有关管桩基础的几个问题 王 离 (教授级高工)

广东省土木建筑学会 (2011年3月 广州)

国家标准《先张法预应力混凝土管桩》是管桩的产品质量标准，全国的管桩厂都应 按这个标准生产预应力管桩，也按这个标准 来检测预应力管桩的产品质量，它不是管桩 基础的技术标准。 这个标准共有三个版本： GB 13476 – 92，于1992年颁布； GB 13476 – 1999，于1999年颁布； GB 13476 – 2009，于2009年颁布， 2010年3月1日实施，是最新的版本。 但是到目前为止广东很多地方还没有很好地 执行这个技术标准。

关于管桩基础设计和施工的技术标准： 到目前为止全国还没有一本专门的管桩基础技

术规范； 国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007-

2002和行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94¨C 2008有部分预制桩的内容； 各省（市）地方标准《管桩基础技术规程》，

其中浙江、福建、辽宁、云南、黑龙江、湖北、 吉林、广西、山东、广东等省（市）都陆续出 台了有关规程。

一、设计施工者要基本了解清楚的几个问题： 1-1、管桩基础的主要施工方法。 施工方法不同，桩的承载力计算方法也是不同的。 1-2、常用管桩规格、型号及其应用承载力。 要大致心中有数，这样才能在概念设计中有个准星。 1-3、不宜应用或慎用管桩的地质条件。 不要在不宜应用管桩的地质条件下硬用管桩。 1-4、管桩穿透岩土层的能力。 设计时要有个底，所以要掌握岩土勘察知识。 1-5、管桩设计计算或验算的内容。 哪些一定要计算或验算，哪些可以不验算，心中也 要有个谱。 1-1、管桩基础的主要施工方法 （1）锤击法：柴油锤、液压锤 （2）静压法：抱压式液压压桩机 顶压式液压压桩机 抱压顶压联合式液压压桩机 抱压振动液压压桩机 （3）引孔打（压）法 （4）钻孔植桩法 （5）中掘法（直径≥600）

锤击沉桩 静力压桩 长 螺 旋 钻 机 大直径管桩 新颖沉桩法

也叫中掘法

新研制的施工机械： 随钻跟管钻机 （中钻法）

1-2、常用管桩规格、型号及其应用承载力 管桩分PC桩和PHC桩，广东几乎全是PHC桩。 管桩按外径分为300mm、400mm、500mm、600mm和 700mm、800mm、1000mm、1200mm、1300mm、1400mm等规 格，建筑中的常用管桩规格为300mm、400mm、500mm和 600mm。300mm管桩今后要逐步淘汰。 管桩按混凝土有效预压应力值分为A型、AB型、B型 和C型，其有效预压应力值分别为4MPa、6MPa、8MPa和 10MPa。 重要工程都要选用AB型或B型桩；静压用桩广东大部 分选用厚壁的AB型桩。今后A型桩逐步少用。

常用管桩承载力一览表 1-3、不宜应用或慎用管桩的地质条件 锤击法： （1）持力层以上的覆盖层中含有较多且难以 清除又严重影响打桩的孤石、风化球或 其它障碍物； （2）持力层以上含有不适宜作桩端持力层且 不易贯穿的硬夹层； （3）基岩面上没有合适持力层的岩溶地层； （4）非岩溶地区基岩以上为淤泥等松软土 层，其下直接为中风化、微风化岩层， 或中风化岩面上只有较薄的强风化层； 这种地质条件俗称¡°上软下硬、软硬 突变¡±。

关于遇水软化的问题 1-4、管桩穿透岩土层的能力 打桩锤击力属冲击动力，预应力管桩较耐打， 在强力冲击下具有较强的穿透能力，大量工程实践 表明，使用D45以上重型柴油锤可使其穿透5～6m厚 的密实砂层或河卵石层，桩尖进入N≥50的强风化岩 层1～2m或密实卵石层1～2m。 压桩力则属静力，造成桩的穿透能力相对较 小，但也并非仅能穿透软弱土层，实践证明压桩力 ≥4000kN的静压桩也可穿透2～3m厚的密实砂层，桩 尖到达N＝50的强风化岩表面。 从总体上看，当地质条件大致相同时，静压桩 的桩长通常要比锤击桩短1～2m，有时甚至短3～4m。

修正后的标准贯入击数 N 可按下列公式计算： N =αN′ 式中 N——修正后的标准贯入击数； N′——实测标准贯入击数； α——触探杆长度校正系数，可按下表采用。

国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021，若用 标准贯入击数来划分岩土类别时，采用的是实测标 准贯入击数N′，如N≥50为强风化岩；50＞N′≥30 为全风化岩；N′＜30为残积土，与我们打桩压桩时 所指的强风化岩容易混淆。

锤击管桩桩端的强风化持力层是指N＝50～60的 强风化岩层，而且桩端可进入这种强风化岩层1～ 2m，但不能打入中风化岩层； 静压管桩最多可压至N＝50的强风化岩层的表面。 这是每个设计和施工人员首先要明确的基本概念！ 总之，我们可以根据国家标准《岩土工程 勘察规范》GB50021规定，岩（土）名称和状 态可按现场实测的标准贯入击数来划分。但根 据我们的经验，估算打桩深度时则应采用修正 后的标准贯入击数N。锤击式管桩可打入N≥50 的强风化岩层1～2m，静压管桩可压入N＝40～ 50的强风化岩层。因此，用修正后的标贯击数 可较正确地确定管桩的桩端持力层及预估沉桩 的深度。

1-5、管桩设计计算或验算的内容。

二、关于静压管桩竖向抗压承载力特征值 管桩基础设计计算内容较多，但单桩 竖向抗压承载力特征值的确定是静压管桩 基础设计的最重要内容之一。 静压管桩单桩竖向抗压承载力特征值 确定的主要方法有以下三种： ⑴ 通过试验桩确定单桩承载力； ⑵ 通过半经验公式计算确定单桩承载力； ⑶ 通过静压桩机的复压来检验或确定单桩 承载力。 2-1、通过试验桩确定单桩承载力 当管桩桩基设计等级为甲级且地质条件较复杂 时，或当地使用管桩的历史较短、设计经验不足时， 单桩竖向抗压承载力特征值应在设计阶段通过静载试 验桩确定。选择静载试验桩的位置应考虑工程地质条 件的代表性和基础部位的重要性，静载试验桩数不得 少于3根。桩的竖向静载荷试验方法应按有关《建筑 地基基础检测规范》标准执行。静载试验一般可得到 单桩的极限抗压承载力，再除以安全系数后就可得到 单桩竖向抗压承载力特征值。

2-2、通过半经验公式计算确定单桩承载力 当根据地基土的物理指标与承载力参数等经验关系确定 单桩竖向抗压承载力特征值Ra时，几乎全部的国家、行业地 基规范，以及除广东以外各地方的管桩规程，均按下列公式 计算： Ra=Up∑qsia li + qpa Ap 式中： Up¡ª¡ª管桩桩身外周长； qsia¡ª¡ª管桩第i层土（岩）的侧摩阻力特征值； li ¡ª¡ª管桩穿越第i层土（岩）的厚度； qpa¡ª¡ª管桩的端阻力特征值； Ap¡ª¡ª桩尖水平投影面积；当为开口型桩尖时，仍 按封口型桩尖的水平投影面积计算。 其实，前一项是各层土的桩周摩擦力总和，后一项是总的桩端 支承力。

2-3、对于纯摩擦型静压管桩（一般桩长≥25m），其 承载力确定的方法更简单：试压加复压。

三、关于静压桩的机理和设计施工总思路 3-1、静压桩的机理 静压法施工是通过静力压桩机的 施压机构以压桩机自重和桩架上的配 重作反力将预制方桩或预应力管桩压 入土（岩）层中的一种沉桩工艺，静 压桩的桩端持力层可选择在硬塑～坚 硬粘土层；中密～密实的砂土层、河 卵石层；全风化岩层或强风化岩层 中，其上覆土层一般来说较软弱。

