沿海软土地区静压预应力混凝土管桩基础施工工法.doc

沿海软土地区静压预应力混凝土管桩基础施工工法工法编号：RJGF(闽)422008福建省闽南建筑工程有限公司苏振明、黄荷山、蒋贻绅1 前 言近十余年来，为提高桩基的单桩承载力，减少桩基施工污染，尤其是提高单桩单位承载力的性价比，福建沿海地区逐步大量引入预应力混凝土管桩施工工艺。预应力混凝土管桩按其施加预应力工艺不同，分为先张法和后张法预应力混凝土管桩；按其沉桩方法的不同，分为锤击法和静压法。由于福建沿海地区地质条件的特殊性，是海相沉积地区，基岩埋藏较浅（约10m30m），且基岩风化严重、风化层较厚，采用管桩基础可以得到较好的经济效益并能保证工程质量。福建省还有相当多的淤泥质软土地区，在地面薄薄的一层硬层下，存在4m 5m厚的高压缩性的饱和软土，施工时大量出现压桩机械无法进入，或进入后由于沉桩场地处理不当，机械移位困难及出现大量工程桩偏位及倾斜，甚至大量出现断桩现象。为彻底解决困绕福建地区静压管桩施工的难题，福建省闽南建筑工程有限公司会同有关科研院所，通过大量的工程实践，对福建沿海地区大量使用的静压先张法预应力混凝土管桩施工技术进行研发，开发了“沿海软土地区静压预应力混凝土管桩基础施工工法”，并将其运用到大量的工程实践中，取得了较好的经济效益和社会效益。其工法对应的“沿海软土地区静压预应力混凝土管桩基础施工关键技术”，经福建省建设厅组织有关专家鉴定，一致认为其科技含量高，是一项自主创新成果，整体水平达到国内领先水平，经济效益和社会效益显著，有极大的推广应用前景。2 工法特点2.0.1 软土固结速度快，挤土效益减弱明显，软土性能改善效果好。2.0.2 单桩承载力高，单位承载力性价比高造价低；桩型规格多、桩长规格灵活、适用范围广。2.0.3 对桩端持力层起伏变化大的地质条件适应性较强，成桩长度不受施工机械限制，接桩速度快，施工工效高、工期短、桩身耐打、穿透力强。2.0.4 运输吊装方便，施工文明，现场整洁，成桩质量可靠，监理检测方便。2.0.5 静压施工无震动、无污染、无噪音，利于环保。3 适用范围预应力混凝土管桩一般适用于多层、小高层和25层以下的高层建筑桩基础，持力层可选择在坚硬的粘性土层、密实的砂性土层、全风化岩层及强风化岩层。桩长可按实际需要接长(但长径比应控制在100以内)。但预应力混凝土管桩在下列地层情况下不宜使用： 1 存在大面积地下障碍物(如孤石)时； 2 场地内地层中有坚硬夹层时； 3 桩持力层为硬质中风化岩时； 4 石灰岩溶洞地层； 5 桩基持力层为硬质岩且岩层面倾角很陡时，此时桩端稳定性不好。4 工艺原理在桩基施工前，采用预钻排水孔、开挖防挤沟、用中粗砂置换上层部分土体等方法；在桩基施工期间，通过控制压桩速率、合理安排压桩顺序、重视管桩的接头连接、钻孔取土、设置排水砂井等方法，对饱和软土层进行固结，同时减少挤土效应，保证压桩机行走移位，防止大量出现工程桩偏位及倾斜，甚至断桩现象，解决福建沿海地区的施工难题。管桩施工过程中，静力压桩机以压桩机自重及桩架上的配重作反力，将预应力管桩压入土中，由于内外管壁产生较其他类型桩大的侧摩阻力，提高了桩基的承载力。5 施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程静压先张法预应力混凝土管桩的工艺流程如下：施工准备测量定位压桩机就位调平管桩吊入压桩机夹持腔夹持管桩对准桩位调直压桩至底桩露出地面2.5m3.0m时吊入上节桩与底桩对齐，夹持上节桩，压底桩至桩头露出地面0.60mO.80m调整上下节桩，与底桩对中电焊接桩、再静压、再接桩直至需要深度或达到一定终压值，必要时适当复压截桩，终压前用送桩将工程桩头压至地面以下（图5.1）。图5.1 压桩工艺流程示意图5.2 操作要点5.2.1 施工准备1 对拟施工的场地水文及地质条件进行分析比较，充分认识饱和软土的特性，通过预钻排水孔疏排孔深范围内的地下水，降低孔隙水压力，达到减少土体位移的目的。2 当压桩场地距建筑物较近，或距道路及地下管线较近时，可在桩基施工区域与管线之间开挖沟宽和沟深1.5m2.0m左右的防挤沟，保护建筑、管线及道路。3 如果压桩场地存在大面积薄硬层下较厚饱和软土，压桩机无法行走或行走影响成桩质量时，可以用中粗砂置换1.5m 2.5m厚饱和软土，既利于下部饱和软土固结，又便于压桩机械行走移位，防止因挤土效应致使管桩偏倾及断桩。