静压预应力管桩施工技术及应注意的问题

关键词:静压桩;质量控制;预应力混凝土管桩 

　　0引言 

　　近几年来,预应力管桩作为一种新的桩型,由于单桩承载力高、施工进度快、施工现场文明整洁、现场施工方便、工程造价低的特点,已作为一种经济、可靠的基础处理技术被广泛应用于建筑、铁路、桥梁、港口码头等工程[1]。但是在施工时,经常发现诸如桩头暴裂、桩偏位、桩身上浮等问题,给桩基工程带来不少麻烦,增加桩基处理费用等。本文通过某工程(PHC)管桩的施工,浅谈该桩基静压施工方法与质量控制要点及应注意的问题,供同行参考。 

　　1工程概况及场地土层地质条件 

　　1.1 工程概况。 

　　某住宅小区工程位于合肥市政务文化新区,由数幢32层高层组成,框剪结构,设一层地下室,基础为PHC管桩静压法施工,管桩型号为PHC-AB600(130),PHC-AB500(125)桩长25m左右,持力层为粘土层。 

　　1.2 场地土层地质条件。 

　　拟建场地第四纪地貌型态属南淝河二级阶地地貌单元,根据工程地质勘察报告所揭示的情况,各主要土层自上而下分布如下: 

　　①层杂填土,层厚3.10～6.80m; 

　　②层粘土(粉质粘土),层厚0.90～1.30m; 

　　③1层粘土,层厚0.8～4.20m; 

　　③2层粘土,层厚21.20～26.50m。 

　　2施工技术 

　　2.1 压桩顺序。 

　　为避免挤土效应,本工程从靠近建筑物的一侧先开始施工,由内到外并朝远离建筑物的方向进行压桩;不同深度的桩基,应先深后浅,先大后小;尽量避免因桩机多次行走扰动地面土层,使地面沉陷;以经济合理的运桩、喂桩方便为原则[2]。 

　　2.2 机械选择。 

　　在选用预应力混凝土管桩时,其中要重要考虑的一点是沉桩时产生压力不应超过管桩桩身结构竖向承载力极限值。本工程桩端位于一般粘土层,桩架配重取1.5～2.0倍单桩竖向承载力特征值时即可满足沉桩要求;采用静压法沉桩,静压桩机采用抱压式,本工程选用800型一台抱压式桩机[3]。桩机的夹具选择长夹具,保证夹桩时,桩身侧压应力较小,且更易控制桩的垂直度。送桩杆的长度根据压桩机和送桩长度确定,同时考虑施工中有超深送桩,送桩一般宜按理论送桩长度加3m,本工程选用10m和12m送桩杆。 

　　2.3 工艺流程。 

　　桩位测量定位→桩机就位→吊桩→对中→焊桩尖→压第1节桩→焊接接桩→压第n节桩→(送桩)→终压→(截桩)。 

　　2.4 施工准备工作。 

　　2.4.1 打桩前协同建设单位做好障碍物的清除与管线的保护工作。施工场地应平整,施工前用建筑砖碴在施工范围内满铺50cm,防止桩机沉陷。 

　　2.4.2 管桩进场前应有出厂合格证和检验报告,强度应达设计值的 100%。现场堆放不得超过2层,并堆放在坚实、平整的场地上。 

　　2.4.3 认真做好轴线的引测工作,现场设置三个轴线控制点,用砼保护好,并引测到固定构筑物上。为防止挤土效应影响,并在离施工场地远处,做三个复核点,以便经常性的对控制点进行复核。保证桩位复核设计要求。 

　　2.5 压桩技术。 

　　2.5.1 放样定桩位。 

　　采用极坐标放样。桩机移至压桩位置,将桩机调平,并使其夹持具的中心对正桩位中心。 

　　2.5.2 吊桩定位,调整垂直度。先拴好吊桩用的钢丝绳及索具,启动桩机副卷扬采用一点法吊装就位,使桩尖垂直对准桩位中心,微微启动压桩油缸,当桩入土至50cm时,启动压桩油缸,进入压桩状态。 

