锤击法施工PHC管桩的贯入度讨论 基础

摘要：本文利用两种经验公式对锤击法施工预应力高强混凝土管桩的设计贯入度进行估算，并在施工中，根据现场的实际地质情况和打桩情况对桩长和贯入度两个控制条件做相应的调整，本文的方法可为现场的贯入度计算及确定提供经验参考。

关键词：锤击法；预应力高强混凝土管桩；贯入度

0、前 言 

     锤击法施工PHC桩已大量应用于各种工程，然而对于设计中沉桩双控的要求（即桩长和贯入度均满足设计要求），在施工中，往往会有较大的出入，工程技术人员难以准确判断桩的实际承载力是否与设计值一致。因此需要根据施工现场的实测数据，尤其是最后三阵的平均贯入度值，来估算出实际的单桩承载力，以满足设计承载力要求。

1  贯入度和打桩公式

贯入度是指在地基土中用重力击打贯入体，贯入体进入土中的深度。进行贯入测试的目的，是通过贯入度判断地基土的软硬程度，从而确定桩基或地基土的承载能力。一般地，土对桩的动态阻力( 贯入阻力) 随土质和桩的击入深度变化而变化， 锤击法打桩入土时， 每一锤击的入土深度， 在硬土中比在软土中要小。在匀质土中打桩， 同一根桩打得越深， 则每一锤击的入土深度也越小。打桩公式就是根据打试桩的数据来反映贯入度与贯入阻力之间关系的公式， 它以碰撞理论和能量守衡原理作为依据推出， 即输入的能量等于有用的能量加被消耗的能量。但是， 各种打桩公式实际上只能表示贯入阻力， 并不能真正代表桩的承载力，因为贯入阻力与桩的承载力之间存在着根本的差别， 尤其对于粘性土中的摩擦桩更是如此。尽管用打桩公式来确定桩的承载力带有局限性， 但在工程实践中仍有一定的参考意义。而在实际工程中，规范要求的贯入度和设计的桩长往往不能很好的吻合。本文通过一个工程实例，对比格氏打桩公式和福建、江浙一带常用的贯入度经验公式，对现场贯入度和桩长进行调整，从而验证打桩经验公式在本地区的可行性。为同类工程提供参考。

2. 贯入度计算

某工程为大型仓库，由于仓库面积大，桩数多，需确定合理的桩长和贯入度值以保证整个基础工程的安全性和经济性。本工程设计为直径300的PHC管桩，单桩承载力特征值为800KN，桩长约为16米，设计贯入度要求最后三阵平均贯入度小于15cm。施工使用的桩锤类型是筒式柴油锤，锤重5t，落距1.8m。

2.1格氏打桩公式

即前苏联格尔谢万诺夫打桩公式。它是根据“锤击能量等于克服土的阻力， 桩与土之间的弹塑性变形和消耗有害阻力的能量之和”的规律导出。

根据设计承载力计算控制贯入度:

式中Ra—桩的承载力特征值( kN)；

n —与桩和桩垫材料有关的系数; 按表1 取用；

K —安全系数， 临时性建筑物取1.5， 永久性建筑物取2；

F —入土的桩身外表面面积( 对于摩擦桩) 或桩的横截面面积( 对于端承桩) ( m2) ；

M—系数， 当桩由冲击作用的锤打入时， M=1; 

E —桩锤的计算锤击能量( KN·m) 按表2 取用; 

e —最后贯入度， 即打桩记录的最后十击的平均贯入度( m) ；

Q —桩锤冲击部分的重量 ( KN)；

q —桩及桩帽重( KN) ；

ql —送桩重(KN) ；

S —锤击恢复系数，当采用本质锤垫的桩帽， 由冲击作用的锤打钢筋混凝土桩及管柱时， S2=0.2; 采用振动桩锤时， S2=0.0。

             表1 系数n值                  

项次  桩的材料       桩垫情况    n/KN·m2

1  钢筋混凝土桩 有橡木桩垫 1500

2  钢筋混凝土桩 有麻袋桩垫 1000

3  钢桩 无桩垫 5000

4  土桩 有桩垫 800

5    土桩            无桩垫        1000   

         表2 桩锤的计算锤击能量           

项次        桩锤类型            E /kN·m 

1 落锤或单动汽锤 10QH

2 筒式柴油锤 9QH

3 杆式柴油锤 4QH

4     柴油锤， 当不供燃料做单次锤击复打控制时10QH( H- h)

