高强预应力管桩的施工技术论文

高强预应力混凝土管桩的施工技术广州城建职业学院陈雄辉2010.12 摘要 ：本文从桩基施工的特点出发，主要介绍目前广东常用的高强预应力混凝土管桩，用锤击法和抱压式静力压桩法成桩的基本原理、机械设备、工艺过程、收桩标准、生产特点、优缺点和适用范围，以及施工质量验收等内容。 关键词 ：高强预应力混凝土管桩锤击沉桩法抱压式静力压桩法特点适用性一、桩基础施工概述1. 桩是一种很古老而又一直使用的深基础型式，桩型很多，还会不断变化；2. 桩型取决于下部的自然地质条件，上部的结构型式和受荷情况，还有当地的技术经济条件；3. 要选择一种安全可靠、便于施工、机械化程度高、质量控制和检验简捷、经济合理的桩型，涉及到各个方面；强调设计、施工、岩土等专业应三位一体，密切配合，才能顺利完成。 特别是在施工阶段，更加要共同研究， 一旦桩的入土深度短于设计的桩长较多时，应及时对桩的承载力和桩的数量做出必要的调整。4. 桩在建筑结构中的地位十分重要，它是一项隐蔽工程，场地的自然条件性质多变，目前的勘察技术有一定的局限性， 施工过程影响因素多， 完工后终检局限性很大， 到那时如发现不合格，补救处理较难，迫使我们订出一套管理办法来进行质量控制。5. 改革开放 30 多年来，广东经济高速发展，推动建筑技术较快发展。建设主管部门重视，经过勘察、设计、施工、制作、机械各专业的庞大团队，紧密配合，长期不懈努力，成功研制和推广应用高强预应力混凝土管桩， 锤击打入法和静力压入法， 成为一种主导施工方法，取得巨大的经济效益。二、做好施工前的准备工作根椐桩基础的特点， 施工准备工作做得好不好， 对成桩质量有十分重要的影响。 主要做好如下的准备工作：1. 熟悉设计图纸，充分了解设计意图；2. 弄清场地情况，上部如地形、地貌、表土承载力、四邻建筑物、空中的高压线情况，供水、电的条件；下部如水文、地质、管线、旧基础的情况；3. 有针对性的制定施工方案，如方法、设备、顺序、布局、安全措施等；4. 确定测量控制网，如水准点、定位轴线；掌握施工场地、四邻建筑物的结构现状和沉降观测的原始资料；5. 选择机械设备，配备施工人员；6. 试桩，数量按总桩数的 1%且不得少于 5 根；目的是校核设计依椐和施工方案，预测单桩承载力， 验证打桩设备选择是否合适， 确定收锤标准。 专门的试桩要压至呈破坏状态 （加荷再也上不去，桩被压坏或变形超过规定），工程桩兼试桩要压至设计承载力的2 倍。三、锤击法打 PHC管桩1. 打桩设备 . 宜选用筒式柴油锤或液压锤，根椐单桩设计承载力、桩径选择打桩锤柴油锤型号30#-36 #40#-50 #60#-62 #72#80#冲击体重量3.2 ，3.5 ，4.0 ， 4.5 ，6.0 ，6.27.28.0（ t ）3.64.6 ， 5.0锤的总重量7.2-8.29.2-11.012.5-15.018.417.4-20.5（ t ）常用的冲程1.6-3.21.8-3.21.9-3.61.8-2.52.0-3.4（ m）适用管桩 300， 400400， 500 500， 600 600 600规格（ mm）单桩承载力500-1500800-18001600-26001800-30002000-3500特征值（ kN）桩尖可进入密实的砂层，强风化岩强风化岩强风化岩强风化岩坚硬的土层，的岩层（ N 50）（ N50）（N 50）（ N 50）强风化岩常用收锤的贯入度20-4020-4020-5030-6030-60（mm/10击）液压锤规格77-99-119-1311-13（ t ） . 