浅谈抗浮桩、灌注桩与预应力管桩的优缺点

陈艳 CHEN Yan

（三亚市城市规划设计研究院，三亚 570002）

（City Planning Design & Research Institute of Sanya，Sanya 570002，China）

摘要：单纯地下室或高层建筑带地下室越来越多存在地下水位高于地下室底标高，由此带来地下室抗浮设计，在抗浮设计中，采用桩进行抗浮最为普遍，主要分为等截面抗拔桩和非等截面抗拔桩。

Abstract： There are more and more situations like that the underground water level of pure basement or basement of high-rise building is higher than the basement bottom elevation. That leads to the basement anti-floating design， in the anti-floating design， it is very common to use pile in the anti-floating design. It is mainly divided into uniform uplift pile and non uniform uplift pile.

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关键词 ：抗浮桩；管桩；扩底灌注桩；抗拔极限标准值

Key words： anti-floating pile；tubular pile；bottom-enlarged grouting pile；limit standard values of uplift

中图分类号：TU473.1文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）25-0143-03

作者简介：陈艳（1970-），女，海南海口人，本科，中级职称，研究方向为土木工程。

0 引言

随着沿河沿江建筑物的兴建，单纯地下室或高层建筑带地下室越来越多存在地下水位高于地下室底标高，由此带来地下室抗浮设计。忽视地下室抗浮设计导致许多工程事故，独立地下车库，如果地下水位较高，未进行专门抗浮设计的话，在施工及日后的使用过程中，有可能出现整体上浮或局部部位结构破坏，如地下室底板局部隆起，柱间板出现45°破坏性裂缝，将会造成财产的损失。因此抗浮设计在高地下水位区应予于重视。

1 抗浮桩的特点

在抗浮设计中，采用桩进行抗浮最为普遍；抗浮桩与基础桩的最大区别在于：基础桩一般是能够承担建筑荷载压力的抗压桩，受力自桩顶向桩底传递，桩体受力大小会随着建筑荷载的变化而相应调整；而抗浮桩属于抗拔桩，桩体承受拉力，普通抗浮桩受力也是自桩顶向桩底传递，桩体受力大小随着地下水位的升降而相应调整，它与基础桩的受力方向正好相反。受压桩的桩身弹性压缩引起桩身侧向膨胀使桩土界面的摩阻力趋向于增加，摩阻力的增加则随桩身位移由上而下逐步发挥；而抗拔桩在拉伸荷载作用下桩身断面有收缩的趋向，使桩土界面摩阻力减小。而由于拉伸荷载系作用于桩顶，摩阻力的发挥同样系由上而下逐步发生。在设计抗拔桩时，在单位面积桩身摩阻力的选用上自然比受压桩要低。

2 抗浮桩类型

抗浮桩的选型主要根据工程地质情况，施工条件和周围环境等主要来确定，大致分为等截面抗拔桩和非等截面抗拔桩。由于等截面抗拔竖桩在受到较大的上拔力量时，特别是超过他的耐受力时，上拔的距离越多，抗浮力越小。为了提高这种高桩的抗拔力量，加大桩对土体依赖力量，开始使用非等面积抗拔桩。尽管如此，在日常工程建设中，根据具体情况，使用不同的抗浮桩类型，来满足实际需要。抗浮桩中经常采用灌注桩（非等截面抗拔桩）及预应力管桩、预制方桩（等截面抗拔桩）进行抗浮。

2.1 采用预应力管桩进行抗浮的优缺点

在工程建设中，预应力管桩典型代表就是预应力混凝土管桩。它是由圆形的桩身、端头板和钢套箍组成。预应力管桩广泛应用在高层建筑、铁路、桥梁和码头中。而其在抗浮力方面的主要优缺点表现如下：

优点：①预应力管桩进行抗浮设计，具有造价低。可以使用便宜的混凝土进行设计。一般来讲，在诸多桩型中，预应力管桩的单位承载力经济成本是最低的。②施工方便，施工速度快，工期短。具体的说就是在前期准备期间，设计到生产出可用的管仅需要3-4天；在施工过程中，一台仪器可以同时打7-8个桩子，施工简单；一般2-3万平方民的建筑面积，30天左右就可以沉好桩子；检测桩子的可用性，一般2-3个星期就可以完成。③桩子耐打磨，入土损失率少。主要是由于管桩自身具有跟高的强度，加上自身还有一些预应力。④可以入土层较深，场地干净，不存在淤泥运输等不便影响，特别适合在城市中施工等诸多优点。

