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1、试论高强预应力混凝土管桩施工杨军山（鄂州大学 建工学院2005房产 湖北鄂州 ）内容摘要：本文通过对鄂重新厂建设工程的预应力混凝土桩基采用液压法施工的工艺、施工中注意的事项及适用条件以及桩的质量控制。，适应当地社会主义市场经济的发展需要，最终为促进社会生产力发展服务。关键词：预应力混凝土管桩；液压法；试验；质量控制；监理要点引 言我国经经过几年来的推广应用，预应力混凝土管桩作为一种较新型的基桩已被湖北土木界所逐渐接受。目前湖北高层建筑桩基主要采用人工挖孔桩、冲钻孔灌注桩和预应力管桩。在10-30层楼房的基础工程中，原来采用人工挖孔桩和冲钻孔灌注桩的，有不少已被预应力管桩所替代，这是因为预应力管
2、桩具有工程造价较便宜、质量较可靠、长度易调整、施工速度快、监理方便、检测时间短、现场简洁等优点。以液压法压入式施工桩工艺替代锤击，既无噪声也对环境无任何污染，且基础造价约为人工挖孔桩及机械钻桩的40%60%, 具有广泛的应用前景。近年来, 中部地区管桩应用也逐渐推广。本文以鄂重新厂建设工程的桩基工程为例，介绍高强度预应力混凝土管桩的施工方法，设计、施工中应注意的事项及适用条件以及桩的质量控制。1.工程概况湖北大通运输业股份有限公司投资兴建鄂重新厂位于鄂州市樊口工业园樊蒲大道与常山路交界处，该厂由武汉理工大学设计研究院设计；该工程为刚排架结构单层，总高度为26.25m。总占地面积.6，其中工业厂
3、房十四跨60156，综合办公楼一期7660、二期2560该工程基础采用先张法预应力混凝土管桩，桩型分别为PHCAB400（95）C80、PHCAB500（125）C80。地质状况：地面以下0.43.0m为素土层，为新近堆填粘性土，地表平坦，素土层往下为淤泥层，属冲刷和淤泥环境沉积类型。第四纪软土厚度较大，特别是第二层的淤泥层，厚度达3.0816.0m，层面为极具特色的海陆沉积湛江组层型。场区下水位于地表下250m层面，属上层滞水带类型。水对混凝土结构钢筋的腐蚀性评价均为弱腐蚀。该工程桩基设计采用高强度预应力混凝土管桩(PHC-AB桩径为400mm，壁厚95mm，管桩混凝土强度C80)。该工程桩
4、基设计单桩竖向承载力为4300kN，有效桩长为30-34m，总桩数667根，采用三节接桩。基础采用群桩上分组承台。管桩全部采用液压法压入式施工。2.高强预应力混凝土管桩(PHC桩)的特点及适用范围 2.1 PHC桩的特点 PHC桩的单位承载力造价是各种桩型中心最低的，且综合经济效益指标也好于其他桩型。竹桩穿透土层的能力特别强，对持力层起伏变化大的地质条件适应性强；成桩质量可靠，监理、检测方便；施工周期短；噪声小，无振动，无污染，符合环保要求。但PHC桩延性差，超过其桩身承受的极限荷载时会出现脆性破坏，2.2 适用范围PHC桩适用范围广，适用于以人工填土、软土、粘性土、粉土、粉砂、细砂、中砂为覆
5、盖层的地区，持力层一般为粗砂、砾砂、圆砾、风化岩，人土深度一般为10m70m。3.预应力混凝土管桩的质量检验与试验桩的质量检验液压法压桩同锤击法沉桩，但可利用静力压桩机作反力平衡装置进行桩的静载试验，可省去设置锚桩和反力梁等。为了保证工程的质量，必须分阶段进行单桩承载力的静载和动测试验。31 静载试验法 以鄂重新厂建设工程的桩基质量试验为例：管桩的静载试验要模拟实际荷载情况，通过静力加压，得出3根试桩荷载一沉降关系曲线近似 试桩的入土深度分别为3050m、2970m和3190m，表明均进入第6层粘土层。根据上述系列关系曲线，综合评定确定其容许承载力，它已较好地反映单桩的实际承载力，满足设计要求
6、。 预应力混凝土管桩在桩身强度达到设计要求的前提下，对于粘性土，不应少于15d，且待桩身与土体的结合基本趋于稳定，才能进行试验。1 上述试验曲线表明，试桩的桩周摩擦阻力和端承力发挥正常，桩身质量良好，其承载力标准值均大于设计要求4300kN的标准值。 单桩竖向抗压静载试验一般采用油压千斤顶加载，千斤顶的加载反力装置可根据现场实际条件采用如下方法：(1)锚桩横梁反力装置：由4根锚桩、主梁、次梁、油压千斤顶以及测量仪表等组成。锚桩、反力梁装置能提供的反力应不小于预估最大试验荷载的1215倍。(2)压重平台反力装置：由支墩、钢横梁、钢锭、油压千斤项及测量仪表等组成。压重量不得少于预估试桩破坏荷载的1
