管桩的应用和研究现状分析

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1、管桩的应用和研究现状分析摘要：管桩作为一种新桩型以其施工方便、承载力高、质量可靠、较为经济等优点越来越得到广泛的应用。本文根据管桩的承载力特性和受力状况，分析了影响管桩承载力的因素以及提高管桩承载力的方法，并基于对施工中常见问题的探讨，提出有效的防治措施。　　关键词：管桩；承载力；施工；质量控制　　　　1　前言　　　　管桩作为一种地基处理及桩基础形式从上个世纪初产生到现在已经得到了很大的发展，在各种建筑基础中得到广泛地应用，并发挥着巨大的作用。从国外管桩的发展来看，从1920年澳大利亚发明了离心法制作混凝土制品、1925年日本引进这种技术用于钢筋混凝土管桩，在1962年开

2、发预应力混凝土管桩(PC管桩)，到现在已有八九十年的历史，目前管桩已朝着全面取代传统实心桩方向发展。我国是1944年开始生产混凝土离心(RC)管桩，到SO年代末期研究成功预应力抽筋管桩，即采用后张法对桩身混凝土施加预应力。近15年，我国生产的预应力混凝土管桩无论从产品性能和产量上都达到了世界前列，呈现出布局面广，产品品种、规格齐全，生产技术成熟，配套应用技术日趋完善等特点。据资料反映，2004年福建省实际利用预制高强混凝土管桩就达2500万米。为了更合理利用管桩这一技术、有效地推广使用管桩，对管桩进行研究是极为必要的。　　管桩的种类分为：钢管桩、预制混凝土管桩及钢管混凝土

3、管桩。钢管桩及钢管混凝土管桩具有高强度、抗冲击疲劳性能好、贯入能力强、便于割接、质量可靠、运输方便、沉桩速度快及挤土影响小等优点，但造价高，约为预应力混凝土管桩的3－10倍。因此，一般只在必须穿越砂层或其它桩型无法施工和质量难以保证、或工期紧迫等情况下使用，或者是一些重要的特种工程的基础上，如海上钻井平台，港口平台等工程中使用。预制混凝土管桩之所以得到迅速发展和广泛的应用，主要是由于具有以下优点：(a)施工工期短，施工方便、不受季节限制，工业化生产：(b)对施工场地无污染，若采用静压式施工更无噪音，符合绿色环保施工要求；(c)经济效益可观，同样的地基处理效果(竖向承载力及

4、水平承载力)所使用的混凝土比实心桩节省30％－60％且抗腐蚀能力强，工作性能同钢管桩基本相似。(d)对持力层起伏变化较大的地质条件适应性强，一般情况下，软土、粘性土、粉土、砂土及全风化岩体等地层条件均可采用。因此像高层建筑、码头工程、桥梁工程、高速公路、铁道工程等除必须采用钢管桩的特殊基础外，在工程中钢管桩已大部分被预制混凝土管桩所代替。现在我国预制混凝土管桩使用量已经相当可观。　　　　2　管桩的承载特性及承载力分析　　　　2．1　管桩的承载特性　　管桩的底桩端部的桩尖(靴)形式主要有十字型、圆锥型和开口型。前两种属于封口型。采用封口型桩尖的管桩其承载力主要由桩周的侧摩阻

5、力及桩端的端阻力组成；采用开口型桩靴的管桩则在沉桩过程中桩身下部1/3－1/2桩长的内腔被土体充塞，挤土效应较弱(与沉管桩、静压实心混凝土桩比)，对周围建筑物及环境影响小，具有较高的环保性能。但是内腔土塞却为管桩提供了内侧摩阻力，使得管桩的承载力的组成变得更为复杂。影响管桩承载特性的因素很多，比如桩侧土性、桩端土性、桩径、开口管桩的壁厚、人土深度、施工顺序等。预制混凝土管桩通常只具备开口桩的功效。　　　　2．2　管桩的受力分析　　2．2．1　管桩的竖向承载性状和单桩极限承载力确定管桩竖向承载力的方法很多，最可靠的方法是静力载荷试验法，目前比较常用的公式有两类：一是以土的物

6、理力学指标和大量的试桩资料为依据，经统计分析建立桩侧和桩端阻力与土类指标之间的关系；另一类是以土的力学性能指标如土的标准贯入击数为依据，我国、欧洲及美国API－RP2A的地基基础规范均采用第一类公式。其表达式为　　　　由于各地地质条件不同，地质结构比较复杂，桩的类型又多，沉桩工艺也多种多样，很难用单一形式的公式来反映工程实际。　　从文献进行的破坏荷载试验得知，当桩顶竖向受压时，桩身上部首先产生垂直应力和弹性变形，并向桩身下部传递，自上而下逐步建立摩阻力，桩身处于弹性压缩阶段。当荷载较小时，变形量较小，桩基基本没有发生位移，桩端阻力为零。随荷载增加，当垂直应力传递到桩端时，

7、桩端土逐步压缩，桩土相对变形加大，桩侧摩阻力进～步发挥。在加荷载最后阶段，随着桩端阻力的不断增加，桩顶部位侧阻力首先达到极限(摩阻力趋于定值)，并向下逐步扩大极限阻力的分布范围，在此过程中相对于荷载增量，作为抗力的摩阻力增量所占比例愈来愈小，而桩端阻力增量所占的比例则愈来愈大。最终导致桩端土出现塑性区并迅速扩展。桩因急剧下沉而失效，桩端土的刺入破坏先于桩身强度破坏。此时桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。　　2．2．2　管桩的水平承载性状和单桩极限承载力　　随着我国工程技术的迅速发展，大陆架浅海石油的勘探和开发技术的进步以及陆上