静压桩的压桩力与承载力不能完全等同： 有人以为静压桩施工时压多少力就能得到 多少承载力，或者认为静压桩的单桩承载力 （特征值）就是施工终压力的一半。这是一个 认识上的误区。 其实静压桩的单桩极限承载力与施工的终 压力不能完全等同起来，有时可以等同，大部 分情况不能等同，因为两者是两个不同性质的 力，但又有一定的联系，广东对这两者的关系 的研究花了较大的力气，得出了两者之间关系 的经验公式。 极限承载力与终压力经验关系 （广东地区经验公式） 当6m ≤ L ≤ 9m时， Qu＝2Ra＝（ 0.60～0.80）Pze 9m ＜ L ≤ 16m时， Qu＝2Ra＝（ 0.70～1.00）Pze

16m ＜ L ≤ 25m时， Qu＝2Ra＝（ 0.85～1.00）Pze

L ＞ 25m时， Qu＝2Ra＝（ 1.00～1.15）Pze 式中：L ¡ª¡ª 静压桩的入土深度； Qu ¡ª¡ª 入土部分的静压桩竖向极限承载力； Pze ¡ª¡ª 终压力值； Ra ¡ª¡ª 单桩竖向承载力特征值。 注解：本公式适宜于端承摩擦桩或摩擦端承桩，不适用于摩 擦桩或端承桩。

举例：当 L＝6m的超短桩时，取Qu＝0.6Pze 则 Ra＝Qu/2＝0.3Pze＝Pze/3.3 若 Pze＝3300kN，则 Ra＝1000kN 如果按2倍的关系计算： 则Ra＝3300/2＝1650kN 设计师若按Ra＝1650kN来设计的话，怎么 施工都达不到这个要求，如果任意提高压桩 力，那么管桩桩身就会破损。 静压桩设计施工总体思路 1 终压力值决定静压桩的实际承载力 特别是当桩较短时（L≤9m）: Qu=(0.60～0.80)Pze Ra=(0.30～0.40)Pze （大终压力只能得到较低的承载力） 2 要达到常规设计承载力，通常的思路： 一是提高终压力值； 二是增加复压次数。

A 关于提高终压力值的问题 一般来说，提高终压力可提高单桩承载力，但终压力不能任意提高，受桩身允许抱压压桩力的限制。用同样的压桩力压短桩时，达不到长桩所能达到的承载力，因此，只有降低短桩的设计承载力。因此广东省标准《静压预制混凝土桩基础技术规程》（送审稿）开头就讲：静压桩是一种设计和施工必须密切配合才能顺利完成的桩基础。

B 关于增加复压次数问题 大量的工程实践表明：连续复压次数太多，对管桩基础承载力的提高并不太明显，但对压桩机和桩身损害太大，得不偿失。所以不提倡多次满载连续复压法，而是提倡超载施压法，一般复压1～3次，个别短桩复压3～5次。但超载施压的压桩力也不能大于桩身允许抱压力的1.1倍，稳压时间一般不宜超过5秒。 C 静压桩设计施工的总体思路是： 1 在压桩机允许范围内尽量提高终压力值，以便得到较高的单桩承载力； 2 终压力值受桩身允许抱压压桩力的限制，不得超过1.1倍的桩身允许抱压压桩力； 3 同样的终压力值压长桩和短桩，所得的单桩承载力是不一样的，从设计角度考虑，长桩的设计承载力应取大一些，短桩的设计承载力应取小一些；从施工角度考虑，长桩的终压力在二倍单桩承载力特征值左右，短桩特别是超短桩，终压力应定为单桩承载力特征值的三倍左右；

4 终压时连续复压的次数不宜超过5次，稳压时间大机不宜超过5秒； 5 当施工时实际桩长比设计估算成桩长度短很多时，施工方应及时通告设计方共同研究，若要补桩应立即补桩。