5.2.2 测量定位由专职测量人员将施工图上的桩位通过轴线控制点逐个施放在压桩现场，在桩位中心点地面作出醒目标志。针对十字型桩尖，还可以在桩位上用白灰在“样桩”附近的地面上画上一个圆心与“样桩”重合、直径与管桩桩径相等的圆圈，以方便插桩对中。5.2.3 压桩机就位调平、管桩吊入压桩机夹持腔、夹持管桩对准桩位调直桩机就位后进行调整使桩架垂直，按照吊点位置用压桩机吊臂将桩喂入压桩机内，通过启动桩机将桩瞄准桩位，然后将桩放下使桩尖对准桩位。夹桩器夹住桩后，用线锤通过桩机在桩底盘调整相邻两个方向的垂直度，并通过预先所作的控制标记复核桩位。开动压力缸将桩压入土中1m左右停止压桩，再调正和校准桩在各个方向的垂直度。第一节桩的垂直度尤为重要。5.2.4 静力压桩 利用压桩机将桩夹紧后施压，按压桩油缸的垂直行程调试，一段一段的向下压，压一段为一个行程，一般为1m以上。然后松开抱桩器，开动油泵使之上移，再抱桩固定压入，如此循环作业。当操作台上压力表计数到达预定规定值时，或者达到预定深度时，便可停止压桩。施工时，对抱压力采取一定措施进行限制，防止产生过大的应力。5.2.5 电焊接桩、适当复压当前一节桩压到露出地面2030mm时，必须接另一节桩。目前常用的接桩方法是焊接或机械连接。分段接桩，要求尽可能采用两段接桩，不应多于三段。应避免桩尖接近或处于硬持力层中接桩。在福建沿海地区接桩时，接头应放置在非液化土层中。采用焊接接头时，接桩前先将预制桩的预埋钢帽表面处理干净，接桩时上、下节桩的中心线不得大于10mm。两接触面尽量平整，当接触面有间隙时，应用铁片填实焊牢，减少焊接变形，焊缝应连续饱满。上、下节桩对称焊接在接桩钢帽上，焊完验收后方可继续沉桩。管桩接口仍采用双面坡口对焊法，预应力混凝土管桩采用螺栓连接后点焊或围焊。PHC管桩接桩时，要注意新接桩节与原桩节的轴线一致，两施焊面上的泥土、油污、铁锈等要预先清刷干净。上节桩找正方向后，对称点焊46点固定，再全面施焊。5.2.6 截桩及送桩如果桩头高出地面一段距离，而压桩荷载已达到规定压桩值时则要截桩。由于压桩机行走方面的要求，所有高出地面的桩头都必须截断掉。截桩的方法是先用锤子或风镐把桩身四周的主筋敲出，并用气割将钢筋割断，再采用专用截桩器截桩。对于个别露出地面较短的桩头可从上到下凿除。严禁用大锤横向敲打、冲撞，严禁利用压桩机行走推力强行将桩扳断。如果桩头接近地面，而压桩力尚未达到规定值，估计送桩深度不会超过设计允许值时可以送桩。在静力压桩施工中，不允许用“桩对桩”进行送桩作业，应采用专用送桩器。管桩与承台的连接采用刚接。管桩的桩头均采用专用工具锯断，断口应平齐，故不能利用桩身内的钢筋伸入承台作为连接的钢筋。在桩头的桩管内填充一定高度的C30细石混凝土，并在混凝土中等分插入6根14钢筋与承台连接。6 材料与设备6.1 材 料6.1.1 水泥应采用强度等级不低于R42.5级的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥；6.1.2 粗骨料在5mm20mm间且要求岩石强度在150MPa以上，细骨料宜采用洁净的中粗砂，细度模数在2.33.4间，砂石必须筛洗洁净；混凝土水灰比0.3左右，水泥用量500kg/m3左右，砂率控制在3236%间，掺入高效减水剂，混凝土的坍落度约在30mm50mm。6.1.3 预应力钢筋应采用预应力混凝土用钢棒、预应力混凝土用钢丝；螺旋筋宜采用冷拔低碳钢丝、低碳钢热轧圆盘条；端部锚固钢筋、架力圈宜采用低碳钢热轧圆盘条和钢筋混凝土热轧带肋钢筋；6.1.4 掺合料不得对管桩产生有害影响，使用前必须进行试验验证。6.2 设 备抱压式静力压桩机、顶压式静力压桩机、电焊机、切割机等。7 质量控制7.1 质量控制标准7.0.1 除按上述施工工艺进行严格操作控制外，还应满足国家和地方的有关标准、规范，见表7-1。