PHC管桩抗剪性能浅析

PHC管桩抗剪性能浅析

作者：曲微

来源：《城市建设理论研究》2012年第36期

摘要：本文是作者从实际工作中总结出的PHC管桩抗剪性能浅析，可供勘察、设计、施工、监理、建设单位相关人员参考，减少工程建设过程中出现差错，导致严重事故。

关键词：PHC管桩抗剪性能

Abstract: This paper is from the actual work of summing up of the shear performance of PHC pipe,Can be used for reconnaissance, design, construction, supervision, construction units in the relevant reference, reduce construction errors, leading to serious accident.

Key Words: PHC pipeShearProperties

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

一、桩的选型：

桩基的设计与施工，应综合考虑工程地质和水文地质条件、上部建筑结构类型、

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桩的使用功能、荷载特征、施工技术条件与环境；应重视地方经验，因地制宜，注重概念设计，合理选择桩型、成桩工艺和承台形式，优化布桩，节约资源；更应强化施工质量控制与管理。

基桩有多种分类：①按摩擦性状分类：摩擦型桩、端承型桩；②按成桩方法分类：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩；③按桩径（设计直径d）大小分类：小直径桩、中等直径桩、大直径桩。

二、PHC管桩概述：

PHC管桩，即预应力高强度混凝土管桩，PHC是单词prestress high concrete的缩写，离心成型的先张法预应力混凝土桩的截面尺寸、配筋、桩身极限弯矩、桩身竖向受压承载力设计值等参数可按《建筑桩基技术规范》确定。

PHC管桩优点显著：

1、单桩承载力高：由于PHC 管桩桩身混凝土强度高（≥C80），可打入密实的砂层和强风化岩层，因挤压作用，桩端承载力可比原状土质提高70% ～80% ，桩侧摩阻力提高20%～40% 。因此，PHC 管桩承载力设计值要比同样直径的沉管灌注桩、钻孔灌注桩和人工挖孔桩高；

2、应用范围广：PHC 管桩是由侧阻力和端阻力共同承受上部荷载，可选择强风化岩层，全风化岩层，坚硬的粘土层或密实的砂层(或卵石层)等多种土质作为持力层，且对持力层起伏变化大的地质条件适应性强，因此适应地域广，建筑类型多。

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3、沉桩质量可靠：PHC 管桩是工厂化、专业化、标准化生产，桩身质量可靠;运输吊装方便，接桩快捷; 机械化施工程度高，操作简单，易控制;在承载力，抗弯性能、抗拨性能上均易得到保证；

4、工程造价较低：①直接成本：通过对多项工程实例的总结和分析，PHC 管桩的单位承载力造价在诸多桩型中是较便宜的一种；②间接经济效益：对于工期的价值， PHC 管桩施工速度快、工效高、工期短，提前竣工投产，将产生巨大的社会效益和经济价值。PHC 管桩的机械化施工程度高，现场整洁，施工环境好。不会发生钻孔灌注桩工地泥浆满地流的脏污情况，也不会出现人工挖孔桩工地到处抽水和堆土运土的忙乱景象及井下作业的不安全感。容易做到文明施工，安全生产。减少安全事故，也是提高间接经济效益的有效措施。

三、PHC管桩抗剪性能分析：

建筑物在整个服役过程中，要经受各种荷载的考验，首先，基础要承受竖向荷载，主要包括结构构件（墙、柱、梁、板）自重、隔墙重量和使用阶段的活荷载。PHC管桩用来承受竖向荷载的效率很高，在软土地区施工便利，造价相对较低，适于大面积使用。此外，建筑还承受水平荷载，主要包括地震作用和风荷载。这类水平荷载对于基础产生两个作用效应，倾覆力矩和基底剪力。对于PHC管桩来讲，倾覆力矩将会对PHC管桩产生轴向拉应力，该效应与竖向荷载产生的轴向效应叠加，一般桩不会产生轴向拉力，对于这种效应，PHC管桩是安全、高效的。对于另外一种效应基底剪力来讲，需要复核基础抗滑移（抗剪）能力。通常，基础依靠基础侧面土的压力，基础底与土体的摩擦力、桩顶抗剪承载力等来抵抗滑移（抗剪）。在软土地基设计中，或者基础底为液化土时，存在

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基础底与土层脱离的可能性，所以规范中明确基础底与土的摩擦不允许考虑。但在沉降控制复合桩基或者考虑桩土共同作用的桩基设计中，可考虑基础底与土体的摩擦作用。结合目前工程实际中普遍存在的情况，PHC管桩竖向承载力安全余量偏大，建筑物实际沉降量偏小。这种情况对于抵抗水平荷载是不利的，其导致承台下面的土体不承受压力，基础底与土体的摩擦力得不到发挥。承台（或者地下室）的侧限（嵌固）可靠时，可以承受部分水平力；如果嵌固条件不好，桩顶就会承受水平力，需进行桩基水平承载力验算。如果仅用PHC管桩来抗剪的话，应该说对桩型的选择就是错误的。

四、工程实例分析：

2009年6月27日，上海市莲花南路莲花河畔小区一幢在建的13层楼房倒塌。根据上海市政府公布的调查结果，房屋倾倒的主要原因是紧贴此楼北侧在短期内堆土过高，最高处达10m左右，与此同时，紧临大楼南侧的地下车库基坑正在开挖，深度达4.6m。大楼两侧的压力差使土体产生水平位移，过大的水平力超过了基桩的抗侧能力，导致房屋倾倒。调查结果称，原勘测报告经现场补充勘测和复核，符合规范要求；原结构设计经复核符合规范要求。大楼所用PHC管桩经检测质量符合规范要求。整幢楼发生倾覆的的工程事故在建国50年来从未发生过，国外也未见报道，虽说相关责任人都受到了相应处理，事故的善后工作也顺利进行，但在业界的影响却很深远。

本次事故暴露出来的问题，我们应引以为戒：PHC管桩的抗剪能力很弱，如果PHC管桩在服役期间，承受剪力的话，将发生可怕的工程事故。上海地基基础规范中“对于非甲、乙类建筑物，当承台（或地下室）周围存在厚度大于2m的非液化土、非软弱土(淤泥质土、淤泥和松散填土以外的土)，且承台（或地下室）外侧土体抗侧力发挥有

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保证（填土分层夯实、混凝土原坑浇筑、基础结构与基坑维护结构有可靠连接等）时，可不进行单桩水平承载力抗震验算”。恰如前面分析中所谈，承台（或者地下室）的侧限（嵌固）可靠时，可以承受部分水平力；如果嵌固条件不好，桩顶就会承受水平力，需进行桩基水平承载力验算。此次事故，应该是施工堆土的压力差造成土体的流动，引起PHC管桩抗剪破坏而造成的。对于设计人员来说，实时了解施工现场的工程进度、施工状况，对于整个项目的安全运行也是相当必要的。

此次事件，对于设计人员、施工人员均应吸取经验和教训，对于软土地基中的PHC管桩必须正确认识，合理使用。特别是不可忽视桩基水平承载力的计算。对于基础的嵌固，设计除提出要求外，对于工地实际的施工情况也要多加关心。

参考文献：

白建方.实用建筑结构设计 北京：化学工业出版社,2011

罗福午.建筑结构概念体系与估算.北京：清华大学出版社，1991

罗福午主编.土木工程（专业）概论.武汉：武汉理工大学出版社，2000

建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）

建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）

混凝土结构设计规范（GB50010-2010）

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高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）

建筑抗震设计规范（GB50011-2010）