摘 要：介绍了PHC 桩的设计与施工特点,并对泉州软土地基施工质量控制进行了探讨。
关键词：预应力混凝土管桩;单桩承载力;施工质量控制。
1 前言
泉州沿海地区大部分为软土地基，上部土层一般为流塑淤泥或淤泥质土与饱和的粉细砂互层，承载力低约100kPa 左右，压缩性大，不能作天然地基，一般多层与小高层房屋均需打桩。从初期应用天然材料作成的木桩、石桩发展至今的各种钢筋混凝土桩如锤击（静压）钢筋混凝土预制桩、锤击（震动）沉管灌注桩、夯扩桩、钻（冲）孔灌注桩、人工挖孔桩、旋喷桩和深层搅拌桩等，给桩基技术发展创造空前大好机遇。根据钢筋混凝土成桩工艺来看，其实可分为两大类，即预制钢筋混凝土桩和钢筋混凝土灌注桩。从上列各种不同桩型的比较而言，预制桩的质量比灌注桩好，每立方混凝土的承载力高于灌注桩，但预制桩的造价比灌注桩高;反之,灌注桩的质量不及预制桩，但单方造价比预制桩便宜。这给土建工程师提出一个显而易见的课题，就是如何把预制桩的造价降下来或如何把灌注桩的质量提高，围绕钢筋混凝土成桩工艺的不同预制桩与灌注桩在建筑工程中展开激烈的竞争，促使钢筋混凝土桩型快速的发展。
一根预制钢筋混凝土受力构件无论是受压、受拉或抗弯等在结构力学强度计算中都是最简单的，它与灌注桩比较，一个在地面上成型、质量可靠；灌注桩要在地下浇筑混凝土，看不见摸不着，成桩质量难以保证，因此预制桩就成为土建工程师的首选。
泉州沿海地区建筑均为抗震七度设防，对量大面广的多层和小高层商住楼桩基的设计计算一般由地震荷载组合起控制作用，验算建筑物受横向水平地震力作用时，单桩承受最大压力应少于1.5 倍的单桩承载力设计值，预制桩配筋首先满足工作条件下的桩身强度，同时还要验算桩在起吊、运输、吊立和锤击时的应力与变形。计算分析表明，普通钢筋混凝土桩的配筋往往由起吊和吊立的强度控制。
众所周知，桩是通过桩侧阻力与桩端阻力向地基土传递荷载，因此把桩芯少量的混凝土空出来，既不影响桩的承载力还可节约混凝土，又能减轻起吊重量，锤击钢筋混凝土预制桩需要考虑沉桩的动应力，因而加大配筋量，如果沉桩工艺将锤击改为静压，减少锤击沉桩的动应力，这样发展高强预应力薄壁空心管桩，采用静压沉桩工艺就成为当前新桩型发展的必然趋势。
2 泉州地区工程地质条件
泉州地区广泛分布着海相、湖相和河相沉积的饱和软土，在深厚软土地表常有一层厚度不等的硬壳层。该层的形成主要由于表层软土经受长期气候影响，使含水量减小，导致收缩固结而成，其承载力较下面软土为高，压缩性也较小，常被利用作为低层房屋浅基础。随着多层与小高层房屋增多，一般建筑均需打桩。泉州地区的地质一般由花岗岩类组成基底，上部为风化基岩沉积着厚度不等的残积砂（砾）质黏土，在河道区域沉积着砂砾卵石层，这部分的土性具有较好的结构强度，一般作为桩基的持力层。泉州地区大约在25m 左右均有砂砾卵石或标贯大于30 击以上的残积砂质黏性土，下面是三种典型的地质构造土层（见图1）。
这种地质条件无疑对PHC 桩承载力的发挥是大有裨益的。上海、江浙一带没有这么好的持力层，往往得沉桩很深均以摩擦桩为主，势必增加基础造价。我曾对某工程用钻孔灌注桩与静压PHC 桩采用相同承载力进行技术经济比较（见表1）。
从表1 可以看出，采用静压PHC 桩比钻孔灌注桩节约造价166.59 万元，即静压PHC 桩比钻孔灌注桩降低造价46%，同时可以看出，对地质条件与承载力相同的桩，若采用钻孔灌注桩获取1t 承载力需22.6 元，若采用静压PHC 桩获取1t 承载力只需12.0 元。
