phc管桩施工质量问题分析与处理

PHC管桩施工及质量问题分析和处理本文首先综述现有几种基础的分类及优缺点，并对PHC管桩目前的应用情况做了分析，并以江苏省张家港沙钢集团1420mm冷轧工程为例，介绍了该项目的商业前景、工程概况、地质情况，桩基施工的基本步骤。本文重点论述预应力高强砼管桩的施工工艺与方法，包括了施工前的准备、施工过程要注意的问题、质量控制要求、以及保证预应力管桩施工质量的措施、并就施工后对PHC管桩的检查验收做了介绍。同时本文还讨论在1420mm冷轧工程工地施工中遇到的若干问题的分析方法和处理方案。如对管桩设计长度达不到进行分析并提出相应的措施，施工时对周边建筑影响的分析和采取减少影响的措施，最后总结PHC管桩应用时应注意的几个问题和工程实践中的实际合理做法。关键词 PHC管桩；锤击法施工；施工问题及处理；质量控制第一章：前言1、PHC管桩简介PHC管桩，即预应力高强度混凝土管桩。是采用先张预应力离心成型工艺，并经过10个大气压、1800 左右的蒸汽养护，制成一种空心圆筒型混疑土预制构件，标准节长为10m ，直径从300mm800mm ，混凝土强度等级C80。1、按桩身混凝土有效预压应力值分：A型、AB型、B型、C型2 、按混凝土强度等级分： 预应力混凝土管桩 （代号PC）、预应力高强度混凝土管桩 （代号PHC）3 、按外径（mm）分： 300、400、500、600、700、800、1000、1200等规格例如：外径500mm，壁厚100mm，长度12m的A型PHC管桩的标记为：PHC 500 A 100 -122、PHC 管桩的优点（1）单桩承载力高 由于PHC 管桩桩身混凝土强度高，可打入密实的砂层和强风化岩层，由于挤压作用，桩端承载力可比原状土质提高70% 80% ，桩侧摩阻力提高20%40% 。因此，PHC 管桩承载力设计值要比同样直径的沉管灌注桩、钻孔灌注桩和人工挖孔桩高。（2）应用范围广 PHC 管桩是由侧阻力和端阻力共同承受上部荷载，可选择强风化岩层，全风化岩层，坚硬的粘土层或密实的砂层(或卵石层)等多种土质作为持力层，且对持力层起伏变化大的地质条件适应性强，因此适应地域广，建筑类型多。广泛应用于60 层以下的多种高层建筑以及工业与民用建筑低承台桩基础，铁路、公路与桥梁、港口、码头、水利、市政、构筑物，及大型设备等工程基础。（3）沉桩质量可靠 PHC 管桩是工厂化、专业化、标准化生产，桩身质量可靠;运输吊装方便，接桩快捷; 机械化施工程度高，操作简单，易控制;在承载力，抗弯性能、抗拨性能上均易得到保证（4）工程造价最便宜 直接成本 通过对多项工程实例的总结和分析，PHC 管桩的单位承载力造价在诸多桩型中是较便宜的一种 。不同桩型主要指标比较表：主要指标phc管桩沉管灌注桩钻孔灌注桩人工挖孔桩主要承力方式端阻力与侧阻力共同承受荷载主要靠侧阻力承受荷载端阻力与侧阻力共同承受荷载主要靠端阻力承受荷载桩径（外径）mm300800 3008008001200800造价3.21元/ KN6.11元/ KN8.81元/ KN5.87元/KN注:造价指标是在常用设计桩长20米情况下的比较，当设计桩长越长(60 米) PHC 管桩越经济。 （5）间接经济效益 评价PHC 管桩的经济效益，不仅看造价，还要看工期。对于工期的价值，在以往计划经济时代，人们对它并不看重，但在当今商品经济发展的时代，“时间就是金钱，工期就是效益”已成为人们的共识，对于贷款投资的人感触尤深。PHC 管桩施工速度快、工效高、工期短，提前竣工投产，将产生巨大的社会效益和经济价值。（6）PHC 管桩的机械化施工程度高，现场整洁，施工环境好。不会发生钻孔灌注桩工地泥浆满地流的脏污情况，也不会出现人工挖孔桩工地到处抽水和堆土运土的忙乱景象及井下作业的不安全感。