预应力管桩施工工艺.doc

预应力管桩施工一、管桩产品分类及特点 预应力混凝土管桩具有桩身强度高( C60 C80) ,沉桩能力强,单桩承载力高,施工周期短,造价低等优点：1、预应力管桩主要有三种类型：预应力高强混凝土管桩（代号PHC）预应力混凝土管桩（代号PC）预应力混凝土薄壁管桩（代号PTC）。2、PHC桩、PC桩适用于抗震设防烈度不大于7度的地区；若使用于抗震设防烈度较高的地区，则需另行验算。 PTC桩适用于抗震设防烈度小于7度的地区, 抗震设防烈度为7度的地区需另行验算；PTC桩不得用于抗震设防烈度大于7度的地区。3、管桩主要考虑承受竖向荷载。 二、施工工艺及特点管桩沉桩工艺有锤击和静压两种，适宜不同的地质条件和环境：A锤击法用柴油锤或液压锤作业（筒锤和导杆锤）（1）锤击管桩基础的地质条件 1、适宜作锤击管桩的地层 主要有坚硬的粘性土层；密实的碎石土层；密实的沙土层和粉土层；较厚的全风 化岩层；强风化岩层 2、不宜作锤击式管桩基础的地层 1）土层中含有较多难以清除的孤石、障碍物 2）不宜作持力层且又难穿透的夹层 3）管桩难以灌入的岩面上无适合作桩端持力层的土层或岩石埋藏较浅而且倾斜较大 的土层。 4）上覆土层松软，下层坚硬，软硬突变的土层。 5）不适宜作持力层的有新鲜岩面的石灰岩地层（2）合理地选择施工机具选择筒式柴油打桩锤参考表柴油锤型号25# 32#36# 40#50# 60#62# 72# 80# 冲击体质量（t）2.5 3.23.53.6 4.04.54.65.0 6.06.27.0 8.0 锤体总重量 （t）5.66.2 7.28.2 9.211.0 12.515.0 18.4 17.420.5 常用冲程（m） 1.52.2 1.63.2 1.83.2 1.93.6 1.82.5 2.03.4 适用管桩规格 300 300 400 400 500 500 550 600 550 600 600 800单桩竖向承载力设计值适用范围 （kN）6001200800160013002400180033002200380026004500桩尖可进入的岩土层 密实砂层坚硬土层强风化岩 密实砂层坚硬土层强风化岩强风化岩强风化岩强风化岩强风化岩常用控制贯入度（ /10 击 ） 2040 2050 2050 2050 3070 3080 3） 施工前应完成下列准备工作：1、认真检查打桩设备各部分的性能，以保证正常运作；2、检查管桩外观质量及产品等级，检查管桩的标记是否清晰。3、根据施工图绘制整个工程的桩位编号图；4、由专职测量人员分批或全部测定标出场地上的桩位，其偏差不得大于20mm；5、在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，以便观察桩的入土深度及记录 每米沉桩锤击数。（4）打桩顺序应综合考虑下列原则后确定：1、根据桩的密集程度及桩基础与周围建（构）筑物的关系。 1）若桩较密集且距周围建（构）筑物较远、施工场地较开阔时，宜从中间向四周进行； 2）若桩较密集、场地狭长、两端距建（构）筑物较远时，宜从中间向两端进行； 3）若桩较密集且一侧靠近建（构）筑物时，宜从毗邻建（构）筑物的一侧开始由近及远地进行。2、根据各区域桩的入土深度。若各区域间差别较大时，宜先长后短。3、根据工地上所用管桩的规格。若直径不同时，宜先大后小。4、根据高层建筑塔楼（高层）与裙房（低层）的关系。宜先高后低。5、根据整个工地布桩的疏密程度。若相差较大时，宜先密后疏。（5） 打桩应符合下列规定：1、第一节管桩起吊就位插入地面后应认真检查桩位及桩身垂直度偏差。桩位偏差不得大于20mm。桩身垂直度偏差宜先用长条水准尺粗校，然后用两台经纬仪或两个吊线锤在互为90方向上进行检测，校正后的垂直度偏差不得大于0.5%，必要时，宜拔出填沙后重插。2、当管桩一插入地表土后就遇上厚度较大的淤泥层或松软的回填土时，柴油锤应采用不点火（空锤）的方式施打；液压锤应采用落距为2030cm的方式施打，使管桩缓慢下沉。3、管桩施打过程中，应保持桩锤、桩帽和桩身的中心线在同一条直线上，宜重锤低击，并随时检查桩的垂直度，当桩身垂直度偏差超过0.8%时，应找出原因设法纠正；当桩尖进入硬土层后，严禁用移动桩架等强行回扳的方法纠偏。4、在较厚的粘土、粉质粘土层中施打管桩，不宜采用大流水打桩施工法，宜将每根桩一次性连续打到底，尽量减少中间休歇时间，且尽可能避免在接近设计深度时进行接桩。5、桩数多于30根的群桩基础应从中心位置向外施打。桩的接头标高位置应适当错开。