高强预应力管桩静压法施工技术

【摘要】本文以武汉某污水处理厂项目房建桩基工程为实例，介绍了预应力管桩的类型，高强静压预应力管桩适宜的工程地质条件、静压管桩施工特点、成品质量控制、施工工艺、施工过程质量控制等施工技术。

【关键词】预应力管桩 静压法 施工技术

中图分类号： TU74 文献标识码： A

1.预应力混凝土管桩和管桩静压法简介

1.1 预应力混凝土管桩

近年来，预应力混凝土管桩作为一种新型基桩，被广泛应用于工业与民用建筑、铁路、公路、港口、水利等工程中，尤以工业与民用建筑工程应用最多。预应力管桩一般在工厂预制加工成型，按制作工艺分为后张法预应力管桩和先张法预应力管桩，按强度等级分为预应力混凝土管桩（代号PC）、预应力高强混凝土管桩（代号PHC）和预应力混凝土薄壁管桩（代号PTC）。PC桩混凝土强度等级不得低于C50，PHC桩强度等级不低于C80。

PHC桩的单位承载力造价是各种桩型中最低的，且综合经济效益指标也好于其他桩型。它的优点在于，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，检测方便；施工周期短；噪声小，无振动，无污染，符合环保要求。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、中砂为覆盖层的地区，持力层一般为粗砂、砾砂、圆砾、风化岩，入土深度一般为10m～70m。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。

1.2 管桩静压法施工

静压法施工是通过静力压桩机的压桩机构的自重和桩架上的配重作反力将预制管桩压入土体的一种沉桩工艺。目前静压法沉桩常用液压式机械，按施工方法分为顶压式和抱压式两种。静压法施工的优点主要有：施工时无噪音无震动、预制桩的施工应力比锤击桩小、施工桩长不受施工机械设备的限制、送桩深度深且送桩后桩头质量较可靠、可适应某些特殊地质条件、容易复压、造价较便宜且利于现场文明施工。由于这些优点，近年来，采用静力压桩法施工预应力管桩的工程越来越多。

2.工程概况

武汉某污水处理厂的鼓风机房及变配电间、加药间、污泥浓缩脱水车间、污泥消化控制室、综合楼、机修仓库车库等房建工程，设计采用高强预应力管桩（桩型号PHC-AB400-90）处理地基，且建议优先选用静压法施工。房建工程下部所在地质情况是：地层由人工填土、全新统湖积相、冲积相粘性土及中更新统冲积相粘性土、粉质粘土、粉细砂砾石、砾砂夹粉质粘土等构成。地面以下0~2m范围内为素填土及部分淤泥，1.4~6m厚度内为粘土，部分为淤泥质粘土，6.7~23.2m范围内为粘土层，17.3~27.4m范围内为砾砂夹粉质粘土。设计要求将桩端落在砾砂夹粉质粘土层或老粘土层上，有效桩长在24~26m左右。桩端进入持力层的深度以压桩力与桩长双控。桩径均设计为400mm，壁厚90mm，管桩混凝土强度C80，总施工桩数为433根，总桩长9690m。桩长采用三节接桩，桩顶设承台。

3.预应力管桩施工程序

3.1 施工工艺流程

对各单体建筑物而言，静压法施工预应力混凝土管桩的施工工艺流程如下：

施工准备测量定位桩机就位复核桩位吊桩插桩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桩芯细石混凝土竣工

3.2 施工准备工作

沉桩前应充分做好施工准备工作，以保证沉桩质量及沉桩过程的顺利进行。主要应做好以下几项工作：

（1）编制施工技术方案。方案中对设计要求、工程概况、现场施工人员组织、设备进场计划、场地平面布置、总体施工顺序、质量安全保证措施、现场文明施工等进行阐述。

（2）施工队伍资质审查。必须对压桩队伍的资质材料进行审查与管理，了解施工队的业绩及压桩水平，审查其施工方案、压桩路线、施工进度计划，并评价其可行性。要求施工队每个技术人员，包括施工技术员、焊工、记录员、开机员等都必须具有相应技术资格证和上岗证。