3 单桩竖向承载力的确定
单桩竖向极限承载力是指单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现过大变形时单桩承受的最大荷载。前面曾叙述过，桩本身是一个杆件的计算，在结构力学中最为简单，但由于埋于土中把这根杆件的计算变得复杂起来，桩埋置在土中其承载力除由桩身材料强度控制外，同时也决定地层各土性结构的强度，高强度材料制造的桩，本身承载力很高，如果埋置在软土地基中发挥不了它的高强承载力。又如较密实的砂层打入桩身材料强度很低，承载力不高的桩同样发挥不了密实土层的强度。因此二者缺一不可，但这二者之间以桩身强度为主动，土质为被动，如果没有一定强度的桩传递上部结构荷载至地基，土质就无须要强弱之分。反之，如果地基土相当密实，桩身强度非常弱该桩就无法传递上部结构荷载至地基时，桩身就会被压跨。所以，桩与地基的因果关系必须以桩身强度为主导将荷载传递到地基土，才能发挥其承载力。目前，还没有一种计算模式将桩设置在土中的受力情况正确计算出来，不得不依靠现场试验求得。决定单桩承载力的方法很多，如静载荷试验、大应变动力试验、原位静力触探、标准贯入等以及根据土的物理力学试验通过一定的统计分析给出经验公式确定单桩承载力，但《建筑桩基技术规范》规定一级建筑桩基应采用现场静载荷试验决定单桩承载力，其它方法一般应用于小工程项目或作为验证时参考。单桩承载力确定是设计者与建设业主最为关心的，因为单桩承载力的高低直接影响建筑物的布桩多少与造价。现在问题在于如何先打试验桩给设计院提供可靠的单桩承载力值，同时又不增加额外试桩费用呢？ 过去没有工厂化生产的PHC 桩，打灌注桩或现场预制方桩非得等到28d 以后才能试桩，现在有了PHC 桩从工厂拉至工地即可试打，一般7d 后即可试桩。为了节约试桩费用，同时又为设计院提供可靠的单桩承载力数据。目前泉州地区PHC 桩工程普遍采用试打桩与工程桩相结合的试桩方法。具体做法是把工程桩平面放样好，先打几根工程桩作试桩，将试桩结果（包括桩径、桩长、承载力等）提供设计院，设计院根据试打桩的结果进行图纸修正，待全部工程桩打完后再抽几根进行验桩（视工程桩数量而定）。这样做不增加额外试桩费用，很受业主欢迎。
现举两个工程实例说明在地质条件相同，管桩桩径均为φ500mm，桩长均为23m，持力层均为砂砾卵石，一个先通过试打桩确定单桩极限承载力取值为4 500kN（见图2），另一个是根据地质报告提供的侧阻与端阻确定极限承载力为2 040 kN（见图3）；两个工程单桩竖向极限承载力取值相差达__2 460 kN。从我们调查中发现，没有通过先作试打桩而确定单桩承载力的均偏低。管桩试验的单桩承载力高于根据地质资料计算结果值的原因有:①现行各种地基基础设计规范均没有专门为管桩提供设计承载力参数，大多套用预制方桩设计承载力参数，造成管桩单桩承载力计算值偏低；②对预应力管桩基础的受力性能，破坏机理缺乏了解与预制方桩比较管桩穿越土层能力远大于方桩，比较容易进入较深持力层；③管桩经离心生产、高压蒸养、表面光滑，好象降低摩阻力，但经过沉桩过程与砂土间的不断摩擦，反而构建它的亲土性，管桩受力均匀，随着沉桩深度的增加，桩周土进一步被挤密在桩周形成一层硬壳，牢固地吸附在桩的表面，增加桩周土体剪切滑动面大大提高单桩承载力；④泉州地区管桩沉桩多采用开口桩尖，桩端土不断被挤入腔内形成土塞增加桩端承压面积加大了端阻力，建议有条件作管桩试验时在桩侧主要土层的分界面处埋设钢筋应力计，便于研究桩身荷载传递规律，在桩底位置埋设土压力盒，用于探测桩端土压力的分布规律，得出比较符合管桩实际情况的侧阻与端阻为设计提供更为可靠的依据。
