预应力管桩承载力估算探讨

1、引言

预应力混凝土管桩是按照一定的标准和工艺流程生产，制作环境和设备较好，成桩过程中摻杂的人为因素最少，质量较稳定，且效率较高的一种桩型，特别在适当的埋深处密实粉土或粉砂作为桩端持力层时。近几年来，预应力混凝土管桩在工程上的应用越来越广，但由于桩基承载机理较为复杂，影响因素众多，为了安全起见，在设计中往往过于保守，造成了不必要的浪费，在保证安全的基础上充分的利用其承载能力变得尤为重要，准确的估算预应力管桩单轴竖向极限承载力非常必要。在常用的规范中给出了单桩竖向极限承载力不同的的估算方法，各种方法算出的结果存在较大的差异，本文结合山东菏泽地区典型的地质条件，通过工程实例中静载荷试验试桩结果与各种算法估算结果进行比较，提出比较适合本地区的估算方法。

2、基本地质条件和工程简介

山东菏泽某高层住宅小区高33层，采用预应力管桩，桩长地下以下22.5m，桩径Φ=500mm。该场地地下水埋深4.0m左右，地层情况如下：①层耕土，褐黄色，稍密，稍湿，成分以粉土为主，含有少量植物根系及腐殖质；②层粉土，褐黄色，中密，湿～很湿；③层粉质粘土，棕黄色，可塑；④层粉土，褐黄色，底部灰黄色，中密，湿～很湿；⑤层粘土，棕灰色，软塑，偶见少量腐殖质；⑥层粘土，棕灰色，可塑，局部夹粉土或粉质粘土薄层；⑦层粉土， 褐黄色～暗黄色，中密～密实，湿～很湿；⑧层粉质粘土，棕灰色，可塑～硬塑；⑨层粉质粘土，棕黄色～红棕色，硬塑～坚硬；⑽层粉土夹粉砂，褐黄色，密实，湿，砂粒含量较高，中下部夹粉砂；⑾层粉质粘土，棕黄色，硬塑，局部可塑，夹密实粉土薄层。

该场地地层为菏泽地区的典型地层分布，在17.9-25.8m分布有厚度较大、密实度较好、压缩性相对较低的粉土（夹粉砂）层，当采用预应力管桩时，在满足地基变形的条件下，该层一般为预应力管桩优先考虑的持力层，桩端进入持力层的深度与送桩荷载有直接关系，由于土层的不均匀性，桩长很难严格统一。

3、单桩载荷试验结果

根据规范要求，该工程共检测4颗试验桩，确定该预应力管桩单桩竖向极限承载力为5500KN。

4、根据规范提供的几种算法确定单桩竖向极限承载力

建筑行业常用的几种规范分别采用了原位测试法（双桥静力触探试验、标准贯入试验）和经验参数法对预应力管桩单桩竖向极限承载力进行估算，估算过程及结果如下：

（1）、采用双桥静力触探试验对单桩竖向极限承载力进行估算

根据双桥静力触探资料预估预应力管桩单桩竖向极限承载力标准值，对于该场地土，不考虑该场地地表0.5m后耕土的影响，通过计算，单桩竖向极限承载力为5260—5869KN，根据持力层均匀性情况，可以初步确定通过双桥静力触探试验估算的单桩竖向极限承载力为 。

（2）、采用标准贯入试验成果对单桩竖向极限承载力进行估算 根据标准贯入成果确定各层土极限侧阻力及极限端阻力如下表：

不考虑该场地地表0.5m后耕土的影响，通过计算，单桩竖向极限承载力为34KN，根据持力层均匀性情况，可以初步确定通过双桥静力触探试验估算的单桩竖向极限承载力为 。

（3）、采用经验参数法对单桩竖向极限承载力进行估算

根据土的物理指标与承载力参数的经验关系确定各层土极限侧阻力及极限端阻力如下表：

不考虑该场地地表0.5m后耕土的影响，通过计算，单桩竖向极限承载力为30KN，根据持力层均匀性情况，可以初步确定通过双桥静力触探试验估算的单桩竖向极限承载力为 。

5、几种算法的分析与讨论

从单桩载荷试验的成果及几种算法的结果比较来看，由双桥静力触探试验成果、标准贯入试验成果、经验参数法估算的结果分别为载荷试验成果的101%、%、71%。双桥静力触探试验成果为原位测试，受人为影响较小，能够准确的反应工程地质情况；而标准贯入试验成果受标贯点土的扰动情况、泥浆护壁情况、

标贯杆的倾斜度、标贯锤与标贯杆间摩擦等影响较大，经验参数法受所水分流失、土在运输及开土过程中的扰动等影响较大，故较难准确反映工程地质条件。

可见，当桩端土为密实粉土时，采用双桥静力触探试验成果能够比较准确的估计单桩竖向极限承载力，而采用标准贯入试验成果或经验参数法估计的单桩竖向极限承载力与实际承载力相比偏低，仅有实际值的70%左右。因为采用双桥静力触探试验成果得出的单桩竖向极限承载力估算值略微偏大，应用时根据工程实际情况乘以0.9左右的系数较为合适，既能比较准确的反应其单桩载荷性能，同时也有一定的安全度。

6、结语

对于设计等级为甲级的建筑桩基，通过单桩静载荷试验确定单桩竖向极限承载力无疑是最合适的方法，而对于丙级及地质条件相对较为简单的设计等级为乙级的建筑桩基，特别是类似于桩端持力层为密实的粉土或粉砂的菏泽典型地层时，采用双桥静力触探试验成果来确定单桩竖向极限承载力较为准确。即使对于设计等级为甲级的建筑桩基，当预先估算单桩竖向极限承载力作为初步设计的依据时，最优的估算方法仍然是采用双桥静力触探试验成果。

参考文献

1、建筑桩基技术规范，JGJ 94-2008，2008 2、高层建筑岩土工程勘察规程，JGJ 72-2004，2004 3、建筑地基基础设计规范，GB 5000-2011，2011