配备与管桩直径相匹配的桩帽，衬垫，送桩器、打桩自动记录仪； . 配备电焊机、气割工具、索具、撬棍、钢丝刷、锯桩器、经纬仪、水准仪、水准尺、线锤、吊架、尼龙绳、吊锤、戴铁丝罩的24V 低压灯泡、孔内摄像仪。 . 打桩机由打桩架、行走机构、卷扬机、打桩锤等组成。优先选用液压打桩锤，宜用三点支撑履带自行式打桩机，还可使用简易打桩架，不宜使用自由落锤。2. 选择桩尖 . 平底十字型桩尖，适用于土层逐渐变硬，以强风化岩作持力层的地质条件； . 尖底十字型桩尖，适用于一般的地质条件，是平底型桩尖的改进；适应范围较广，所用钢材更节约，是大量使用的桩尖。 . 有锯齿的十字型桩尖，这种桩尖刚性较好，适用于强风化岩的倾斜度在30-45 的地质，可以防止桩在岩石面出现滑移破坏。 . 四棱锥型桩尖，刚性好穿越性较强，适用于需要穿越较厚砂砾层地质。3. 确定打桩路线打桩路线就是打桩的先后次序， 挤土桩才有此要求， 目的是尽量减少挤土效应， 又要便于施工、提高功效。对于密集的桩群， 自中间向两个方向或四周施打； 当一侧毗邻建筑物时， 由毗邻建筑物处向另一方向施打； 根椐基础的设计标高， 宜先深后浅； 根椐桩的规格和受力， 宜先大后小，先长后短。对于密集的桩群，还应采取跳打的方法。4. 打桩过程放桩尖桩管起吊就位、焊接桩尖试轻击打入第1m，校正确垂直度打顺后全落距施打接桩记录每下沉1m的锤击数和下沉量测量完成后的桩顶标高和地面标高迁移桩机至下一个桩位。5.收锤标准（将管桩打至设计要求，终止锤击的施工控制条件）每 10 锤称为一阵，测量桩下沉了多少称为贯入度。把握如下几条： . 最后 3 阵 10 锤的贯入度要符合设计要求； . 桩长要与原来预计的长度基本相符； . 每根桩的总锤击数不宜超过2500 击； . 最后 1m的锤击数不宜超过300 击。 . 对于桩端位于一般土层时，应以控制桩端设计标高为主、贯入度为辅；桩端到达坚硬、硬塑的黏性土、中密以上的粉土、砂土、碎石类土和风化岩时，应以贯入度为主，桩端标高为辅； . 当贯入度已经达到设计要求，而桩端标高未达到时，应继续锤击3 阵，并按每阵10击的贯入度不应大于设计规定的数值确认，必要时，施工控制贯入度应通过试验确定。6. 怎样接桩？管桩的连接可采用焊接、机械快速啮合连接。 . 焊接接桩：当下节桩段的桩头高出地面0.5m 时，先做管桩的封底，清理好上下节桩的接头，在下节桩的桩头处装设导向箍，引导上节桩对位后固定，拆除导向箍， 两到 3 人同时在桩的四周对称地分层施焊，焊缝应连续、饱满，焊完后应自然冷却不少于 5min，严禁用水冷却或焊好后立即施打（压） ，雨天焊接时应采取可靠的防雨措施。检查焊接质量符合要求（宜采用探伤检测）后再继续施工。 . 机械快速啮合接桩：采用啮合连接的桩需要专门定制， 由专门开有销槽的端板制作。 当下节桩段的桩头高出地面 0.5-0.8m 时，先做管桩的封底，清理好上下节桩的接头，将接头板面满涂沥青涂料，把连接销插入下端连接板的销槽内， 将上节桩吊起， 使连接销槽对准下面的连接销， 然后放下利用桩的自重加压，完成接桩。7. 管桩封底、截桩和插筋封顶 . 为了增强桩端持力层的承载力，必须对管桩的桩下端进行封底。在第一节桩打到距地面约 0.5m 时，先向桩管内浇筑 C30 的细石混凝土， 把桩下端约 1.5-2.0m 高内芯封堵密实，然后再进行接桩。 . 