注:( 1) H 为桩锤锤心的实际落距( m)

( 2) h 为桩锤锤心由于气垫作用的第一次回跳高度， 由尺量得。初步计算时可采用: 对杆式锤h=0.6 m; 对筒式锤h=0.4 m。

本工程中，

n=1500KN/m2  ;  F=15.1m2  ;  M=1 ;  E=9x50x1.8=810KN ;  K=2 ;  Ra=800KN

Q=50KN ;  S2=0.2 ;  q=28.3KN ;  ql=3.5KN 。

计算得到贯入度：e=0.33m/10击，即3.3cm/击。也即最后三阵平均贯入度为33cm/10击。

2.2福建、江浙一带的经验打桩公式：

其中W—为锤重，单位为t；

 —为落距，单位为m。

 —为贯入度（每击米），单位为米。

本工程中，

W=5t ； h=1.8m ； Ra=80t

计算得到贯入度s=0.025m/击，即2.5cm/击。也即最后三阵平均贯入度为25cm/10击。

由上述计算结果可知，福建打桩公式要求更加严格，而且福建打桩公式相对简单，计算方便，综合考虑目前仅有的广东标准地基基础规范上要求，设计规定的最后三阵平均贯入度控制在15cm/10击以下。 

3  现场贯入度控制

（1）在实际施工中，桩管打至设计标高时，多少桩贯入度均大于设计要求，个别桩多达20～45cm/10击。为了减小贯入度，对于部分贯入度较大的桩采用加长桩长方法。考虑到本工程桩基工程量大，总数约1200余根，为了在保障安全的同时能节省投资，并为后续施工提供依据，对贯入度较大的桩调整了施工方案，将桩长加长2米，也就是进入持力层更深2米，最后按上述公式重新计算了贯入度，选择了最后三阵的平均贯入度为20cm/10击。

（2）另一种情况是，部分桩桩长远未达到设计桩长时（小1～2米），锤击数很多，贯入度已经很小，每米的锤击数达到130～150击，也即贯入度在2～5cm/10击，此时继续再打三阵，发现贯入度值比较稳定，平均每阵贯入度在2～5cm。最后调整设计桩长，将原桩长减小1～2m，以控制贯入度为主，桩长为辅。

选择了3根桩进行了静载试验，承载力特征值分别为850KN、840KN、840KN，沉降量分别为20mm、17mm、19mm，单桩承载力特征值和沉降量均满足设计要求。从试验结果还可以看出，原设计贯入度因参考规范要求，偏于保守，而按打桩公式计算的值，反而接近实际的情况。

4结语

本文实例表明锤击法施工预应力高强混凝土管桩时，应严格采用桩长和贯入度进行双控。施工中应密切观察贯入度，当已达设计桩长，但贯入度还比设计值大很多时，可考虑适当增加桩长，并根据打桩公式，重新调整贯入度，适当放大贯入度限值。当打桩过程中难以达到设计桩长，而贯入度已经很小，锤击数太大，应该按经验公式用现场的贯入度值，反过来估算单桩承载力特征值，以相应减小桩长。

参考文献 ：

1、中华人民共和国行业标准. 建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008）[S]. 中国建筑工业出版社.

2、刘金波主编. 建筑桩基技术规范理解与应用.中国建筑工业出版社，2008

3、广东省标准.建筑地基基础设计规范（DBJ15-31-2003），中国建筑工业出版社.