容易做到文明施工，安全生产。减少安全事故，也是提高间接经济效益的有效措施。（7） PHC管桩施工方法主要有锤击和静压两种，目前用柴油锤、液压锤锤击法沉桩的施工工艺在我国还是占主导地位，特别在日本主要用锤击法沉桩。近几年来，随着大吨位( 6800KN ) 压桩机的问世和静压沉桩施工工艺的完善，静压法施工工艺与锤击法相比具有明显的优点，因此发展迅速，有望取代锤击法的态势。 （8）静压法施工是通过压桩机的自重和桩架上的配重作反力将PHC管桩压入土中的一种沉桩工艺，在沉桩过程中，压桩力可直观、安全、准确地读出并自动记录下来，因而对桩承载力控制及判断精确度高; 桩身质量及沉桩长度可用直接手段进行监测，人为干扰因素少，难以弄虚作假。因此，静压法单桩承载力比锤击法可靠，沉桩质量深得业主的信赖，并大大地减轻了监理工作强度，消除了设计者的担忧。（9）对周边环境无影响 锤击法沉桩震动剧烈，噪音大，对周边环境影响大，这是锤击法的一大弊端。而静压法施工，无震动，无噪音，很适合在市区及其他对噪音有限制的地点施工。如在学校、医院、办公大院及住宅小区内外，精密仪器房附近区域内施工均可采用静力压桩，以使附近单位和居民的正常工作、生活环境不受噪音、震动干扰。在环保意识日益增强的现代社会，静压法施工的这一优势将会得到进一步的体现。（10）施工应力小 锤击法沉桩时，由于锤击力的冲击和反射，使PHC 管桩受到较大的压应力波和拉应力波，容易使桩头、桩身、接头等薄弱处产生裂纹，严重影响桩基质量。而静压法是慢而均匀的加载，无冲击和反射应力波，施工应力小且易控制。因此，采用静压法沉桩时，其PHC 管桩的配筋率和混凝土强度等级均可降低一个等级，这意味着静压法可降低PHC 管桩的制作成本。（11）截桩量小 静压法送桩深度比锤击法深，且送桩后桩头质量较可靠。拔起长送桩器的能力，静压桩机要比打桩机强得多。因此，基坑开挖后PHC 管桩截去量比锤击法小得多，尤其适用于有多层地下室的建筑工程。（12）适应性好 在某些特殊地质(如在石灰岩地区或“上软下硬，软硬突变”的地层) 条件下采用锤击法沉桩时，桩的破损率非常之高，所以在这些特殊地质条件的地区不宜采用锤击法施工，但静压法施工是将桩慢慢地压入土层中，遇到坚硬的岩面，也是慢慢地接触，直到加载至最大值，桩身一般不会被压坏。只要岩面坡度不太大，不产生桩身滑移，仍可保证沉桩质量。在实际工程中，遇到这些特殊地质条件时，采用“多桩大承台”的设计思想，配合使用改良的特殊钢桩尖，仍然可以收到较好的技术经济效益。3.PHC管桩的缺点：（1）当大范围高密度的打入挤土桩，软土地基土体低渗透系数的缺点就相对突出起来，一旦形成大面积的土体隆起，后果也相当严重。（2）穿层能力差，对机械装备的性能要求较高。（3）特别在施工时，经常发现诸如桩头暴裂、桩偏位、桩身偏斜，挤土对邻居建筑物造成影响、压力达到设计值而设计桩长没达到设计要求，给桩基工程带来不少麻烦，增加桩基处理费用等。（4）管节接点有腐蚀。PHC 管桩采用钢端板焊接法接桩，2 管节的接点处受锈蚀影响。尤其在水深较大，管桩接点暴露在泥面之上时，锈蚀影响是令人担心的。（5）管径小。由于长径比过大易断桩，规范规定PHC 管桩的长径比不宜超过100。目前PHC 管桩产品的最大外径是600 mm，根据长径比的要求，桩长受到限制。（6）不适用于某些特殊的地质条件。例如，不适用于要求嵌岩桩的地质，不适用于岩溶发达的地质第二章：1420mm冷轧工程施工本文在江苏沙钢集团张家港扬子江冷轧板有限公司1420mm冷轧工程实习的基础上具体研究PHC管桩的施工以及具体问题的处理方法。1.1420mm冷轧工程项目的位置及市场分析江苏沙钢集团地处美丽富饶的长江三角洲，东临上海，南接苏州、无锡，西靠国际商港张家港港和中国唯一内河港型保税区张家港保税区，北濒扬子江畔，水陆交通便利。