且倾斜较 大的场面。 含有孤石和障碍物多的土层，有坚硬夹层又 不能做持力层的地层不宜应用管桩，道理显而易 见，南京某些地区的地质条件为“上软下硬，软硬 突变”，即基岩石强风化岩层较薄，甚至缺少这一 强风化岩层，其上覆土层又较松软，在这样的场地 上打桩管桩很快穿越覆盖层和强风化岩层，马上 碰到中风化岩层，此时桩身反弹特别厉害，容易出 现桩头打碎，桩身断裂的情况。据统计，在这样的 地质条件下打桩，桩的破损率高达10%～20%。 而当强风化岩虽然较薄但其上有较厚的硬塑坚硬 的残积土或中密－密实的沙层时，则管桩就不易 被打碎。 以上是锤击贯入法管桩不宜应用的工程地质 条件，如果改变施工方法，应用“钻孔植根，灌浆 固根”和静压沉管的施工方法，那么，管桩的应用 范围就更加广泛。
预应力管桩以其桩身质量可靠、承载力高、经 济且施工快速等优点，逐步在南京地区得到广泛 应用，并取得了良好的经济效果。对设计质量监 理过程中发现一些问题加以归纳总结，在管桩的 广泛使用、生产中有借鉴作用。