4 PHC 桩施工中应注意事项
1)施工场地应具有一定的耐力。静压桩机重量大，如果场地地基较软弱，桩机行走时土会隆起和侧移，对已压入土中的桩产生侧向挤压，造成管桩倾斜和偏移。因此，对施工场地应进行平整碾压，使其具有一定承载力，一般不宜低于100kPa。同时，还应探明地下有无障碍物与大块建筑废料，如有应及时清理。
2)进场PHC 桩质量应严格检查。进入现场的PHC 桩应具有原材料质量合格证、钢筋及对焊接的试验报告、预应力钢筋的冷拉和张拉记录和蒸养记录、混凝土试块强度报告、桩身外观检查记录及接桩用电焊条等产品合格证明等。
3)施工中应采取的措施。①PHC 桩的施工应执行现行的《建筑地基基础施工质量验收规范》（GB50202-2002）。②合理选择桩机型号，一般尽量选用顶压式静压桩机施工，因采用抱压式静压桩机施工时遇到抱桩器打滑或故障时往往增大抱压力而使桩身局部受损发生桩身裂痕。③施工前应进行试打桩，试打桩时压桩力配重视场地土质情况而定，一般为单桩设计承载力特征值的2 倍，因为配重太大，易发生“陷机”与行走不便，配重太小，可能压不到位，甚至会发生静压桩机上抬，有经验的施工单位根据地质条件终压值Q 与单桩竖向极限承载力Qu 之间应存在一定的比例关系，在试打桩时应请设计、勘察与监理等有关方共同确定，一般设计压桩实行“双控”即保证桩长及桩端进入持力层深度。④静压桩机行走路线的制订，一般应中间向两侧进行，这样地基土在压桩挤密过程中土体可自由向外扩展，压桩还应控制每天压桩数量，避免一天内压桩过多造成土体产生过大的超孔隙水压力不能及时消散，加剧挤土现象会把原先压到位的邻桩上抬。⑤压桩前应在现场测定桩位并打入钢扦，因为软土地基由于桩机行走往往会把原先打好的钢扦挤压越位，故施工前后应反复校对；⑥掘挖土方时，土方机械行走路线与开挖深度应严格控制，不可超深挖掘，挖斗掘土时需小心，避免碰撞桩头。
5 结语
1)管桩质量可靠。管桩在生产选料严格，配合比优选，采用高强度低松弛率的预应力专用钢筋，高速离心成型工艺，高压蒸养，因此管桩桩身混凝土强度可达C80。
2)施工质量可靠。管桩可根据不同地质条件和场地周围环境选用不同施工机械，可锤击也可静压，施工方法均成熟可靠，只要制订科学施工方案，即能保证工程质量。
3)施工速度快。管桩从原料进厂到成品出厂仅需36h，并可提前预制贮存备用，省去预制方桩在现场的预制工期，也不会像灌注桩那样因出现桩身混凝土质量问题而需采取补救措施，因而也不担心拖延工期了。
4) 符合环保要求。由于管桩采用工厂化生产，建设工地前期无砂、石料、水泥等材料的粉尘，采用静压法施工可，减少噪声等环境污染做到文明施工。
参考文献
(1)JGJ 94-94 建筑桩基技术规范[S].
(2)刘金砺.桩基础设计与计算[M].北京：中国建筑工业出版社，1990.
(3)林天键，等.桩基础设计指南[M].北京：中国建筑工业出版社，1995.
作者
李晖(1957～)，女，福建泉州人，高级工程师，国家注册土木工程师（岩土）,从事建设工程施工图审查工作。
