摘要：本文通过预应力混凝土管桩在工程造价、设计施工、施工工期等方面与其它桩型相比较，并通过市场调查和案例分析，得出预应力混凝土管桩在中高层建筑中应用的优势，能够有效的缩短工期、节约造价。
关键词：预应力混凝土管桩； 造价； 工期； 施工； 设计
1预应力管桩的概况和发展历史
预应力混凝土管桩是近十多来年来发展起来的一种新型的桩基形式，是采用高强混凝土和高强度的预应力钢棒，在工厂用预应力预制而成。总共分为三种，预应力高强混凝土管桩（代号PHC）、预应力混凝土管桩（代号PC）、预应力混凝土薄壁管桩（代号PTC），应用最广泛的为预应力高强混凝土管桩(代号PHC)，按外径分有以下规格：300mm、400mm、500 mm、550mm、600 mm、800 mm、1000 mm，按桩身混凝土有效预压应力值或其抗弯性能分为A型、AB型、 B型、 C型。
预应力混凝土管桩具备以下特点：
① 适应性广。可用于工业与民用建筑工程基础、大型设备基础、桥梁和码头的基础及挡土墙等，尤其对各种地质地层有较强的穿透能力；
② 单桩承载力高。由于挤压作用，管桩承载力要比同样直径的沉管灌注桩或钻孔灌注桩高。
③ 抗弯抗裂性好。采用高强度钢筋和预应力工艺，与普通混凝土预制桩相比具有较强的抗裂性和较强的抗弯性刚度，在运输过程中及施打过程中均能保持桩身完好；
④ 经济效益好。因单桩承载能力比同直径的沉管灌注桩和钻孔灌注桩高，并可接驳，管桩长度与沉管灌注桩和人工挖孔桩相比受施工机械和地质条件的限制较少；
⑤ 符合环保要求，运输吊装方便，施工现场整齐文明；
⑥ 成桩质量可靠，且检测方便，监理强度低；
⑦ 缩短工期是预应力管桩的最大优势，施工进度快，而且不需等待28天龄期，成桩后即可作桩基检测。对于现在的商品经济市场尤为重要。
不过预应力管桩也有其局限性，如以下工程地质条件不宜使用预应力管桩：①孤石和障碍物多的地层；②有坚硬隔层的地区；③石灰岩地区；④从软塑层突变到特别坚硬的地区，主要是上软下硬、软硬突变的地区。
预应力管桩作为预制桩的一种，随着人们在十多年的工程实践应用中，解决了预制桩的许多工艺技术问题，如接桩和截桩等问题，随着国家标准设计图集03SG409和《先张法预应力混凝土管桩》(GB13476 - 92)的颁布，标志着预应力混凝土管桩的使用技术已经成熟。
预应力高强度混凝土管桩可以广泛应用于工业与民用建筑、铁路、公路、桥梁、码头、港口等工程建设。从国内各省的应用情况来看，以工业与民用建筑用量最大，约占总量的80%。预应力管桩既适用于多层建筑，也适用于高层建筑，尤其是10层到30多层楼房。预应力管桩最适合应用于基岩埋藏深、强风化岩层或风化残积土层厚的地质条件。目前预应力管桩已经成为国内12层以及12层以上高层建筑的常用桩基础之一。
2预应力管桩的设计和施工
2.1预应力管桩的设计
设计方要根据工程地质详细勘查报告，判断地质情况是否适合采用预应力管桩，并分析关于管桩的各种计算参数，以及预应力管桩可以达到的承载力特征值。
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预应力管桩的承载力由桩身结构竖向承载力设计值和单桩承载力特征值决定。其中桩身结构竖向承载力设计值可以查国家建筑标准设计图集03SG409确定，其中常用的如表1所示：
而单桩承载力特征的计算在国家规范中无明确规定，按照力学性能分析，可以参照钢管桩的计算公式初步估算，公式如下：
考虑到预应力管桩的挤土效应， λs、λp都可以取1。
但是一般按照施工图详勘报告的参数计算，计算出来的结果远远小于预应力管桩实际能达到的承载力。实际设计施工过程中，承载力特征值的选定一般根据地质报告、规范参数、本地区经验综合选定，在施工之前进行试桩，再根据试桩的静压试验确定承载力特征值。在正式施工中，往往以最后三阵的标准贯入度控制，最终以静压试验为准。当工程地质情况较好的情况下，单桩承载力特征可以达到桩身结构竖向承载力。
