高强预应力管桩施工相关问题分析

关键词：应力管桩；偏斜；断桩；打桩施工要点

　　1 引言

　　预应力高强混凝土管桩，即PHC桩(Prestressed High Strength Concrete Tube-shaped Piles)，用高强混凝土制成，针对普通混凝土管桩的抗拉能力低的特性进行钢筋预拉，提前在混凝土内部产生压力，以抵消在打桩中产生的拉力，防止管桩过早出现裂缝，提高管桩的使用性能。高强预应力管桩具有桩材质量好、单桩承载力高、桩身耐打、施工快、工程地质适应性强、场地文明等优点。鉴于这些优点，预应力管桩被广泛运用于各类建筑物和构筑物的基础工程上，如高层建筑、公共建筑一般工业与民用建筑、港口、码头、高速公路、桥梁、重型机床、仓库、护岸等领域[1]。

　　2 预应力高强混凝土管桩的特性

　　2.1 优点

　　对于预制钢筋混凝土管桩，一般是在打桩时受到拉应力而破坏，因此在管桩中设置预应力钢筋，可以预先在混凝土中产生部分压应力，以抵消打桩时产生的拉应力，避免混凝土管桩在打桩时受力开裂，失去其使用功能。同时，和预制钢筋混凝土管桩比，含钢率低、耐冲击、耐久性和抗侮蚀性能高，以及穿透力强。

　　PHC管桩可打入密实的砂层及强风化层，桩尖进入强风化层或密实砂层后，经过强烈的挤压，桩尖附近的强风化层或密实砂层已不是原始状态，桩端承载力可比原状提高80-100％，所以管桩承载力设计值要比同样直径的沉管灌注桩或钻孔灌注桩高，如Φ100-500管桩，最高设计承载力用到2700kN，相当于Φ600和Φ700的钻(冲)孔灌注桩。

　　2.2 缺点

　　预应力混凝土管桩同时存在着很多缺点：

　　预压应力可在一定程度上提高管桩的开裂弯炬，但由于管桩采用高强混凝土，容易发生脆性开裂。因为是环形混凝上，因此抗弯能力比一般实心桩差，容易在水平荷载下发生挠曲，桩身断裂和偏位是施工中常见的问题。

　　(1) 锤击施工时噪音大，影响周围环境，震动剧烈，挤土量大。

　　(2) 送桩深度受到限制，在深基坑开挖后截去的余桩较多。

　　(3) 与一般预制桩类似，管桩在有些地质条件下不宣应用或慎用。例如孤石和障碍物多的地层，有坚硬夹层的地层，石灰岩地层，从松软突变到特别坚硬的地层等。

　　3 管桩的偏桩产生原因以及解决方案

　　在沉桩的过程中很容易偏桩，如果不采取相应措施继续打桩，会使得桩身开裂，承载能力下降，影响基础工程的竣工。

　　3.1 预应力管桩偏斜原因

　　从管桩的制作、设计、施工过程来看，可能产生偏桩的原因以下几点：制作误差、设计失误、本身地质条件(外部环境)和打桩施工问题，土方开挖等等。

　　其中，设计失误包括：桩的长细比过大，引起桩的纵向失稳；桩间距过小，承台下群桩平面布桩率偏高，从而加剧桩间距挤土影响等。这些设计失误导致预应力管桩在打桩过程中产生偏斜，影响桩身质量。一般而言设计失误是可以避免的，只要选择恰当的设计方案。本身土质条件的影响：在软土地基中，淤泥质土层一般较厚，呈流塑饱和状，强度低，触变性大，渗透性大，渗透性差。土方施工的原因主要有：土方开挖过早，土体内部因打桩引起的超孔隙水压力尚未消散完毕，扰动后土体的固结程度低。在基坑开挖后，因一侧卸载，原士体被不平衡受力状态加剧，引起打入桩随着士体向基坑方向侧移。