表7-1 该工法应满足的有关标准、规范序号名 称编号及版本备 注1预应力混凝土管桩基础技术规程DBJ/T152298广东省2建筑桩基技术规范JGJ942008建设部3建筑地基基础工程施工质量验收规范GB502022002国家标准4预应力钢筋混凝土管桩施工技术规程YBJ23591冶金部5建筑预应力混凝土管桩基础技术规程DBJ13592004福建省6预应力混凝土管桩机械快速接头施工及验收规程DBJ13582004福建省7先张法预应力混凝土管桩GB1347699国家标准7.2 质量控制措施7.2.1 对于静压桩机的机械性能有如下要求：1 机身总重量加配重要求达到设计要求；2 桩机机架应坚固、稳定，有足够的承载力和刚度，沉桩时不产生颤动位移；3 夹具应有足够的刚度和硬度，夹片内的圆弧与桩径应严格匹配，夹具在工作时，夹片内侧与桩周应完整贴合，呈面接触状态，且应保证对称向心施力，严防点接触和不均匀受力；顶压式压桩机的最大压力或抱压式压桩机送桩时的最大抱压力可比桩身允许的抱压压桩力大10%。 4 压桩机行走要灵活，压桩机的底盘要能承受机械自重和配重的基本要求，底盘面积要有足够大，满足地基承载力的要求。7.2.2 对静力压桩的施工提出了下列要求：1 第一节桩下压时垂直度偏差不应大于0.5； 2 宜将每根桩一次性连续压到底，且最后一节有效桩长不宜小于5m； 3 抱压力不应大于桩身允许侧向压力的1.1倍； 4 应根据现场试压桩的试验结果确定终压力标准； 5 终压连续复压次数应根据桩长及地质条件等因素确定。对于入土深度大于8.Om的桩，复压次数可为23次；对于人土深度小于8.Om的桩，复压次数可为35次； 6 稳压压桩力不得小于终压力，稳定压桩的时间宜为510s；7 控制压桩速率，一般静压桩的压桩速率控制在1m/min左右。8 测量桩的垂直度并检查桩头质量，合格后方可送桩，压、送作业应连续进行； 9送桩应用专制钢质送桩器，不得用工程桩作送桩器； 10当场地上多数桩较短(有效桩长L15m)或桩端持力层为风化软质岩可能需要复压时，送桩深度不宜超过1.5m；11 当桩的垂直度偏差小于1且桩的有效桩长大于l5.Om时，静压桩送桩深度不宜超过8.Om。12 重视桩的接头连接，应避免在砂质粉土、砂土等硬土层中焊接，制定合理的桩长组合；同一承台内的群桩，接头不宜在同一截面内，应相互错开；避免接头处于土层分界处及土层活动较多处，以防止土层活动对桩基的破坏。13 由于浅层挤土效应比较明显，可采用钻孔取土来减少挤土效应，特别是对桩距较密部分的管桩施工。取土可视挤土实际情况，对部分桩取土或全部桩取土。14 可设置排水砂井加速因压桩产生的超孔隙水压力消散，减少土体的挤压位移及隆起。15 沉桩过程中出现压桩力异常、桩身漂移、倾斜或桩身及桩顶破损，应查明原因，进行必要的处理后，方可继续施工。 7.2.3 压桩顺序应根据场地工程地质条件确定： 1 对于场地地层中局部含砂、碎石、卵石时，宜先对该区域进行压桩； 2 若持力层埋深或桩的人土深度差别较大时，宜先施压长桩后施压短桩。3 根据桩的入土深度，宜先长后短、先高后低；若桩较密集，且距建筑物较远，场地开阔时，宜从中间向四周进行；若桩较密集，场地狭长，两端距建筑物较远时，宜从中间向两端进行；若桩较密集，且一侧靠近建筑物时，宜从相邻建筑物的一侧开始，由近向远进行；桩数多于30根的群桩基础，应从中心位置向外施压；承台边缘的桩，待承台内其他桩压完并重新测定桩位后，再插桩施压；有围护结构的深基坑中的静压管桩，宜先压桩后再做基坑的围护结构。7.2.4 工程桩采用管桩的基坑支护施工应符合下列规定：1 严禁边压桩边开挖基坑；2 自然放坡的基坑宜在压桩结束后开挖，有围护结构的基坑应在桩基完成后施工围护结构；3 饱和粘性土、粉土地区的基坑开挖宜在压桩全部完成15天后进行；4 挖土应分层进行，且桩周土体高差不宜大于1.0m；5 应注意挖土机械和运土车辆在基坑中对桩的挤推作用而影响桩的质量；6 开挖基坑应制定合理的施工方案，确定土方开挖顺序，注意保持基坑围护结构和边坡的稳定，并做好监测工作，实施动态管理。8 安全措施8.0.1 遵守建筑安装工程安全技术规程和地方有关施工现场安全生产管理规定。8.0.2 认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。8.0.3 认真落实安全生产岗位责任制、交底制和奖罚制。每道工序施工前必须逐级进行安全交底，并落实到书面上。从事施工的各级人员，必须持证上岗，各级机械操作人员，严格遵守操作规程，无证上岗、酒后上岗，违章作业造成事故的追究当事人直接责任。8.0.4 压桩机械进场及压桩施工过程中，严格按桩机操作规程操作，严禁违规操作。8.0.5 施工现场的临时用电严格按照施工现场临时用电安全技术规范的有关规定执行。施工现场使用的手持照明灯应采用36V的安全电压。