在桩承台土方挖至设计标高后， 对高出桩承台 50mm以上部分的桩要进行截桩。 须用电动锯桩器均匀而水平地将桩切断，不得用打大锤凿的方法截断。 . 桩顶填芯和插入连接钢筋，对承压桩，须对桩上端1.20m 的内芯，插入连接钢筋，用 C30 的无收缩混凝土封堵密实；与桩承台连接的钢筋，对 300-4 14， 400-4 16，400-4 20， 400-4 25；插入填芯部分加箍筋 6200，伸入承台内30d。8. 特殊情况的处理 . 对大面积密集群桩，应采取下列辅助措施，减少打桩的挤土效应：预钻孔，孔径应比桩径小 50-100mm，孔深宜为桩长的 1/3-1/2，且应随钻随打；对饱和黏性土，应设置袋装砂井或塑料排水板；应限制每天打桩的速度和日打桩量，24 小时内休止时间不应少于8 小时；沉桩结束后，宜普遍作一次复打；监测桩顶标高和桩位的水平位移；监测邻近建筑物、地下管线的变形和位移。可开挖地面防震沟，宽0.5-0.8m，深度椐土质定。 . 对于送桩，送桩的深度不宜大于2m，送桩前应先测量桩的垂直度，检查桩顶质量，合格后及时送桩； 送桩的最后贯入度应参考相同条件下不送桩时的贯入度并修正。送桩后的桩孔应立即回填或覆盖。 . 当贯入度发生剧变、桩身突然发生倾斜、位移或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝、破碎等情况时，应暂停打桩，并分析原因，采取相应措施。桩锤突然有较大的回弹，可能遇到了硬夹层； . 到了预定深度收不了桩，是否钻探资料不准确或其它原因要作具体分析。9. 特点及适用性 . 优点：锤击沉桩法的沉桩力量大，穿透能力强；施工速度快，机械化程度高；设计吨力成本较低；成桩质量可靠；检测方便；单桩承载能力比静力压入法大；适用范围广。 . 缺点：施工时会产生噪音、振动；成桩过程对土体产生挤压，可能对邻近的桩或已有建筑物产生不利的影响；不适用于大城市的中心区，夜间施工也有所限制。 . 适用于：桩端持力层为N 50 的全风化岩或强风化岩层、硬塑- 坚硬的粘性土层、密实的砂土层。广东有许多地方地面以下10-30m 处有一层强风化岩层，很适宜做管桩桩端的持力层， 所以有这个推广应用的客观条件。但不能打入中风化的硬质岩层，更不能打入微风化的岩层； . 下列地质条件不宜使用或慎用管桩基础 . 桩端持力层以上的土层中含有较多且又难以清除、又严重影响打桩的弧石、风化球或其它障碍物； . 桩端持力层以上的土层中含有不适宜作桩端持力层且管桩又难以穿过的坚硬夹层； . 基岩面上没有合适作持力层的岩溶地层； . 在非岩溶地区基岩以上为淤泥等松软土层，其下直接为中风化或微风化岩层； . 桩端持力层为遇水易软化且埋藏较浅的风化岩层； . 地下水或地基土对管桩、钢筋及钢零部件有强腐蚀作用的岩土层。四、抱压式静力压桩法施工1. 静力压桩的原理目前有两类静力压桩法，一类是顶压式，另一类是抱压式，广东广泛使用抱压式。通过液压油缸控制的夹具，夹住桩身并向下施压，当压桩力大于“端阻力+摩阻力”时，桩往下沉，当达到设计终压力和预计的桩长时终止压桩。2. 压桩的设备 . 一台全液压抱压式静力压桩机包括：夹持机构、压桩机构、吊装机构、行走机构等几大部分， 另配有若干配重铁块， 应使桩机的总重量略大于最大压桩力。 最大压桩力不宜小于设计的单桩竖向极限承载力标准值（即特征值的 2 倍），必要时可由现场试验确定。 . 