　　3.2 管桩偏斜的解决方案

　　管桩偏斜后，一般可以从纠偏、补桩、加固、加强承台等几个方面下手[2]。

　　在基础设计方面，除满足规范对桩矩的要求外，宜根据地质条件适当增大桩矩，独立承

　　台当桩数小于9根时，桩间距宜大于3.5d(d为桩径)，当桩数超过30根时，桩间距宜大于4d。承台下群桩平面布桩率宜控制在4％~5％．设计长桩时确定合适的长细比。采取有效的降水措施，将基坑周围地下水位降至开挖面以下，增强边坡稳定性，防治流砂的发生，控制坑边荷载，做好排水措施，减少雨水对土体的渗流作用。基坑支护结构在满足基坑稳定性及自身强度，刚度要求的前提下，设计应考虑管桩位移因素。开挖施工采用分段分层开挖，控制一次开挖深度，尽可能缓慢释放土体自重应力，减少土体位移，防止桩体受挤压而桩体偏位，影响工程质量。

　　4 管桩断桩的产生原因以及解决方法

　　4.1 管桩在打桩过程中很容易产生断桩问题

　　管桩在打桩过程中很容易产生断桩问题，主要有以下几个方面：由于成桩范闱内经常出现孤石、硬夹层、基岩面坡度大等情况，容易产生管桩断裂等情况；在静压法过程中，等到静压结束后，土体有一定的弹性变形，桩身会有一定程度的上浮到达一定程度，使得桩身破坏；锤击桩身时，未采用“重锤轻击”，在桩端没有采取保护措施桩头露出过多，使得在基坑开挖时，挖土机产生碰撞，在桩端产生水平力，使得桩受拉破坏等等。

　　4.2 断桩检测方法

　　桩一旦被打入土体之后，不可以直接检查出桩身的质量，一般只能通过专门的器械进行测试，才能得出。一般根据反射波法曲线测试得到的曲线式样进行判断。不同的破坏形式具有不同的特质：如果桩头被铁钩弄断，缺陷处为一个水平突变界面，其余结构仍保持连续，反射波比较单一：复压或挤上效应产生的断裂，会在断口处产生一定的水平位移。

　　4.3 断桩的解决方案

　　1)采取复打方式，防止桩体在初打完后上浮，受拉断裂；

　　2)在设计桩体打入方式时，应根据土质、桩的规格选择适当的锤重；

　　3)在桩头部分进行结构设计，采用桩帽保护桩头，或者较软的桩垫，来减少锤击拉应力；

　　4)在打桩中，一旦发现桩身倾斜，即停止施工，采取纠偏措施后继续打桩；

　　5)在打桩过程中，速度不宣过快，不宜过慢，过快容易使得桩基受损，过慢容易使得桩周围土体固结，不易再次打入土体。因此在打桩过程中应控制打桩速度：

　　6)在土体开挖时，不宜过分搅动桩端土体，应采取人工开挖；

　　7)一旦确定为断桩后，需经过有关设计部门重新进行设计桩基，确定补桩数量以及补桩确切位置。

　　5 结语

　　随着现在对于施工技术、安全性和经济性要求的提高，人们对于预应力管桩的研究未曾停止脚步。不断地在理论与实践中间建立起适合现在施工技术的预应力管桩体系。今后，预应力管桩的使用前景依然很广泛，它的研究仍需不断继续深入探讨，在计算方面管桩与土体的共同作用，管内土体的挤塞，都有深入研究的价值；在施工方面，彻底解决偏桩问题、断桩问题、打桩机械的改进、施工组织的优化，都会引起后来者的注意。相信，预应力管桩在日后的研究、施工中真正满足设计使用的要求。

　　参考文献：

　　[1] 熊学玉．预应力工程设计施工手册．中国建筑工业出版社，2003

　　[2] 张忠苗, 喻君, 张广兴. PHC管桩和预制方桩受力性状试验对比分析[J]. 岩土力学, 2008,29(11).