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目前在PHC管桩应用中对其沉桩性状和承载力特征的认识,普遍地沿用预制桩的设计经验和施工经验,结果有一部分桩基出现了一系列诸如:设计保守,桩型选用失误,基桩偏位、上浮、倾斜、折断、纵向开裂、截桩、补桩等质量问题,增加了桩基工程的投资控制和工期控制的风险,引发了工程索赔等责任模糊的经济纠纷,到最后往往不是桩基施工单位或就是建设单位不明不白的承担了相关的损失。
本文首先列举和分析了上述各种关于PHC管桩的应用问题,指出了PHC管桩质量问题的多样性、复杂性、综合性。其次以开口管桩特有的土塞作用为研究对象,重点分析了土塞的形成过程。提出了沉桩时桩端管壁下会形成楔体,楔体对形成土塞作用具有不可忽视的影响。继而根据楔体作用建立了土塞应力的计算公式,提出了土塞的核心破坏模式和整体滑动模式,并且在考虑了桩靴壁厚因素后对土塞恢复率的定义进行修正。分析了桩内径与土塞的闭塞效应成反比的结论存在不妥之处,建立了径厚比与土塞的闭塞效应的较为合理的关系。同时,提出了改变桩靴的截面形状、调整桩靴直径与管内直径的相对大小可以不同程度的消减或增强土塞的闭塞效应,从而,由认识土塞提升到了有效的利用和控制土塞作用。随后,从土体的应力应变的非线性模型着手,分析了管桩的挤土效应,提出了提高PHC管桩单位承载力的几种方法。分析了桩侧阻深度效应,并提出了侧阻深度效应的计算公式。提出了基于土塞恢复率的PHC管桩的极限承载力标准值的计算公式,克服了PHC管桩的以往承载力计算公式不能考虑桩端位移对承载力影响的缺点。文章在最后通过介绍一个投资近7亿的重大项目的桩基质量问题,总结了PHC管桩被判定为的三、四类缺陷桩的处理方法,特别值得借鉴的是,其中一些处理方法引用了当时一些专家的评审意见。
本文对PHC管桩的进行了一些基础性研究工作,在楔体作用形成土塞的理论的前提下,为深入而系统的研究PHC管桩的应用提供了一个更好的平台。