中国西部科技 ２０１ １年０１月（Ｉ－＇ｉｉ］）第１０卷第０１期总第２３４期 对复合载体夯扩预应力管桩设计与施工的探讨 杨景松 南 硕 毕小兵 （河北工程大学，河北邯郸０５６０３８） 摘要：复合载体夯扩预应力管桩是一种新型的载体桩。它采用ＰＨｃ预应力管桩作为桩身，既可提高桩身的承载力，又 易于保证桩身质量。目前，此类桩型在工程中应用得还比较少，缺乏相关的技术和经验，故对其设计和施工中的一些问 题进行了研究与探讨，并提出了一些工程中可能出现的问题的见解。 关键词：复合载体夯扩桩；预应力管桩；施工工艺；挤土效应；单桩承载力 ＤＯＩ：１ Ｏ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１ ６７１－６５９６．２０１ １．０１．０１ ６ Ｔｈｅ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｒａｍ．ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ Ｐｒｅ．ｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｐｉｐｅ Ｐｉｌｅｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｂｅａｒｉｎ￣Ｂａｓｅ ＹＡＮＧ ｌｉｎｇ—ｓｏｎｇ，ＮＡＮ ｓｈｕｏ，ＢＩ Ｘｉａｏ－ｂｉｎｇ （Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｎｄａｎ，Ｈｅｂｅｉ ０５６０３８） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒａｍ—ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｐｉｐｅ ｐｉｌｅｓ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｂａｓｅ ａｒｅ ａ ｎｅｗ ｋｉｎｄ ｏｆ ｒａｍ．ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｐｉｌｅｓ ｗｉｔｈ ｂｅａｒｉｎｇ ｂａｓｅ．Ｔｈｅ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｏｆ ＰＨＣ ｐｒｅ・ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｐｉｐｅ ｐｉｌｅｓ ａｓ ｔｈｅ ｂｏｄｙ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｐｉｌｅ ｂｏｄｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｂｏｄｙ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｓｕｃｈ ｐｉｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｓｔｉｌｌ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌｅｓｓ ａｎｄ ｌａｃｋ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｓｋｉｌｌｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ＳＯ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ ａ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｈａｔ ｍａｙ ａｒｉｓｅ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｒａｍ・ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｐｉｌｅｓ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｂａｓｅ；Ｐｒｅ・ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｐｉｐｅ ｐｉｌｅ；Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉ０ｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｓｏｉｌ— ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ；Ｐｉｌｅ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ 复合载体夯扩桩是近几年发展起来的一种新桩型，它 夯扩预应力管桩还可用于软弱土层较厚、地下水位较高的沿 突破了传统的桩基础和地基处理观念，选择下部层位稳 海地区，但一定要使桩身穿过软土层，落在承载力高的持力 定、土性较好的土层作为被加同土层，利用重锤冲击成 十层上。 孔，对周围土体进行挤密加固，形成复合载体夯扩桩基 １．２受力机理 础，利用混凝土桩身作为传力杆将上部荷载传递扩散到深 与其他桩基础相比，载体桩的承载力主要来源于载体， 层土体…。 而载体的受力和等效计算面积与桩端土体的性质密切相关。 随着国内载体桩的广泛应用及其技术的日趋成熟，工 复合载体夯扩预应力管桩通过夯扩载体的扩散作用，可以使 程中出现了～批新型载体桩。复合载体夯扩预应力管桩就 较大的桩端力扩散到更大面积的土体中去，将应力逐渐从干 是其中的一种。它是以预应力混凝土管桩作为桩身的复合 硬性混凝土、填充料、挤密土体和影响土体传递至周围土 载体夯扩桩，充分结合了预应力管桩和复合载体桩的优 层，并逐渐降低至持力土层能够承受的程度。由于这种应力 点，具有很好的应用前景。 的逐层传递，使桩端的受力更合理，从而可以获得较高的桩 １ 复合载体夯扩预应力管桩的特点及受力机理 端承载力和较小的桩基沉降量，提高了单桩的承载力 。因 １．１特点 此，从荷载传递方式看，复合载体夯扩桩可以等效成一个多 复合载体夯扩预应力管桩将复合载体夯扩桩施工技术 级的扩展基础。如图１。 中的复合载体、ＰＨＣ管桩和桩周压力注浆技术有机地结合 ２ 复合载体夯扩预应力管桩施工工艺及相关问题 起来，并利用ＰＨＣ预应力管桩的桩身承载力高和质量易于 ２．１施工工艺 保证的特点，克服了沉管扩底载体灌注桩施ｊ－巾存在的一 桩身为ＰＨＣ管桩的复合载体桩，其复合载体的施工工艺 些桩身质量问题，如缩颈、断桩、夹泥、混凝土离析等 与桩身为灌注桩的普通复合载体桩相同，即锤击和沉护筒， 等。另外，通过夯实桩端载体对相邻土体进行挤密，可以 夯击填充料，在满足最后三击贯入度收锤后，开始施工桩 大幅度提高桩端土层的承载力和减少基础沉降量。因此， 身：首先根据桩身长度选择预应力管桩。地面接桩后将管桩 复合载体夯扩预应力管桩具有施工速度快、质量易于保 放入护筒内，轻敲桩头，使桩身与复合载体紧密结合，然后 证、承载能力高、沉降最小等优点。 在管桩内浇筑高约５００ｍｍ的自密实混凝土，最后在护筒与预 复合载体桩宜用于浅层土为软弱上层（指不能满足上 应力管桩问、桩端灌水泥浆，慢拔护筒成桩 。 部结构对承载力和变形要求的十层），下层十为挤密性良 施工中，不宜对管桩采取截桩，要严格控制桩顶标高。 好、厚度足够、层面稳定的持力上层的地区。而复合载体 载体的施工主要由三击贯入度决定，采用直径３５５ｍｍ，质量 收稿日期：２０１０—１１一Ｏ６修回日期：２０１Ｏ－１２一Ｏ５ 作者简介：杨景松（１ ９８３一），男，河北沧州籍，硕士研究生，从事地基与基础工程方面的研究工作。 ３４ 厂＿］ 茎堕 承台粱（筏板， 承台粱（筏顿＇ 晕 ～一 ， 嫩ｉ ｌ．．３ 莲 持力土层 图１复合载体夯扩预应力管桩构造图 为３５００ｋｇ的柱锤，落距为６．Ｏｍ，连续三次锤击的累积下沉 （详见图２、图３）。 量，因此，要严格遵守施工操作规程，以达到满足承载力 的设计要求。 ３ 复合载体夯扩预应力管桩在设计中的一些问题 桩的承载力和沉降变形往往是其设计的两个重要方 面。另外，可以通过圆孔扩张理论分析施工过程中的挤土 ２．