1420mm冷轧项目位于张家港锦丰镇沙钢集团宽厚板厂西侧。本工程工程桩设计采用预应力高强度混凝土管桩，管桩桩型为：PHC-500（100）AB型，PHC-600(130)B型，桩长30-40m，桩数约为4500根，共约延米。桩砼强度等级为C80，单桩竖向极限承载力：B型桩2200KN，AB型桩1925KN。1.地质条件：根据江苏省地质工程勘查院提供的岩土工程详细勘察报告，本场地地基土自上而下分别是：第A层杂填土，为粉土、粉质粘土混建筑垃圾、碳渣堆填。厚度0.5.3.8m 第层填土，以粉土、粉质粘土为主，局部地表为耕植土，厚度0.53.4m第层粉土与粉质粘土互层，厚度1.96.8m 第层粉土，夹粉质粘土、粉砂薄层，厚度1.57.8m 第层粉质粘土，含植物腐烂物碎屑，粉土为稍密状，厚度0.72.00m 第1层粉土夹粉砂，不均质，夹少量粉质粘土薄层，厚度3.15.0m第2层粉砂夹粉土，莎莉主要为石英，颗粒级配及磨圆度较好，含云母碎屑及少量泥质，厚度3.510.3m第3层粉质粘土夹粉土，厚度1.86.5m第层粉砂夹粉土，局部夹薄层粉质粘土，砂砾主要为石英质，颗粒级配及磨圆度较好，含云母碎屑及泥质，厚度20.931.6第A层粉土，不均质，夹较多粉质粘土及砂砾薄层，厚度0.65.4m第层粉土，不均质，夹薄层粉质粘土，厚度6.715.00m第层粉细砂，稍均质，局部夹中砂，砂粒主要为石英质，颗粒级配及磨圆度较好，含云母碎屑及泥质。2.施工前准备：（一）技术准备：1. 进行测量放线，定出桩基轴线，并将桩的位置准确测设到地面，每一个桩位用绑有红色绳子的铁支打入地下，红色绳子留出地面；经监理校对复核后，机械才能进场施工。2. 熟悉各有关图纸资料，编制施工方案，根据对本工程质量、安全技术要求特点对全体施工人员进行全面的有针对性的安全质量技术交底。特别是地质情况、设计要求、操作规程及安全措施的交底。3. 施工人员必须持证上岗并办理好当地临时暂住证件。4. 根据地基土质情况、桩基平面布置、尺寸、密集程度、深度、方便桩机械移动以及施工现场实际情况等因素，制定施工时的机械行进路线图。5. 根据场地的地面标高、桩顶标高及参考有关地质资料，尽可能合理地分配好桩的长度。6. 检查桩的质量，将需用的桩按平面布置图堆放在打桩附近，不合格的桩不能运至打桩现场。7. 打桩机设备及起重工具进场，铺设水电管网，进行设备架立组装和试打桩。在桩架上设置标尺或在桩的侧面上标尺，以便能观测桩身入土深度。8. 桩架的安装须牢固可靠，易损零配件及时更换。打桩前应检查机械的完好性，并作试运行。及时检查，及时维修，不得带病操作。9. 安排好记录人员，做好沉桩记录。（二）场地准备：1、施工现场“三通一平”，清除桩基范围内的高空、地面、地下障碍物；架空高压线距打桩架不得小于10m；修筑桩机进出行走及管桩运输的道路，做好排水措施；架设好临时施工的水源、电源，安装水表、电表；搭设工地办公室、宿舍、饭堂及做好开工准备工作。2做好现场总平面的规划，修建现场临地道路和管桩的堆放场地，做到布局合理，规划有序。3布置测量控制网，水准基点，按设计图纸放线定位，并同有关部门做好预检手续，桩基的轴线控制点和水准点的数量应不少于3个，并设在受打桩影响范围之外。4根据桩基设计图纸及地质资料，选择有代表性的工程桩或试验桩进行试桩工作台，核查地质资料是否准确，打桩机及桩锤选用的合理性，并确定工程桩大面积施工时应控制的各项指标及施工标准。5根据试桩情况，合理编制施工方案，工程桩号图，打桩顺序图，保证桩机的行走路线和打桩顺序的合理，避免施工过程中挤桩和压桩。（三）材料准备：1、选定有资质认证的PHC管桩生产厂家，本工程管桩及桩尖为甲供材料，预应力管桩进场前经甲方、监理单位验收质量必须符合国家标准和施工质量验收规范的规定。