　　2.5.3 压桩。 

　　压好第1节桩是保证整根压桩质量的关键,定位和垂直度应严格控制,压入时,先应根据机上水平仪调平机台,同时须在桩机的正面和侧面分别设经纬仪或吊线锤,监控下桩垂直度,桩身垂直度偏差不宜大于0.5%[4]。现场测量员对压桩过程进行全程测点测量,以保证桩的垂直度。应合理调配管节长度,尽量避免接桩时桩尖处于或接近硬持力层,管桩接头数不宜超过三个。同一承台桩的接头位置应相互错开。 

　　桩压好后桩头高出地面的部分及时截除,严禁施工机械碰撞或将桩头用作拉锚点,送桩遗留的孔洞,应立即回填做好覆盖。否则桩机行走后地面会沉陷,或者造成人员伤害。本工程在压桩过程中认真记好压桩时间,压入桩长所施压力有读数,以判断桩的质量和承载力,当压力表读数突然上升或下降时,应停机对照地质资料进行分析,看是否碰到障碍物,或产生断桩等情况,施工中禁止间断压桩。 

　　2.5.4 接桩。 

　　接桩前,应保证上下两节桩的顺直,而且两桩桩心的错位偏差不宜大于 2mm(宜设置接桩导向箍)。管桩施工中主要采用焊接接桩法,在焊接前应该把两节桩的端头板用钢刷清刷干净,直至坡口露出金属光泽,而且应该保证上节桩已经垂直后方能焊接。施焊时,两台电焊机同时进行,先将四点点焊固定,然后对称焊接,避免焊接变形。焊接层数不少于3层,每层焊渣必须清理干净,保证焊缝连续饱满,自然冷却约 8～10分钟(严禁用水冷却或焊完即压),防止高温的焊缝遇水变脆而被压坏。 

　　本工程的桩接头采用气体保护焊,CO2纯度不低于99.5%,焊接接桩应按隐蔽工程进行验收。 

　　2.5.5 送桩。 

　　本工程送桩长度为4～8m左右,当桩顶压至接近地面需要送桩时,应测量出桩垂直度并检查桩顶质量,合格后立即送桩。送桩杆的中心与管桩中心线应吻合一致。 

　　2.5.6 终压。 

　　正式压桩前,本工程对不同的桩型进行试压桩,确定压桩的终压技术参数为:以压桩力为主要控制指标,有效桩长为参考参数。根据桩机类型,终压分持荷复压和非持荷复压,终压值不小于设计值,复压沉降量不应大于10mm。 

　　2.5.7 截桩。 

　　桩头截除应采用锯桩器截割,严禁用大锤横向敲击或强行扳拉截桩。锯桩器为自制分抱箍和电动切割机两个部分,抱箍为个半圆形抱箍通过螺栓连接,抱箍为两块钢板和横向短筋连接,钢板上均布钻孔,以固定切割机。电动切割机通过螺栓连接固定在抱箍上,通过手柄,进行割桩工作,割桩时需加水,操作时需更换几个方向。 

　　3施工质量控制要点 

　　3.1 完善的管理措施是质量控制技术落实的基本保证,是要有一整套质量技术保证措施。 

　　3.1.1 严格按照设计图纸,工程合同文件,有关现行施工规范和质量标准要求制定各分项工程的实施措施。 

　　3.1.2 压桩施工过程中,应对周围建筑物的变形进行监测,并做好记录。 

　　3.1.3 加强管桩的进场检查验收工作。管桩使用前应进行全数的外观检查。管桩的吊运应轻吊轻放,避免剧烈碰撞,进场的管桩应分类(长、短)堆放整齐,管桩堆放超过2层时,应用吊机取桩,严禁拖桩。 

　　3.2 桩位放样。 

　　要求设置相对固定的基准点,四角大样与场地地面标高的测定必须准确,基准点一定要安全保护。 

　　3.3 压桩。 

　　工程桩正式施工前应进行试压桩,本工程采用终压值控制为主,桩长控制为辅。吊桩就位后,用两架经纬仪对桩进行两个方向的垂直度调整,确保桩身垂直。静压时,桩帽、桩身和桩位中心线重合,同一根桩施工时,各工序应连续施工,缩短施工时间。送桩器下端应设置桩垫,要求厚度均匀,并与桩全面接触,送桩轴线必须与桩轴线一致,压力表经国家法定单位检测合格,压桩前必须提供近期检测证明方可压桩。 