7、2倍；压重应在试验开始前一次加上，并均匀稳固的放置于平台上。32 动测试验法 动测试验法，又称动力无损检测法，是检测桩基承载力及桩身质量的一项新技术。高应变动力测试法，也是作为静载试验的补充。采用PDA打桩分析仪桩基测试方法，是利用重锤锤击桩头使桩头产生一个永久性位移而得出桩的极限承载力和桩身结构完整资料。4、高强预应力混凝土管桩施工的监理要点4.1 施工前的监理控制检查建筑场所和邻近的高压电缆、通讯线路和其他地下管线； 研究工程地质报告、桩位平面布置图、桩基结构施工图； 审核承建单位的主要技术人员的资质； 审核承建人的施工组织设计或施工技术方案； 检查预应力管桩的合格证，并进行管桩外观检查，
8、核对管桩直径、壁厚、长度，以及生产日期； 检查备用电源的供电能力； 审核周边沉降观测点布置。 4.2 施工中的监理控制复查测量放线、桩位及标高控制； 沉桩过程中，检查接桩的焊接质量。桩的对中定位和垂直度的控制情况。接头施焊要对称进行，焊缝要饱满，焊接时间要控制恰当，焊接完成后须自然冷却5min10min，才可继续沉桩； 沉桩到位后，检查油压表续数是否达到预定值，以及终压次数是否符合设计要求； 组织设计院、质监站、甲方及施工方，确认静载试验以及动测的数量和桩号； 审核土方开挖的施工技术方案； 土方开挖过程中，监理人员须跟班检及时处理好施工中出现的问题。 4.3 施工后的控制静载试验和动测工作须在
9、管桩复压完毕15d后进行； 审查施工方提交的沉桩记录、隐蔽工程记录、桩位平面布置图； 组织有关单位进行管桩验收； 组织对桩基工程进行质量评定。 5液压入桩的施工方法51 施工程序 液压管桩的施工程序为：测量定位一桩机就位复核桩位吊桩插桩一桩身对中调直静压沉桩接桩再静压沉桩送桩终止压桩桩质量检验切割桩头填充管桩内的细石混凝土。2(1)测量定位:施工前放好轴线和每一个桩位，在桩位中心打一个短竹桩，并做上红色信号，外撒石灰使标记明显，如在较软的场地施工，由于桩基的行走会挤走预定桩位，故当桩机大体就位之后要重新测定桩位。(2)桩尖就位、对中、调直：对于压桩机,通过起动纵向和横向行走油缸，将桩尖对准桩位
10、；开动压桩油缸将桩压入土中1m左右后停止压桩，调正桩在两个方向的垂直度。第一节是否垂直，是保证桩身质量的关键。(3)压桩：通过夹持油缸将桩夹紧，然后使压桩油缸伸程，将压力施加到桩上。压入力由压力表反映。在压桩过程中要认真记录桩入土深度和压力表读数的关系，以判断桩的质量及承载力。当压力表读数突然上升或下降时，要停机对照地质资料进行分析，看是否遇到障碍物或产生断桩情况等。(4)接桩：当下节桩压到露地面0.6-0.8m时，应接上第二节，接桩时先用钢丝刷刷去桩头上泥沙等杂物，然后将上节桩落下，使上下两节桩头重合，最大错位3mm，保持上节桩垂直，上下两节桩轴心在同一轴线，弯曲矢高不大于1，然后，采用二氧
11、化碳气体保护焊进行对称双层堆焊，使焊缝均匀连续饱满，确保不断弧，无咬口。焊完后冷却应大于一分钟后再施压，严禁用水冷却或焊好即大。(5)送桩：如压桩力达不到设计值应会同有关部门共同协商后解决，确保各项指标符合设计要求。(6)压桩结束：记录人员应将压桩全部过程数据详细记录在施工记录中。52 施工要点(1)静力压桩单桩竖向承载力，可通过桩的终止压力值大致判断，但因土质的不同而异。桩的终止压力不等于单桩的极限承载力，要通过静载对比试验来确定一个系数，然后再利用系数和终止压力，求出单桩竖向承载力的标准值?，即?kN。如判断的终止压力值不能满足设计要求，应立即采取送压加深处理或补桩，以保证桩基的施工质量。
12、 压桩应控制好终止条件。鄂重新厂静压管桩基础工程，压桩到设计桩长时，压力表的压力达到单桩承载力27倍时，即可停止压桩，否则应增加桩长，并会同设计单位另行处理。(2)压桩应连续进行，采用二氧化碳气体保护焊进行对称双层堆焊，接桩间歇不宜过长(正常气温下为1018min)3接桩面应保持干净，浇注时间不应超过2min；上下校中心线应对齐，偏差不大于3mm；节点弯曲矢高不得大于1桩长。(3)垂直度控制，调校桩的垂直度是沉桩质量的关键，须高度重视。插桩在一般情况下入土3050为宜，然后进行调校。桩机驾驶人员在施工长的组织、指挥下，掌握好双方角度尺两个方向上都归零点，使桩机纵横方向保持水平，调校垂直在规范允