（3）静压桩机选择。应根据工程地质资料和设计单桩承载力要求，准确地选择压桩机。如果压桩机吨位过小，可能出现桩压不下的情况，因而无法达到设计承载力要求；反之，如果压桩机吨位过大，易发生陷机情况。所以应合理选择桩机，尽量采用超载施工。一般情况下，桩机的压桩力应不小于单桩竖向极限承载力标准值的1.2倍。本工程管桩施工设备采用湖南山河智能集团生产的ZYJ600型液压静力压桩机，其主压桩缸单独工作时最大压桩力能达到300tf，完全能满足要求。压桩机进场后应经过检修调试，并对其施工期间的进出场路线及日常保养维护做出安排。

（4）施工放线与定桩位。由于放线的准确与否直接影响建筑物的位置是否符合设计要求，而桩位的准确与否又直接影响着整个工程的结构，因此，这两个工序的重要性不容忽视。项目技术管理人员应该对已定好的轴线位置进行复核，根据建筑物与结构桩位图逐位校核，发现不符合要求的及时纠正。

（5）桩体质量检查。首先必须对桩尖进行查验、测量，按照管桩有关规范对于桩尖的构造要求和设计图纸要求，对所有到场的桩尖进行测量，不满足设计和管桩规范要求的，责令其更换；对所有到场的管桩进行仔细认真地查验，测量管桩的外径、壁厚、桩身、长度、桩身弯曲度等有关尺寸，并详细记录。特别是管壁厚度，由于静压法施工中的夹持力较大，壁厚不够很容易把桩夹碎。同时应对桩身外观质量进行仔细地查验，检查桩身是否粘皮麻面、内外表面是否露筋、表面是否有裂缝、是否断头脱头、桩套箍是否凹陷、表面砼是否坍落等情况，不符合管桩规范要求的，责令厂家退回。

3.3 桩的吊装、运输及堆放

桩混凝土强度宜超过80%时才能吊装，吊装有两种方法：

（1）支点法，两支点设在离桩两端0.21L 处（L为桩长，下同。桩长大于13m 的桩宜采用此种方法）；

（2）直接进行水平起吊，采用专用吊钩钩住管桩两端内壁直接进行水平起吊（此种方法适用于桩长不大于13m 的桩）。

桩强度宜超过100％时方可运输，桩在运输过程中支承应满足堆放的要求，并且要绑扎牢固。桩堆放场地要坚实平整，且最下层要在两支点下放垫木，且垫木支撑点应在同一平面上，两支点设在离桩两端0.21L 处。本工程桩的堆放层数不得超过四层。桩的吊装、运输及堆放过程中应轻起轻放，应避免振动、碰撞、滚落。

3.4 沉桩施工

（1）施工顺序。沉桩施工顺序一般宜采用先长桩后短桩，先大径后小径的原则，自中间分两边对称前进，或自中间向四周进行。

（2）测放桩位。测放的桩位经测量监理复测无误后方可进行沉桩，并且每天施工前要检查即将施打的桩位与邻桩之间的尺寸是否正确。为便于送桩高度控制设一定数量的水准点。

（3）桩机就位。检查桩机，确保设备正常运转后移动设备就位、对中、调直。根据桩位平面图、总平面图及建设方提供的坐标控制点进行桩位测放。经监理验收桩位合格签证后，桩机方可就位。压桩机就位时应对准桩位，启动平台支腿油缸，校正平台处于水平状态。

（4）插桩（图1）。启动门架支撑油缸，使门架作微倾150，以便吊插预制桩。起吊预制桩时先栓好吊装用的钢丝绳及索具，然后应用索具捆绑桩上部约50cm 处，起吊预制桩至桩机夹具，启动油缸，使夹具抱紧桩身，然后调整桩基位置，使桩尖垂直对准桩位中心，缓缓插入土中。

（5）压桩。当桩尖插入桩位后，微微启动压桩油罐，待桩入土至50cm 时，可利用架设在通视安全处（一般距桩机不小于15m）约成900 的一台经纬仪和一台水准仪，测量桩的垂直度和平台的水平度，再次校正桩的垂直度和平台的水平度，使桩的纵横双向垂直偏差不超过0.5%。如果超差，必须及时调整，但须保证桩身不裂，必要时拔出重插，不得用强拔的方法进行快速纠偏，以免造成桩身拉裂、折断。然后再启动压桩油缸，把桩徐徐压下，控制施压速度不超过2m/min。