强度不低于C80，龄期及养护条件必须满足规范要求。预应力管桩的外观质量应符合表1规定：见表1项目产品质量要求粘皮和麻面局部粘皮和麻面累计面积不大于桩身总外表面积的0.5%，每处粘皮和麻面的深度不大于10mm，且应修补桩身全缝漏浆漏浆深度不大于10mm，每处漏浆长度不大于300mm，累计长度不大于管桩长度的10%，或对漏浆的搭接长度不大于100mm，且应修补局部磕损磕损深度不大于10mm，每处面积不大于50cm2，且应修补内外表面露筋不允许表面裂缝不得出现环向或纵向裂缝，但龟裂、水纹及浮浆层裂纹不在此限端顶面平整度管桩端面混凝土和预应力钢筋镦头不得高出端板平面断筋、脱头不允许桩套箍凹陷凹陷深度不大于10mm内表面混凝土坍落不允许接头及桩套箍与桩身结合面漏浆漏浆深度不大于5mm，漏浆长度不大于周长的1/4，且应修补空洞和蜂窝不允许2焊条型号、性能必须符合设计要求和有关标准的规定，其质量应符合碳钢焊条（GB/T5117-1995）的规定；采用保护焊专用焊丝时按相应规程执行。3、管桩的堆放要平整，堆放不超过三层，并正对桩机堆放，方便桩机施工。开工后，管桩进场堆放，在可能的情况下尽可能按施工方便的位置、方向堆放。（四）主要施工机具：序号机械设备名称型号规格数量生产能力1打桩机滚杠式2良好2打桩锤62号2良好3挖掘机300型2良好4液压静力压桩机YZY5001良好5装载机50型1良好6柴油发电机320KW1良好7柴油发电机120KW1良好8电焊机交流或气体保护焊电焊机9良好9送桩器与桩径相匹配2良好10桩帽与桩径相匹配2良好11管桩切割器2良好12经纬仪J24良好13水准仪S33良好3.施工方法：1、桩机就位：桩机就位使锤中心对齐桩位中心。2、上桩：桩机就位后在管桩上焊好钢桩尖，用一台卷扬机喂桩到桩机旁，上两个钢绳箍并盖上桩帽，用两台卷扬机把桩管提升到适当高度，套入桩帽。3、桩位：在未上桩前以原桩位为中心，在相互垂直的两个方向用钢尺定出两个定点；在上好桩后以两垂直的定点到桩身两侧距离确定桩管是否对正中心；以锤轻击几下，并复核桩位，确定桩管没有移位。4、高校垂直：在相互垂直的两个方向架设吊垂线，用来观测桩管和桩架的垂直度；机架可用前后、左右移动及前后的液压杆调校垂直，桩插入时的垂直度偏差不得超过0.5%。5、沉桩：开始沉桩应起锤轻压并轻击数锤，观察桩身、桩架、桩锤等垂直一致时，除下吊钩，提锤施打。6、接桩：当管桩需要接长时，其入土部分桩段的桩头高出地面0.5-1.0米。7、焊接：焊接时先在坡口上对称焊几点，待上下桩节固定后再对称、分层施焊（焊缝饱满并经监理代表检验合格）。8、记录：当沉桩到接近设计要求的桩持力层时（以地质资料作考）或观测当时桩贯入度一阵锤在7-4cm时，开始在桩管或送桩器上刻画横线标记，最后以桩贯入度达到设计要求后收锤。9、移桩机到下一个桩位继续施打。4.质量保证措施：1测量定位根据设计图纸编制工程桩测量定位图，并保证轴线控制点不受打桩时振动和挤土的影响，保证控制点的准确性。根据实际打桩线路图，按施工区域划分测量定位控制网，一般一个区域内根据每天施工进度放样20-40根桩位，在桩位中心点地面上打入一支6.5长约20cm的钢筋，并用红塑料袋标示。桩位偏差小于10mm。工程在施工前，应根据施工桩长在匹配的工程桩身上划出以米为单位的长度标记，并按从下至上的顺序标明桩的长度，以便观察桩入土深度及记录每米沉桩锤击数。2管桩起吊，对中调直（1）在距管桩端头0.2米处，将捆桩钢丝绳套牢，一端拴在打桩机的卷扬机主钩上，打桩机主卷扬向上先提桩，使管桩与地面基本成45-60角向上提升，将管桩上口喂入桩帽内，管桩移至桩位中心。（2）对中：管桩插入桩位中心后，先用桩锤自重将桩插入地下30-50cm，桩身稳定后，调正桩身、桩锤、桩帽的中心线重合，使之与打入方向成一直线。