２挤土效应影响 在复合载体夯扩桩的施工过程中，重锤对土体和填充 料的夯击必然会产生一定程度的挤土效应，尤其是桩端和 夯扩体一定范围内的土体。当桩间距过小时，施 ：载体时 产生的侧向挤土压力可能导致邻桩载体偏移；当桩长较短 且土层抗剪强度较低时，可能导致土体剪切滑裂面的形 成，从而使地面隆起、邻桩桩身上移，造成断桩或桩身与 载体脱离等缺陷。 设计与施］：过程中应采取相应的措施减小挤 效应的 影响： （１）设计中从地质条件、设计荷载及经济性等因素 综合考虑，确定合适的桩间距，使其既能满足设计要求， 又不至于影响到相邻载体桩的受力； （２）制定合理的打桩 顺序，并控制打桩速度和日工作量； （３）设置泄压槽或泄 压孔，通过土层压力的自然释放来减弱挤 效应的影响。 效应，确定合适的施工间距和施工顺序，并可计算载体桩 施工时地面的隆起 ；利用复合桩基理论设计复合载体桩， 通过考虑桩土间的共同作用，能够有效地控制沉降量，经 济性能也比较突出 。 关于复合载体夯扩桩单桩承载力的计算问题，在 ＪＧＪ／Ｔ１３５—２００１《复合载体夯扩桩设计规程》和ＪＧＪ１３５— ２００７《载体桩设计规程》中存在着差异，主要表现在单桩 竖向承载力特征值的计算上。 当初步设计时，竖向承载力特征值采用下面经验公式 估算： ＝ ∑ｑ ｌｉ ｑ Ｋ．，Ａ一（式１） Ｒ：——（式２） 为桩身断面周长（ｍ）；ｑ 是桩侧第ｉ层上的侧阻力特 征值；／ 是桩身穿越第ｉ层土的厚度（１Ｉ１）；ｑ 是经深度修正 后的载体桩的持力层地基承载力特征值（ｋＰａ），即为等效 扩展基础下地基土承载力特征值， ；１１ 是地基承载力深度 ２．３注浆对桩受力性状的影响 复合载体夯扩预应力管桩属于摩擦端承桩，以桩端承 载力为主，桩侧摩阻力为辅。在施工中，注浆技术也必 不可少的重要环节，需采用高压注浆法在护筒与管桩问及 桩端灌注水泥浆，使桩身和土层更加紧密地结合，可有效 地提高桩侧摩阻力，进而提高桩的整体承载力，并可减少 桩基的沉降量。 台或基础 修正系数；Ｙ 是载体基础计算深度以上地基土的加权平均 重度，地下水位以下取浮重度（ｋＮ／ｍ。）；ｄ是等效基础埋置深 度（ｍ），ｄ＝ｄ．＋ ：＋三＋厶，其中，ｄ 为承台的高度，ｄ，表示地 面至承台埋深的高度，Ｌ为混凝土桩身的长度，一般取 Ｌ ＝２； 是复合载体的等效计算面积（ｍ ）。 式１为旧规范中的表达式，而式２￣，ＪＪ为新规范中的表达 式。规范中的载体桩主要指的是短桩，其主要承载力由载 体基础承受，桩侧的ｑ 较小，且考虑承台下群桩的相互影 响，计算单桩承载力时一般忽略桩侧摩阻力，即 ∑ｑ￣，ｌｉ＝ 图２不截桩桩顶与承台连接详图 图３截桩桩顶与承台连接详图 ０，故新规范不考虑桩侧摩阻力，而是把其作为安全储备， 引入了安全系数Ｋ。 但复合载体夯扩预应力管桩不同于普通载体桩，其桩 身有时能达到二十几米之多，而且当桩端进入中密以上的 砂类、碎石类土层中时，桩侧摩阻力就需要考虑，另外， ２．４桩顶与承台的连接 在水平荷载作用下，复合载体夯扩预应力管桩会在桩 顶和承台连接部位产生较大的剪力和弯矩，易发生剪切破 坏和弯曲破坏。因此，桩顶和承台的连接点是桩基的薄弱 处，应对其采取加固措施。同预应力管桩的构造要求，对 复合载体夯扩预应力管桩上部填加填芯混凝土，其高度可 根据工程设计要求确定。文献［４］、文献［５］通过非线性有 限元分析表明，在水平地震作用Ｆ，填芯后桩体的承载能 力和截面延性有较大幅度的提高。桩顶和承台的构造图 注浆技术的运用也大大提高了桩与土之间的摩阻力。故此 时应比较两种方法，选择较安全的结果。 ４ 结论与建议 （１）复合载体夯扩预应力管桩是一种新型的载体桩， 有效地结合了载体桩和预应力混凝土管桩两种桩型的优 （下转第６ ０页） ３５ 中国西部科技 ２０１ １年０１月（上旬）第１０卷第０１期总第２３４期 ４．２．１植物护坡 构，维持了水体一土壤一生物之间的物质和能量循环体 系，确保了原河道生态环境得到维持。同时较传统的护坡 结构形式，节省了河道两边近２ｏｍ的陆域，有效扩大了绿化 面积，有效的改善了河道周边的环境，使河道在整治后， 很自然的融入周边的生态环境。整治后的河道见图４、图 ５、图６、图７。 利用水生植物（如芦苇、宫蒲等）地上部分形成堤防 迎水坡面软覆盖，提高坡面表层的抗剪强度，有效地提高 了迎水坡面的抗蚀性，起到护坡作用。 ４．２．２植被型生态混凝土护坡 植被型生态混凝土由多孔混凝土、保水材料、缓释肥 料和表层土组成。能够为其表面牛长的植物提供必需的水 分，形成植被发芽空间，植物生长后与铺设的材料共同形 成护坡。 ４．２．３三维土工植被网护坡 三维土工植被网护坡主要利用活性植物并结合土工合 成材料，在坡面构建一个具有自身生长能力的防护系统， 通过植物的生长对边坡进行加固。 ４．２．４土工材料复合种植基护坡 （１）铁丝网与碎石复合种植基：主要由喷塑铁丝网笼 装碎石、肥料及种植土组成。适合于流速大的河道，抗冲 刷能力强、整体性好、适应地基变形能力强。 （２）土工材 料固土种植基：可分为土工网垫固土种植基、土工格栅固 土种植基、土工单元固土种植基等多种形式。土工网垫固 土种植基主要由聚乙烯、聚丙烯等高分子材料制成的网垫 和种植土、草籽等组成。植物的根系可以穿过网孔均衡生 图４人工湖引水道 图５沿山河 长，长成后的草皮可使网垫、草皮、泥土表层牢固地结合 在一起，形成稳固的护坡。 图６人工湖 图７人工湖 ６ 结语 城市滨水区是城市的窗口，滨水景观体现出一个城市 ５ 工程案例 江苏省扬州是中国著名的风景旅游休闲城市，城区范 围内水系发达。随着近几年对城区河道的综合整治，在整 治过程中采用的一系列生态护坡，住改善城市景观、提升 城市居住环境质量、促进城市与环境共同发展方面取得了 很大的成就。并相继获得了“联合国人居奖城市”、“中 国人居环境奖城市”、“国家环境保护模范城市”等称 号，其城市水环境在国内同等城市中处于前列。扬州市在 其“沿山河综合整治工程”、“人工湖综合整治工程”均 的经济、文化、社会风貌。在寻求城市特色化、个性化、 经济化、全球化发展的今天，城市水环境的整治已经越来 越受到人们的关注，开发建设好滨水城市堤岸景观带，充 分利用好我们身边难得的生态资源，对于提高人民生活条 件，塑造城市新形象有着积极的作用。随着我国城市建设 健康快速发展，本文希望通过对河道生态护坡问题的初步 介绍与分析，并结合扬州市选用生态护坡所取得的良好成 果，为我国的城市河道整治中引入“两型”概念，在未来 城市发展过程中，规划和建设人和自然环境和谐相处的城 市景观河道提供参考。 参考文献：（略） 采用了生态护坡结构，生态护坡主要结构形式为加筋干垒 块墙结构，河道断面形式见图１、图２、图３。 在整治过程中，采用干垒块墙这种透水性非常好的结 （上接第５５页）点，提高了施工效率，保证了施工质量。 （２）复合载体夯扩预应力管桩可应用于深厚软土地区，较 好地处理了灌注桩作桩身的载体桩在施工中产生的缩颈、 断桩、夹泥等工程问题，使施工难度获得降低。 （３）在载 体桩施工中会不可避免地遇到不同程度的挤土作用，应从 设计和施工角度综合考虑，采取有效、合理、经济、可行 的措施。 （４）复合载体桩的填充料可以是碎砖、碎混凝：Ｅ 块、矿渣等废弃垃圾，可获得一定的环境效益。 （５）复合 载体桩的承载力高、沉降量小，在地基处理中的应用效果 工程，２００８，２５：１７７、１７２． ［３］邓 燕，汤小军．ＰＨＣ管桩作桩身的复合载体桩的应用［Ｊ］．建筑 结构，２００９，３９（１ｏ）：１４７～１５０． ［４］盛海，张星宇等．预应力混凝土管桩受剪承载力非线性有限元 分析［Ｊ］．工程与建设，２００７，２１（５）：６７４￣６７５、６７８． ［５］李建宏，徐８． 敏等．预应力混凝土管桩受弯承载力非线性有限元 分析［Ｊ］．安徽建筑工业学院学报（自然科学版），２００７，１５（４）：５～ ［６］０３ＳＧ４０９．预应力混凝土管桩［ｓ］．北京：巾国建筑标准设计研究 院出版，２００３． 也比较明显，具有广阔的发展前景。 （６）复合载体夯扩预 应力管桩在目前的工程中应用得还比较少，缺乏相关的资 料和技术经验，设计和施工应根据工程的具体情况而定。 参考文献： ［１］史佩栋．桩基工程手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，１９９５． ［２］张 明，马耀荣．沉管夯扩载体预应力管桩施工工艺［Ｊ］．建筑与 ［７］杨启安，杜 强．沉管复合载体夯扩桩的挤士效应分析［Ｊ］．建筑 结构，２００７，３７（６）：４３￣４５． ［８］宰金珉．复合桩基理论与应用［Ｍ］．中国水利水电出版社，２００４． ６０