缺点：①预应力管桩进行抗浮设计，该桩型的单桩竖向承载力主要是根据桩身与桩周岩土的总抗拔摩阻力及桩身抗拉强度的大小来确定，取两者之间较小者；同时，管桩为挤土桩，对土质有一定的限制，淤泥层较厚的土层，桩身容易偏位或倾斜。②除短桩外，桩抗拔的承载力通常由桩身抗拉强度所决定，而桩身抗拉强度则取决于接头能力，单节桩不存在接头问题，两节以上存在桩连接问题，桩接头如果出现质量问题，就会出现断桩现象而失效；接头型式，目前国内主要采用电焊焊接接头和机械快速接头（机械啮合接头），电焊焊接接头认为因素较大，质量不容易把控，故抗浮桩桩接头宜采用机械啮合接头。③在打击管桩入土时，虽然管桩本身没有影响，但是却使地面幌动，产生很大的噪音，没有淤泥但是能出来的土，且数量很多。这些对环境都有一定的污染性。④有些安装这类管桩的地质条件限制，如石灰岩地层，不适合使用这类管桩进行抗浮力作用。

抗浮预应力管桩桩头与承台的连接采用锯掉桩头后，在桩顶填芯混凝土中预埋连接钢筋的连接方式，填芯混凝土长度最好大于等于2m，抗拔力是通过填芯混凝土和管桩桩顶2m多高的内壁之间的粘结摩阻力传递到管桩桩身上，主要是靠混凝土的抗拉力阻止桩身开裂；所以填芯混凝土质量的好坏是抗浮管桩的关键，填芯混凝土应采用无收缩混凝土，应密实饱满，强度不低于C30。

因此，抗浮预应力管桩的桩身强度、接头以及桩头与承台的联接是关系到抗浮预应力管桩成败的关键问题。

2.2 采用扩底灌注桩进行抗浮的优缺点

灌注桩就是在设计的桩子上开孔，在孔内加入钢筋或者混凝土等成桩型。灌注桩抗浮靠桩侧土的表面摩擦阻力抗拔，此摩擦阻力较小，抗浮效果不佳；若在桩端设置扩大头，则能大大提高桩的抗拔能力。根据其成孔的方法不同，他具体可分为钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩、爆扩灌注桩等。而其在抗浮力方面的主要优缺点表现如下：

优点：①在施工时，不易污染环境，妨碍周围居民的生活。他没有震动声音，没有出来土的烦恼。②能够建造设计较大的桩子，特别是比预制桩直径大的。③各个场地基本都可以使用。④自身桩子的承载力不易受到其他因素的影响，稳定性好。⑤不需要像预应力管桩接桩和截桩，节约钢材。⑥抗施工工艺简单。

具体来说，根据不同管桩，又有不同的优点表现。抗浮扩底灌注桩主要分为人工挖孔灌注桩和钻孔灌注桩两种：①人工挖孔灌注桩：施工工艺简单，桩径较大，单桩承载力较高，桩长较短，施工时噪音干扰较小等诸多优点。②抗浮扩底钻孔灌注桩：不受土质限制，速度快，无振动，无噪音，桩长不限制等优点。此外，扩底钻孔灌注桩，大幅度地提高了承载力，增加抗拔力。在相同直径尺寸下，单桩轴向容许承载力比等径桩提高36%-50%以上。而在相同承载力的情况下，比等径桩混凝土用量节省27%-36%以上，且桩径越大，节省量越多。地质条件越好节省量越多，有些好的地质承载力能够提高100%。