沉桩时，管桩的垂直度必须严格控制，施工时必须保证第一节桩的施工质量。在通视安全处架设水准仪一台，控制桩顶标高。

压桩的顺序：当建筑面积较大，桩数较多时，可将基桩分为数段，压桩在各段范围内分别进行。对多桩台，应由中央向两边或从中心向外施压。在粉质粘土及粘土地基施工，应避免沿单一方向进行，以免向一边挤压，造成压入深度不一，地基挤密程度不均。

图1管桩起吊及插桩 图2管桩焊接

（6）接桩（图2）。桩长度不够时，可采用端板焊接连接接桩。方法是：起吊上节桩，矫正上节桩桩身，对准下节桩导向箍放下，以保证上下桩节找正对直，上下桩中心线应对齐，坡口错位偏差不得大于2mm，用目测上下两节桩确保其垂直和接触面吻合，接合面之间的空隙不得大于2mm，如桩节间隙过大，可用铁片填实焊牢。接桩一般在距离地面1m 左右进行。焊接时由2 人对称施焊，减少焊接变形。手工焊接时第一层必须用Φ3.2 电焊条打底，以保证根部焊透，第二层方可用粗焊条（Φ4 或Φ5）施焊，电焊厚度宜高出坡口1mm，焊缝高度偏差不得大于1mm。焊缝必须每层检查，保证焊缝密实无沙眼、夹渣、气孔等缺陷。焊缝应满足《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2011）二级焊缝和设计要求，对接头钢箍焊缝和外露金属部分应刷两遍防锈涂料。接桩后焊缝降温8min 后再施打，严禁用水冷却或焊好后即压。并且按设计和有关规范做好探伤工作和隐蔽验收。焊接前应将端板坡口上的浮锈及污物清除干净，露出金属光泽。

（7）压桩应连续进行，当压桩力已达到两倍设计荷载或桩端已到达持力层时，应随即进行稳压。当桩长于15m 或粘性土为持力层时，宜取略大于2 倍设计荷载作为最后稳压力，并稳压不少于5 次，每次1min，当桩长大于15m 或密实砂土为持力层时，宜取2 倍设计荷载作为最后稳压力，并稳压不少于3 次，每次1min，测定其最后各次稳压时的贯入度。

（8）压桩施工时，应由专人或开启自动记录设备做好施工记录，开始压桩时应记录桩每沉下1m 油压表压力值，当下沉至设计标高或两倍呈设计荷载时，应记录最后三次稳压贯入度。

（9）当桩顶高出设计标高须截桩时，宜采用机械切割，应先将不需要截除的桩身端部用钢抱箍箍紧，然后进行切割。严禁用大锤砸。

4.质量标准

（1）保证项目

a. 桩的质量必须符合设计要求和施工规范的规定，并有出厂合格证。

b. 桩的贯入度必须符合设计要求，最后几次的贯入度不能依次递增。

c. 桩的接头节点处理必须符合设计要求和施工规范的规定。

d. 接桩时，所使用的焊条必须达到设计要求和施工规范的规定，并有出厂合格证。

e. 应按设计进行低应变动测试验。

（2）允许偏差项目

施工允许偏差及检验方法见下表：

项 次 项目 允许偏差(mm) 检验方法

1 单排或双排桩条形桩基

(1)垂直于条形桩基纵轴方向

(2)平行于条形桩基纵轴方向

100

150 用经纬仪或拉线和尺量检查

2 桩数为1-3 根桩基中的桩 100 用经纬仪或拉线和尺量检查

3 桩数为4-16 根桩基中的桩 1/3 桩径或1/3 边长 用经纬仪或拉线和尺量检查

4 桩数大于16 根桩基中的桩

(1)最外边的桩

(2)中间桩

1/3桩径或1/3 边长

1/2 桩径或1/2 边长 用经纬仪或拉线和尺量检查

5 按标高控制的桩，桩顶标高 -50～+100 用水准仪检查

5.成品保护

（1）桩应达到设计强度的70%时方可起吊，达到100%时才能运输，以防出现裂缝或断裂。

（2）桩起吊和搬运时吊点应符合设计要求，并应平稳，不得损伤。

（3）桩的堆放场地应平整、坚实，不得产生不均匀沉降；垫木应放在靠近吊点处，并应保持在同一平面内；同规格的桩应堆放在一起，桩尖应向一端；桩重叠堆放时，上下层垫木应对齐，堆放层数一般不宜超过4 层。