　　3.4 焊接接桩。 

　　焊条性能必须符合设计要求和有关标准的规定,并应有出厂合格证证明。焊接时应在两侧对称均匀地同时施焊,焊第二道时应将浮渣彻底清除,焊缝应符合设计要求,焊缝质量由监理等相关单位进行隐蔽工程的签证。 

　　3.5 截桩。 

　　露出地面或未能送至设计桩顶标高的桩,即必须截桩,截桩要求用截桩器,严禁用大锤横向敲击、冲撞。 

　　3.6 压桩过程的施工记录为了便于控制终止压桩,必须详细记录压桩过程的压力与桩人土深度。终压(即终止压桩)标准及终压的控制根据试桩情况,经各方会议确定本工程以终压值Q控制(超过4000kN停止压桩)。 

　　4应注意的若干问题 

　　4.1 挤土效应。 

　　预应力混凝土管桩属挤土桩,在地基施工时应充分考虑沉桩引起的挤土效应对先沉入桩、周边建筑物及地下管线的影响。当桩大面积入土时,土中的孔隙水压力增加,势必导致土体的侧向位移及土体的隆起。土体的侧向位移引起先沉入桩的明显偏位和倾斜,土体的隆起导致预应力管桩上浮,另外,如不采取有效的防护措施,挤土效应会导致对周边建筑物及地下管线产生一定的危害。目前主要的处理措施为:合理安排好管桩施工顺序,设置减震措施,采用开口桩尖或植桩法,对已上浮桩进行复压等。 

　　4.2 基坑开挖。 

　　预应力混凝土管桩主要承受竖向受压荷载,当承受水平荷载时,容易出现横向裂缝,甚至断裂,所以在基坑开挖时,机械挖土机等设备不得碰及桩身,应用人工挖除桩间的余土,且必须分层均匀对称挖土,不能拚命往一个方向猛挖,如一次到底则使土体产生较大高差,挖出的土体不得堆置在基坑附近。另外建筑物如有地下室时要严格控制地下室围护的变形。避免由于土体位移造成桩身倾斜、出现横向裂缝甚至断裂。如出现上述工程事故,处理起来相当困难,既花费较大财力,又拖延工期,造成极坏的社会影响。 

　　4.3 施工终压力控制。 

　　施工终压力应大于单桩竖向极限承载力标准值(Quk)且不致桩身破坏,又能确保桩身穿越不良土层进入合适的持力层,使桩底嵌固良好,但施工过程中允许施工终压力下,桩端未达到持力层的现象。这是因为压桩的挤土效应或者桩端持力层的覆土很厚,致使施工时Quk>Pfmax,就会出现基桩桩端达不到持力层的情况,处理的方法一般是采用预钻孔取土。 

　　5结语 

　　质量的保证前提是严密的施工组织、施工工艺与严格的施工质量控制与监测。 

　　对于已出现上浮的桩的处理应优先采用复压技术,复压沉降量宜制在略大于上浮量,同时采取一定的措施减少桩身上浮。

　　尽管预应力混凝土高强(PHC桩)有诸多优点,但在设计和施工中仍然存在承载力确定依据不统一、施工终压力取值难确定及相邻基桩端标高差异引发的影响界限不明确等问题,有待于进一步研究和完善。 

　　参考文献: 

　　[1]阮起楠.预应力混凝土管桩[C].北京:中国建材工业出版社,2000. 

　　[2]龚晓南,李向红.静力压桩挤土效应中的若干力学问题[J].工程力学,2000,14(4):7-12. 

　　[3]程华回.预应力混凝土管桩桩基设计方案技术经济分析[J].山西建筑,2006,32(2):116-117. 

　　[4]JGJ94-2008 建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.