缺点：①在持力层地下水位以下时，很难进行打孔，或者说难以成孔。②这个工程需要耗费大量的劳动力投入，资金成本也会加大。③在工程作业过程中危险系数较大。如果出现塌孔往往后果不堪设想。④一旦桩底物未清理干净就进行浇灌，形成桩底残渣过后，易造成桩子沉地不牢固或者不易进入土内等。⑤人为因素产生事故或者误差几率过多，在工程建设中不易把握。在抗浮扩底钻孔灌注桩中，主要缺点是钻孔灌注桩需要在一个较短的时间内完成水下混凝土隐蔽工程的灌注、无法直观的对质量进行控制、人为因素的影响较大，若稍有疏忽，很容易造成病桩、断桩等重大质量事故，危及桩基工程的安全。

3 建议措施

3.1 采用预应力管桩进行抗浮的应对措施

采用预应力管桩进行抗浮时，针对其存在的缺点，采取了相应的对策：①采取“积极”措施，制定合理的压桩顺序，以能够对压桩挤土过程中对先压桩的影响作用减少。其顺序主要为先内后外、对称施打、采取跳打、分段均衡施工以及先深后浅等等。如果是不同规格的桩则可以依照先长后短，先大后小的顺序进行施工，尽可能的提高土层挤压密实度。跳打距离则需要是大于或者等于4倍桩直径，在本次施工过程中跳打距离控制在6m之上。②选择合适的打桩速度，对每天的入土桩量实施控制。如果每天的压桩速度过快的话，日入桩量比较大的话，也就会导致出现土地剪切及团结时效未到，同时超孔隙水压力没有出现明显下降，土体应力也未消散，也就会对加压效应有所增加。在本次施工中每1000m2正方形范围内每天施压桩术不超过30根，沉桩速度控制在1m/min。③实施土体泄压措施，主要方式为打减压孔，以能够及时卸除压桩挤土效应，以免对土体压力造成影响，减压孔孔径最好是在300mm之下，施工过程中压桩顺序方向朝着减压孔方向逐渐靠近。另外一种方式也就是加强排水，最大化的使打桩出现的超孔隙水压力消散，在本次工程中采用的井点降水，一般情况下也可以采用挖沟降水以及排水措施。

3.2 采用扩底灌注桩进行抗浮的应对措施

采用扩底灌注桩进行抗浮时，针对其存在的缺点，采取了相应的应对措施，具体为：抗浮扩底灌注桩桩端设置扩大头，扩底直径D不能大于桩身直径3d，一般取1.5~2.0之间为佳，扩底高度一般为2.5*（D-d），扩底为锅底形，矢高为0.2D，这有利于混凝土前清除孔底沉渣和灌注时不形成死角而包渣，从而保证桩底混凝土质量。

4 效果分析

4.1 工程概况

本工程位于厦门某高档临海居住区内，基础设计采用静压预应力管桩，规格为PHC500-125-AB，总桩数1605桩。其中除一部分为单桩至五桩承台外，大部分为密集多桩承台，还有约一半的桩为大筏板基础桩，相邻桩心间距最小1500mm，净距1000mm。前期地质情况类似的相邻项目静压管桩施工中曾发生大面积浮桩现象，严重影响了工程质量和施工工期，并为处理浮桩现象耗费了大笔资金，成为深刻的教训。

4.2 应用效果

该工程为避免出现大面积浮桩现象，结合预应力管桩进行抗浮的优缺点，未雨绸缪，采取了相应的对策：①采取“积极”措施，制定合理的压桩顺序；②选择合适的打桩速度，对每天的入土桩量实施控制；③实施土体泄压措施，同时加强排水等。结果施工中没有发生浮桩现象，不仅有效保证了桩基工程施工质量，减免了处理浮桩现象的资金投入，也避免了因处理浮桩现象占用时间对工程施工工期的不利影响。

本工程浮桩观测共计49根桩，大部分桩（38根）无明显上浮（1cm以内），少量桩（8根）上浮1-3cm，3根异常桩（上浮＞3cm）及时进行了复压处理。如图1所示。

5 总结

抗浮预应力管桩作为抗拔桩，造价低，施工速度快，但是对土质有一定的要求，抗拔极限标准值低，且施工工艺要求高。不管是哪一种抗浮桩施工技术，在实际应用中均具有一定的缺点和优点，关于其具体的选择，则需要依照实际工程需要，同时还必须要依照实际情况针对不同抗浮桩施工技术的缺点，制定相应的改善措施，以提高施工质量和施工有效性。

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