（4）妥善保护桩基的轴线桩和水平基点桩，不得受到碰撞和振动而造成位移。

（5）在软土地基中打桩完毕，基坑开挖应制定合理的开挖顺序和采取一定的技术措施，防止桩倾斜或位移。

（6）在凿除高出设计标高的桩顶混凝土时，应自上而下进行，不横向凿打，以免桩受水平冲击力而受到破坏或松动，用气割切断钢筋。

6.安全措施

（1）机械司机在施工操作时，要精力集中，听从指挥信号，不得随意离开岗位，应经常注意机械的运转情况，发现异常应立即检查处理。以防止机械倾斜、倾倒，或液压不工作时，突然下落等事故的发生。

（2）桩应达到设计强度75%方可起吊，达到100%方可运输和压桩。

（3）桩在起吊和搬运时，吊点应符合设计要求，如设计无规定时，当桩长在16m 内，可用一个吊点起吊，吊点位置应设在距桩端长0.29 桩长处。

（4）压桩前，应对邻近施工范围内的原有建筑物、地下管线等进行检查，对有影响的工程，应采取有效的加固防护措施，施工时加强观测，以确保施工安全。

（5）压桩机行走道路必须平整、坚实，必要时宜铺设道渣，经压路机碾压密实。场地四周应挖排水沟以利排水，保证移动桩机时的安全。

（6）沉桩前应先全面检查机械各个部件及情况，钢丝绳是否完好，发现有问题时应及时解决；检查后要进行试运转，严禁带病作业。压桩机械设备应由专人操作，并经常检查机架部分有无脱焊和螺栓松动，注意机械的运转情况，加强机械的维护保养，以保证机械正常使用。

（7）压桩机架安设应铺垫平稳、牢固。吊桩就位时，起吊要慢，并拉住溜绳，防止桩头冲击桩架，撞坏桩身。吊立后要加强检查，发现不安全情况，及时处理。

（8）在压桩过程中遇有地坪隆起或下陷时，应随时对机架及路轨调平或垫平。

（9）现场操作人员要戴安全帽，高空检修桩机，不得向下丢物件。

（10）夜间施工必须有足够的照明设施；雷雨天、大风、大雾天，应停止沉桩作业。

7.施工注意事项

（1）压桩施工前应清除桩位下的障碍物，必要时应对每个桩位进行钎探清查一遍。对桩平直度要进行检查，发现桩身弯曲超过1/1000 桩长，并大于20mm，或桩尖不在桩纵轴线上的，不应使用，以避免压桩时出现断裂或桩顶位移。

（2）接桩施工时，应对连接部位上的杂质、油污、水分等清理干净；上下节桩应在同一轴线上，然后才能对称施焊焊接。

（3）压桩时预制桩强度必须达到设计强度的100%；蒸汽养护的预制桩应再经自然养护一个龄期后方准施压。

（4）沉桩时如设计要求的土层与地质资料或实际土层不符时，应停止施工，与有关单位研究处理。

（5）在邻近有建筑物或岸边、斜坡上打桩时，应会同有关单位采取有效的防护措施，施工应加强观测。

（6）送桩拔出后留下的桩孔，应及时回填和加盖。

（7）严禁用方桩送桩器送管桩，必须使用回管桩直径的圆形送桩器。

（8）桩基施工完毕后，应休止10 d方可进行土方开挖。

8. 结语

高强预应力管桩静压法施工适宜以粘土层、砂层、强风化岩层或风化残积土层厚的地层作为持力层；施工时应根据工程具体情况合理选择压桩顺序并采取有效措施来消除挤土效应的影响。这种类型的桩施工无污染、施工周期短、桩身质量有保证，且每根桩在施工时能时刻反映其压力值，据此可以直观评价单桩承载力，在同等情况下采用静压管桩可节省工程造价20%以上，工期缩短30d以上，因此其综合效益好，有广阔的发展前景。