（3）调直：用经纬仪或吊砣垂线架测定管桩垂直度。经纬仪应设置在不受打桩机移动和打桩作业影响的位置，保证两台经纬仪与导轨成正交方向进行测定，使插入地面时桩身的垂直度偏差不得大于0.5%。3打桩（1）打第一节桩时必须将桩锤自重或冷锤（不持档位将桩徐徐打入，直至管桩沉到某一深度不动为止，同时用仪器观察管桩的中心位置和角度，确认无误后，再转为正常施打，必要时，拔出重插，直至满足设计要求。（2）正常打桩宜采用重锤低击，锤重根据设计图纸及地质钻探资料。4接桩（1）当管桩需接长时，接头个数不宜超过3个且尽量避免桩尖落在厚黏性土层中接桩。（2）管桩接桩，采用焊接接桩，其入土部分桩段的桩头宜高出地面0.5-1.0m。（3）下节桩的桩端处宜设置导向箍以方便上节桩就位，接桩时上下节桩应保持顺直，中心线偏差不大于2mm。（4）管桩对接前，上下端板表面应用钢丝刷清理干净，坡口处露出金属光泽，对接后，若上下桩接触面不密实，存有缝隙，可用厚度不超过5mm的钢片嵌填，达到饱满为止，并点焊牢固。（5）焊接时宜由两个电焊工同时施焊，先在坡口圆周上对称点焊4-6点，待上下桩节固定后拆除志向箍再分层施焊，每层焊接厚度应均匀。（6）焊接完成后，自然冷却不少于5min并按设计要求对接头部位进行防腐处理。5送桩（1）根据设计桩长接桩完成并正常施打后，应根据设计及试打桩时确定的各项指标来控制是否采取送桩。（2）上节管桩露出地面高度宜控制在0.3-0.5m。（3）送桩前在送桩器上以米为单位，并按从下至上的顺序标明长度，由打桩机主卷扬吊钩采用单点吊法将送桩器喂入桩帽。（4）调节桩锤、送桩器和桩三者的轴线在同一直线上。在送桩过程中，用水准仪严格控制桩顶标高。（5）送桩完成后，应及时将空孔回填密实。7收锤标准（1）锤击沉桩收锤标准根据参考地质资料和设计文件要求：桩端持力层为第6层（粉砂夹粉土），要求桩端进入持力层1.5m，桩入土深度30m；最后三阵锤（每阵十击）每阵贯入度不得大于40mm并依次递减。5.现场施工问题分析及解决措施：一、桩身断裂现象A.桩在沉入过程中，桩身突然倾斜错位，当桩尖处土质条件没有特殊变化，而贯入度逐渐增加或突然增大，同时当锤跳起后，桩身随之出现回弹现象。B.原因分析桩身在施工中出现较大弯曲，在反复的锤击下，当桩身不能承受抗弯强度时，即产生断裂。桩身弯曲的原因有：a、一节桩的长细比过大，沉入时，又遇较硬的土层。b、桩尖烧焊时偏离桩的纵轴线较大。沉入时桩身发生倾斜或弯曲。c、桩入土后，遇到大块坚硬障碍物，把桩尖挤向一侧。d、稳桩时不垂直，遇到大块坚硬障碍物，把桩尖挤向一侧。e、两节桩或多节桩施工时，相接的两节桩不在同一轴线上，产生了曲折。f、桩锤没垫平，桩在长时间打击中，桩身受到拉、压应力，当压应力值大于桩混凝土抗压强度时，桩身某处即产生横向裂缝，表面混凝土散落，如压应力过大，混凝土发生破碎，桩身即断裂。桩在堆放、起吊、运输过程中处理不妥也能产生裂纹或断裂。C.质量控制措施施工前，要看清地质资料，在图纸中标出哪条桩会遇到障碍物，以便同有关单位共同研究处理。对进场桩进行检查，发现桩身有裂纹（超过规定）的不得使用，桩尖要烧在桩轴线上。在初沉桩过程中，如发现不垂直及时纠正，如有可能，应把桩拔出，清理完障碍物或回填土后重新沉桩。当桩入土一定深度发生严重倾斜时，不宜采用移动桩架来校正。接桩时，要保证上下两节桩在同一轴线上，接头要焊满焊好。桩在堆放、起吊、运输过程中，要按规操作，发现桩身开裂超过规定时，不得使用。二.桩顶破裂现象A.在沉桩过程中，桩顶出现混凝土掉角、碎裂、坍塌，甚至桩顶钢筋全部外露打坏。B.原因分析桩身外形质量不符合要求，如桩顶不平，桩顶平面与桩轴线不垂直，桩顶保护层厚等。桩顶与桩帽的接触面不平，替打木表面倾斜，桩沉入土中时桩身不垂直，使桩顶面倾斜，造成桩顶局部受集中应力而破碎。沉桩时，桩顶缓存垫损