管桩桩尖的选择：管桩桩尖的形式主要有三种:十字型、圆锥型和开口型。前两种属于封口型穿越砂层时,开口型和圆锥型比十字型好,开口型桩尖一般用在入土深度为40m 以上且桩径≥550mm的管桩工程中,成桩后桩身下部约有1/ 3～1/ 2 桩长的内腔被土体塞住,从土体闭塞效果来看,单桩承载力不会降低,但挤土作用减少。封口桩尖成状后,内腔可一目了然,对桩身质量及长度可用目测法检查,这是其他桩型所没有的。
2.2预应力管桩的施工
施工工艺
2.2.1测量定位
2.2.2桩机就位
2.2.3管桩起吊，对中和调直
2.2.4沉桩
根据设计文件、地堪报告、施工场地周边环境选择合适的沉桩机械。沉桩机械分锤击沉桩和静压沉桩两种。锤击法沉桩机械通常采用柴油锤、液压锤，不宜采用自由落锤打桩机；静压法沉桩机械采用液压式机械。
桩间距小于3.5d（d：桩径）时，宜采用跳打。
施打时应保证桩锤、桩帽、桩身中心线在同一条直线上，保证打桩时不偏心受力。沉桩过程中应经常观测桩身的垂直度，若垂直度超过1％，应找出原因并设法纠正
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2.2.5接桩
工程中应尽量减少接桩，任一单桩的接头数量不宜超过4个，应避免桩尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层时接桩。
接桩分为端板焊接连接和机械快速连接两种。
接桩时焊缝要连续饱满，焊渣要清除；焊接自然冷却时间应不少于1min，地下水位较高的应适当延长冷却时间，避免焊缝遇水如淬火易脆裂；对接后间隙要用不超过5mm钢片数填，保证打桩时桩顶不偏心受力；避免接头脱节。
2.2.6截桩
截桩宜采用锯桩器，严禁采用大锤横向敲击截桩或强行扳拉截桩。应确保截桩后管桩的质量
2.2.7检查验收
① 当采用送桩时测试的贯入度应参考同一条件的桩不送桩时的最后贯入度予以修正。
② 根据设计及试打桩标准确定的标高和最后三阵贯入度来确定可否成桩，满足要求后，做好记录，会同有关部门做好中间验收工作。
③ 实际控制成桩标准中的标高和最后三阵贯入度与设计及试桩标准出入较大时，应会同有关部门采取相应措施，研究解决后移至下一桩位。
④ 打桩过程中，遇下列情况之一应暂停打桩，及时会同有关部门解决：
a、贯入度突变；
b、桩头混凝土剥落、破碎、桩身出现裂缝；
c、桩身突然倾斜、跑位；
d、地面明显隆起，临桩上浮或位移过大；
e、PC桩总锤击数超过2000，PHC桩总锤击数超过2500；
f、桩身回弹曲线不规则。
3预应力混凝土管桩与人工挖孔桩、夯扩桩技术经济比较（见表2）
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4市场调查案例
通过广泛的市场调查，对湖南建筑市场预应力混凝土管桩进行了调查分析，现结合案例分析，将预应力混凝土管桩与人工挖孔桩、沉管灌注夯扩桩，主要从工程造价、施工工期等方面进行比较分析。
案例一：长沙某住宅小区(33层)
长沙某住宅小区，共12栋高层住宅，每栋地上33层，地下一层，标准层层高3m，建筑高度99m，结构形式采用剪力墙结构，基础形式均采用预应力高强混凝土管桩。以其中5＃栋的基础为例：
基础形式采用预应力高强混凝土管桩，型号PHC-AB-500-125，外径500mm，壁厚125mm。桩长为10m左右，单桩承载力特征值取2700kN。由于持力层比较平缓，锯桩数量很少。施工完成后，静载试验检测结果，单桩承载力特征值可到达3000kN。
总桩数为205个，按照桩长为10m，初步估算桩的造价（不包括承台）为205X10X190＝389，500元。工期按照两台捶击打桩机，每天施工40根桩，工期只要5d，施工完成后即可进行静载和桩身动测试验。
如果采用人工挖孔桩，桩径为1.0m，扩底尺寸为1.6m，单桩承载力特征值经计算为6000kN。总共需要人工挖孔桩数为：205X2700÷6000=92根桩，考虑到至少15%的桩不需要扩底，桩总数为1.15X92=105。初步估算桩的造价为494，550元，还不包括施工过程中的降水费用。工期按照每天施工5根桩，工期需要21d，施工完成后28d后才能进行静载和桩身动测试验。
由于柱（墙）底内力比较大，可不考虑采用夯扩桩。
案例二：长沙某小区A区2栋(18层)