压桩机的参数应包括：型号、单机重量、最大压桩力，外形尺寸、拖运尺寸，最小边桩距和最大压桩力，长短船的接地压强，夹持机构的形式，液压油缸的数量、直径，率定后的压力表读数与压力的对应关系， 吊桩机构的性能和吊桩能力。 每件配重都要用量具核实，并将重量标记在该配重的表面。桩机的最大压桩力应取桩机的重量与配重之和乘以0.9。有边桩机构的其对应的最大压桩力。. 除了压桩机，还应配备：送桩器、电焊机、气割工具、索具、橇棍、钢丝刷、锯桩机，长条水准尺、线锤、线锤架，压桩自动记录仪、带铁丝罩的24V 低压灯泡、孔内摄像仪等。 . 可能会遇到硬夹层需要引孔的， 应配备螺旋钻孔机； 设计需要入岩的， 应配备冲（钻）孔桩机，要先行钻孔穿过硬夹层后再施压。抱压式静力压桩机的基本参数如下表型号最大压桩力压桩速度压桩行程履靴每次回转整机 (未配重 )（ kN）（ m/min ）(m)角度()重量 (t)YZY-2002000 14 90YZY-2402400 1.8110YZY-28028001.5120YZY-3203200 10125YZY-3603600 1.5130YZY-4004000140YZY-4504500150YZY-5005000160YZY-5505500170YZY-6006000180YZY-80080002003. 压桩的过程：定位放桩尖吊放第一节桩焊接桩尖试压调平正常压压至第一节桩离地面以上 0.5m 时停止往桩孔内浇灌混凝土封底吊放第二节桩接桩再压达到终压标准后持荷（ 3-5s ）复压收桩测量记录桩机移至下一个桩位。4. 终压条件 （达到设计要求终止施工的控制条件） ： . 根椐现场试验桩的试压结果，参考条件相似工地的施工经验； . 对纯摩擦桩， 以设计桩长为控制条件； 对 L 21m的端承摩擦桩， 以设计桩长控制为主，终压力值作参考；对桩长在14m 21m的桩，以终压力达到满载值为终压控制条件；对桩长小于14m的短桩，满载终压后宜连续多次复压3-5s ； . 终压力值不宜大于桩身允许抱压压桩力的1.1 倍； . 按下述竖向极限承载力与施工终压力之间的经验公式估算； . 每一根桩宜一次性连续压到底，最后一节桩的有效桩长不宜小于5m。5. 竖向极限承载力与施工终压力之间的经验关系（广东经验公式） . 广东省研究团队，经过多年的试验研究和工程实测统计，找出静压桩的竖向极限承载力与终压力有如下关系：对 8m L15m的短桩， Qu= Pze=（ 0.70-1.00 ） Pze；对 15m L 23m的中长桩， Qu= Pze=（ 0.85-1.00 ） Pze；对 L23m的长桩，Qu=Pze=（ 1.00-1.15） Pze；式中： L-静压桩的入土深度；Qu- 入土部分的静压桩竖向极限承载力； -Pze-静压桩的竖向极限承载力与终压力的相关系数；静压桩的终压力值。. 注解： . 本公式适用于淤泥层厚度不大于 L/3 的端承摩擦桩或摩擦端承桩，不适用于摩擦桩或端承桩； . 当终压力小于极限承载力较多时，该桩应属于摩擦桩，此公式不适用； . 当桩的入土深度较长且土质较好时， 可取大值；反之则取小值；中间可根椐经验或用内插法确定。当缺乏类似工程经验时，可采用试压实测来确定。 . 此经验公式的用途： . 在初步设计或试桩阶段，已知桩的终压力、入土深度和桩周的土质情况，用这个公式可以很快得出该桩的竖向极限承载力，再除以安全系数K（ 2.20-1.80），就可得出单桩竖向承载力特征值（设计值） 。 . 已知桩的入土深度， 或根椐工程地质资料估计， 土质情况和桩的竖向承载力特征值，可以很快求出需要的压桩终压力值， 为选择施工用的压桩机、 确定终压力控制标准提供一种粗估的手段。 . 关系式还表明，静压桩的竖向承载力特征值，并不是简单的用终压力除以安全系数K 就可求出， 特别是对入土深度只有6-8m 的特短桩， 极限承载力只有终压力的60%左右， 竖向承载力的特征值应适当降低，不能任意增加复压的次数，否则适得其反，承载力不增加，而有可能使桩身受破坏。6. 对场地的要求因设备笨重，靠前后和左右两对靴（船）来传力和移动，要求场地平整，表土的承载能力应在140kN/m2以上。无边桩机构时要求边桩至外缘的最小间距3.80m。7. 桩尖的选择、压桩的顺序、接桩方法、封底、截桩和与桩承台连接构造、预钻孔法等，与锤击法相同。8. 特点及其适用性 . 静压桩施工时无噪音、无振动，吨力造价较低，机械化程度高，现场文明，检测方便，成桩质量可靠，特别适合在软土地区和城市中心区施工，是很有发展前景的一种桩型，目前在广东已占 PHC桩总用桩量的一半多。 静压桩施工的接桩， 桩底和桩顶的处理同锤击法施工。. 压桩力要多大压桩设备就要配到多重，成为几百吨的庞然大物，笨重得很；设备价贵，迁移困难；对场地有一定的要求（平整，表土的承载能力应在 140kN/m2以上）；对边桩有一定要求（无边桩机构时要求边桩至外缘的最小间距 3.80m。）；有硬夹层时较难处理；对桩的质量要求较高。 . 适用于： 单桩承载力设计值 （或称承载力特征值） 1500 4000kN；基岩埋深 15 30m；有较厚的强风化岩层作持力层， 强风化岩层以上为较厚的软弱土层； 不允许使用锤击桩的地区；采用其它桩型容易出现质量事故时。 . 同锤击桩注， 6 种地质条件不宜使用或慎用管桩基础。五、高强预应力管桩的施工质量检查验收1. 按时间顺序分为三个阶段：施工前检验，施工中检验，施工后检验。2. 施工前检验：桩的外观质量、桩身混凝土强度；电焊条、打桩或压桩设备检验。3. 施工中检验：打或压入深度、停锤标准、静压终止压力值、桩身的垂直度；接桩的质量，接桩的间歇时间， 桩顶完整状况； 每米进尺的锤击数、 最后 1m 进尺锤击数、 总锤击数、最后三阵十锤的贯入度和桩尖标高；桩顶、桩位地面土体的竖向和水平位移观测值等。4.施工后检验：应在桩承台土方已经开挖完毕后进行，应进行桩位、桩长、桩径、桩身质量（动测）和单桩极限承载力（静载）的检验。全部检验合格，才能做桩承台的施工。参考文献：1. 国家行业标准 JGJ94-2008 建筑桩基技术规范 ，中国建筑工业出版社， 2008.8 第一版。2. 广东省标准 DBJ/T15-22-2008 锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程 ，广东省建设厅发布，中国建筑工业出版社， 2009.4 第一版。3. 广东省标准 DBJ/T15-22-2008 锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程学习参考资料集，广东省土木建筑学会编，2009.6 ，内部发行。4. 徐至钧等编著预应力混凝土管桩设计施工及应用实例，中国建筑工业出版社，2009.3 第一版。5. 广东省标准静压桩基础技术规程 （讨论稿） 规程编制组。6. 陈雄辉静压预应力管桩基础在华建苑商住楼的应用体会载广东勘察设计2001 年第 2 期，选入中国土木工程学会桩基础学术委员会第五届年会论文集桩基设计施工与检测刘金砺主编，中国建材出版社 2001.5 第一版。