8.0.6 施工现场按符合防火、防风、防雷、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善各种安全标识。8.0.7 各类房屋、库房、料场等的消防安全距离做到符合公安部门的规定，室内不堆放易燃品；严格做到不在木工加工场、料库等处吸烟；随时清除现场的易燃杂物；不在有火种的场所或其近旁堆放生产物资。8.0.8 氧气瓶与乙炔瓶隔离存放，严格保证氧气瓶不沾染油脂。乙炔发生器有防止回火的安全装置。8.0.9 电缆线路应采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，将其布置在专用电杆上。8.0.10 室内配电柜、配电箱前要有绝缘垫，并安装漏电保护装置。8.0.11 建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。9 环保措施9.0.1 成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。9.0.2 任务下达前，由项目工程师按国家或地方有关施工环保措施及企业环境管理体系要求，进行必要的培训。9.0.3 将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.0.4 设立专用排水沟，对施工污水进行有序集中排放，认真做好无害化处理，从根本上防止施工污水乱流。9.0.5 定期清运施工弃渣及其它工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，施工污水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。9.0.6 现场加大管理力度，优先选用先进的环保机械。杜绝混凝土运输车辆遗洒及施工现场的扬尘，减少环境污染，混凝土运输车辆进出大门时必须清理干净。9.0.7 认真执行国家、地方（行业）对减少施工噪声的要求，将混凝土施工噪声控制在允许范围之内，同时尽量避免夜间施工。9.0.8 对施工场地道路进行硬化，并在晴天经常对施工通行道路进行洒水，防止尘土飞扬，污染周围环境。10 效益分析10.0.1 社会效益 福建沿海地区大部分为软土地基，硬土层埋藏深度一般处在地下20m左右，大部分地层为流塑淤泥与饱和的粉细砂互层，承载力约在100KPa左右，压缩性大。在这种地质条件下，小高层及高层建筑基础必须采用桩基础，而桩基础中经过技术、经济比较，只有静压预应力管桩单位承载力造价低、施工速度快、施工质量可靠、经济合理、符合环保要求，建设工地前期无砂、石料、水泥等材料的粉尘，同时静压施工可减少噪音等环境污染，尤其是较其他桩型更适合福建沿海地区，特别是适应在密集的建筑群和旧城改造中进行施工。10.0.2 经济效益先将管桩与冲钻孔灌注桩进行经济比较如下表10-1：表10-1 冲钻孔灌注桩与静压PHC桩经济效益对比表桩型桩截面桩长（m）桩数工程量综合单价总造价（万元）单桩承载力造价（元/t）冲钻孔灌注桩800273494734m3750元/m3355.056.27静压PHC桩500273499423m200元/m188.463.32从表10-1可以看出，采用静压PHC桩比冲钻孔灌注桩节约造价166.59万元，即静压PHC桩比冲钻孔灌注桩降低造价46%，同时可以看出对同一地质条件，若采用冲钻孔灌注桩获取1t承载力需6.27元，若采用静压PHC桩获取1t承载力只需3.32元，可见经济效益是相当可观。一根12m长的400PHC桩与400X400预制方桩进行技术经济比较如表10-2：表10-2 预制方桩与静压PHC桩经济效益对比表桩型混凝土强度等级混凝土用量（m3）钢材用量（KN）单桩竖向极限承载力（KN）每米综合单价（元/m）400PHC桩C801.520.7943490120400X400预制方桩C351.924.5102768165从上表可以看出，400PHC桩比400X400预制方桩承载力高20%，节省混凝土67%，用钢量仅为预制方桩的1/5，综合单价仅为预制方桩的2/3。11 应用实例 福建省漳州市厦商住宅楼工程11.0.1 工程概况福建省漳州市厦商住宅楼工程，上部建筑为十八层剪力墙结构，基础采用500、600管桩，设计桩长32m，持力层为泥质砾石，单桩设计承载力为3000KN和4000KN，共布置管桩500-