13、许值以内才能沉桩。在沉桩过程中施工员随时观察桩的进尺变化，如遇地质层有障碍物、桩杆偏移时，应分一二个行程逐渐调直。53 沉桩线路的选定 预应力桩基施工时随着入桩段数的增多，各层地质构造土体密度随之增高。土体与桩身表面间的摩擦阻力也相应增大，压桩所需的压入力也在增大。为使压桩中各桩的压力阻力基本接近，入桩线路应选择单向行进，不能从两侧往中间进行(即所谓打关门桩)，这样地基土在人桩挤密过程中，土体可自由向外扩张，即可避免地基土上溢使地表升高，又不致因土的挤压而造成部分桩身倾斜，保证了群桩的工作基本均匀并符合设计值。36 桩头填芯的质量控制桩与上部结构的连接主要通过桩的承台，如何保证桩与承台的连接达
14、到要求，是保证工程质量的关键，因此桩头嵌入承台的长度不宜太短，有关管桩技术规范规定不宜小于10cm。4本工程中在桩头的桩管内填充1000高的C30细石混凝土，并在混凝土中均分插入614钢筋与承台连接，在施工时首先清除桩头和桩心内的残留物，目的是保证混凝土秘桩的粘结，并用钢钎或震动棒震实。从日本桩基的典型震害实例调查中可知，有不少是由于桩嵌入承台长度不足，抗拔不够，因此在地震设防区有必要把桩嵌入承台的长度加长，且桩头的插筋长度也应加长及增加配筋量，桩头填芯砼的强度等级应满足规范要求和设计要求。这一环节的重要性显而易见，工程有关技术管理人员应该加强这一环节的质量控制。7管桩与承台的连接方式 上述工
15、程管桩与承台采用刚接。管桩的桩头均采用专用工具锯断，断口平齐，故不能利用桩身内的钢筋伸入承台作为连接的钢筋。在桩头的桩管内填充1000mm高的C30细石混凝土，并在混凝土中均分插入614钢筋与承台连接。8管桩的设计及施工中应注意的事项(1)管桩的造价较高，桩基础设计时须根据上部荷载、工程地质条件等综合考虑，多方案比较后方可采用。同一工程中桩的规格、型号不应太多，以免造成施工困难，特别是注意避免造成施工错误。(2)综合考虑地质情况和桩身强度，确定单桩承载力。管桩为开口桩，根据现场压桩观察分析，在入土过程中，会较快地在桩尖处形成土楔，使其入土时的挤土情况与闭口桩无异，故在确定单桩承载力时将开口桩按
16、闭口桩考虑。(3)适当限制压桩速度，沉桩速度一般控制在lmmin左右为宜，使各层土体能正确反映其抗剪能力。当地基表层中存在大块石头等障碍物时，要避免压偏。(4)压桩机应根据土质情况配足额重量或选用相应的液压桩机。(5)若采用焊接法接桩时，须分层均匀地将套箍对焊的焊缝填满，为加快施工速度，减少接桩时间，可设23名焊工同时施焊，焊毕停约lmin即可进行沉桩。(6)管桩身不受损坏；桩帽、桩身和送桩的中心线应重合；压同一根桩应缩短停息时间。(7)压桩机的液压入桩有一定的垂直行程高度，如YZY360桩机的垂直行程为15m，即每入桩15m即松开抱桩器。开动油泵使之上移，再抱桩固定压入，循环作业。在开始的第
17、一二个行程，要特别注意控制桩身的垂直度。(8)记录入桩行程深度及相应压力值，以判别入桩情况正常与否及桩的承载能力。(9)为减少静力压桩的挤土效应，应采取如下措施：a) 设置袋装砂井或塑料排水板，以消除部分超孔隙水压力，减少挤土现象。袋装砂井直径一般为7080mm，间距l15m，深度1012m。塑料排水板的深度、间距与袋装砂井相同。5B) 设置隔离板桩c) 压桩过程中应加强邻近建筑物、地下管线的观测、监护。结论90年代以来，广东湛江沿海滩涂和软土地区，高强度预应力混凝土管桩已被推广应用于房屋建筑和桥梁、码头等工程中。软土地基广泛采用预制桩基础，用柴油锤击入桩时噪声大且拌有浓烟油污，尤其在市区中心和居民区内的施工中，有悖于环境和文明施工要求。以液压法压入式施工桩工艺替代锤击，既无噪声也对环境无任何污染，具有广泛的应用前景。本文以湛江自来水公司、湛江海运集团公司工程的桩基工程为例，介绍高强度预应力混凝土管桩的施工方法，设计、施工中应注意的事项及适用条件以及桩的质量控制。【参考文献】1 科技创业月刊-2007年20卷2期 -198-199页2 鄂重新厂建设工程施工方案3 鄂重新厂建设工程施工组织设计4 鄂重新厂建设工程地质勘察资料5 先张法预应力砼管桩GB13476-1999