长沙某小区A区2栋住宅楼，地上18层，地下一层，标准层层高3m，建筑高度56m，结构形式采用框架-剪力墙结构，基础形式均采用预应力高强混凝土管桩。
基础形式采用预应力高强混凝土管桩，型号有2种，其一为PHC-AB-500-125，外径500mm，壁厚125mm，单桩承载力特征值取2500kN；其二为PHC-AB-400－95，外径400mm，壁厚95mm，单桩承载力特征值取1500kN。桩长为8－15m左右，持力层为强风化砾岩，桩端土的承载力特征值3500 kPa。
总桩数为PHC-AB-500-12585个，PHC-AB-400-95 342个。按照桩长为12m，初步估算桩的造价（不包括承台）为85X12X190＋342X12X140＝768，360元。工期按照两台捶击打桩机，每天施工40根桩，工期只要11d，施工完成后即可进行静载和桩身动测试验。
如果采用人工挖孔桩，桩径为1.0m，扩底尺寸为1.5m，单桩承载力特征值经计算为6000kN。总共需要人工挖孔桩数为：(85X2500+342X1500)÷6000=121根桩，考虑到至少30%的桩不需要扩底，桩总数为1.3X121=157。初步估算桩的造价为887，365元，还不包括施工过程中的降水费用。工期按照每天施工5根桩，工期需要27d，施工完成后28d后才能进行静载和桩身动测试验。
由于柱（墙）底内力比较大，不考虑采用夯扩桩。
案例三：长沙某房地产小区F3栋(10层)
长沙某房地产小区F3栋，地上10层，标准层层高3m，建筑高度32m，结构形式采用剪力墙结构，基础形式采用预应力高强混凝土管桩。
基础形式采用预应力高强混凝土管桩，型号PHC-AB400-95，外径400mm，壁厚95mm。桩长为7－12m左右，单桩承载力特征值取1400kN。持力层为强风化砾岩，桩端土的承载力特征值3000 KPa。
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总桩数为111个，按照桩长为10m，初步估算桩的造价（不包括承台）为111X10X160＝177，600元。工期按照一台捶击打桩机，每天施工20根桩，工期只要5.5d，施工完成后即可进行静载和桩身动测试验。
如果采用人工挖孔桩，桩径为0.9m，扩底尺寸为1.4m，单桩承载力特征值经计算为4600kN。总共需要人工挖孔桩数为：111X1400÷4600=34根桩，考虑到至少30％的桩不需要扩底，则桩总数估算为1.3X34＝45，初步估算桩的造价为171，680元，还不包括施工工程中的降水费用。工期按照每天施工5根桩，工期需要9d，施工完成后28d后才能进行静载和桩身动测试验。
如果采用夯扩桩，桩径为0.38m，单桩承载力特征值为600kN。总共需要夯扩桩数为：111X1400÷600=259根桩。初步估算桩的造价为：259X10X85=220，150元。工期按照每天施工18根桩，工期需要15d，施工完成后20d后才能进行静载和桩身动测试验。
5关于预应力管桩在中高层建筑中的应用
通过对预应力管桩的考察和市场案例分析可以得知：
5.1对于7－10层的多层建筑，采用高强预应力管桩可以大幅度的缩短施工工期，管桩成桩后即可作静载和桩身动测试验，而夯扩桩成桩后20多天后方可作检测。
5.2对于11－18的高层建筑，采用高强预应力管桩和人工挖孔桩在经济比较上，可以降低土建的工程造价10-15%。对于19以上的高层建筑，采用高强预应力管桩和人工挖孔桩在经济比较上，可以降低土建的工程15-30%。
综上所述，预应力管桩在技术上是一种相当成熟的桩基型式，可以给业主方带来良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] 先张法预应力混凝土管桩.GB13476 - 92. [2] 国家建筑标准设计图集.03SG409. [3] 中南地区建筑标准设计.预应力混凝土管桩.04ZG207. [4] 广东省标准.预应力混凝土管校基础技术规程.DBJ／T15-22-98.
（中国混凝土与水泥制品网 转载请注明出处）< 完 >