承台四周边缘的桩宜待承台内其他桩全部打完后重新测定桩位再插桩施打。6、当需要送桩或复打时，应事先检查管桩内是否充满水，若管桩内孔充满水，应抽去部分水以后才能施打。7、打桩时应由专职记录员及时准确地填写管桩施工记录表，（6）桩帽、桩垫和锤垫的正确选择1、桩帽应有足够的刚度、强度、能耐多频次的高速撞击;2、桩帽应呈圆筒形,桩帽大小与管桩直径要匹配,一种桩帽配一种直径的管桩，不准大帽配小桩。桩帽的筒体深度可取350400mm，内径比管桩外径大2030mm。3、桩垫垫衬在桩帽与桩尖之间，应选弹性衬垫，衬垫可选用麻袋、硬纸板、水泥纸袋、胶合板等制作。要求衬垫应均匀，经锤击后压实厚度不宜小于120mm,且在锤击施工中，应经常检查，及时补充或更换。4、桩帽与桩锤向应设“锤垫”，可选用竖纹硬木或盘圆层叠的钢丝绳，厚度为150200mm，e桩帽端部应开孔孔径不宜小于管桩的1/51/3，确保管桩内腔与外界相通.（7）送桩器选择的规定1、送桩器应呈圆筒形,有足够的刚度和强度,送桩器长度应满足送桩深度的要求.2、送桩器上下端面应平整,且与送桩器的轴线相垂直.3、送桩器下端面应开孔,使管桩内腔与外界连通.孔径不宜小于管桩内径的1/51/3.4、送桩器应与管桩匹配,筒式送桩器下端筒体深度可取250350mm,内径比管桩外径大2030mm.5、送桩器与管桩桩头间应设置麻袋或硬纸板作衬垫.（8）管桩接桩的焊接方法1、管节拼接成整桩采用端板焊接连接，可采用手工焊接或二氧化碳保护焊，焊接层数不得少于二层，内层焊渣必须清理干净后方能施焊外一层，焊缝应饱满、连续，且根部必须焊透。2、焊接时宜先在坡口圆周上对称点焊4点6点，待上下桩节固定后拆除导向箍在分层施焊，施焊宜对称进行。3、焊接前应先确认管节是否合格，端板是否合格平整，上下端板表面应用铁刷子等清理干净，坡口处应刷至露出金属光泽。清除油污和铁锈，宜刷至露出金属光泽。4、焊接接头应在自然冷却后才可继续沉桩，自然冷却时间不宜少于5分钟，严禁用水冷却或焊好即沉桩。5、当管桩需要接长时，其入土部分管节的桩头宜高出地面0.51.0 m。6、下节桩的桩头处宜设导向箍，以便于上节桩就位。接桩时上下节桩段应保持顺直，错位偏差不宜大于2mm。7、管桩在北方地区冬季施工时可参考行业标准建筑工程冬季施工规程JGJ104-1997的有关规定。应确保出厂时桩身混泥土强度，宜优先采用按压蒸养护工艺生产的PHC桩，且选用混凝土有效预压应力值较大的型号的管桩；同时应根据当地冻土的具体情况采取必要的施工技术措施。（9）管桩工程的基坑开挖应符合下列规定：1、严禁边打桩边开挖基坑；2、饱和粘性土、粉土地区的基坑开挖宜在打桩全部完成并相隔15天后进行；3、挖土宜分层均匀进行，挖土过程中，桩周土体高差不宜大于1m。4、开挖深基坑时，应该制定合理的施工方案和施工程序，注意保持基坑围护结构或边坡土体的稳定。5、基坑顶部边缘地带不得堆土及有其他重物（10）截桩和送桩应符合下列规定：1、截割桩头宜采用电动锯桩器。若无专用锯桩器，应采用截桩导向箍箍住截桩部位、用风镐或手工凿子沿截桩导向箍上缘凿去管桩预应力钢棒外面混凝土、电割切断钢棒后将桩头截断。用预应力钢棒作承台锚固筋的桩头混凝土，也应用截桩导向箍作保护再用手工凿子慢慢破碎。严禁采用大锤横向敲击或强行扳拉截桩。2、当地表以下有较厚的淤泥土层时，送桩深度不宜大于2.0m。当桩需要作复打准备时，送桩深度不宜大于1.5m。3、当桩顶打至接近地面需要送桩时，应测出桩的垂直度并检查桩头质量，合格后应立即送桩。送桩器及其衬垫应符合有关规定。4、送桩的最后贯入度应参考同一条件的桩不送桩时的最后贯入度予以修正。修正系数一 般可取0.8。5、当地表以下没有淤泥土层，同时桩端持力层顶面埋深标高基本一致，且持力层厚度 不少于4.0m，或持力层上面有较厚的全风化岩层、硬塑坚硬粘土层或中密密实砂土层时，送桩深度可适当加大，但不宜大于6.0m.6、沉桩完毕，应保护好高出地面的桩头，桩孔应及时可靠地覆盖，确保人身安全。B 静压法 用抱压式液压压桩机或顶压式液压压桩机作业。（1）静压管桩基础的地质条件1、适宜作静压管桩的地层： 均匀坚硬的粘性土层；中密、密实的碎石土层、粉土层;全风化岩,强风化岩层。2、不适宜作静压管桩的地层：: 1）与锤击管桩基础相同的含有孤石和障碍物较多的；有薄而又坚硬的夹层；石灰岩；“上软下硬,软硬突变” 以及基岩埋藏较浅且倾斜较大的地层。 2）现场地表土层松软,又未经处理因而容易发生陷机的场地,要求场地表层土压强120kpa。 3）桩端持力层为中密密实砂土层,但其上覆土层几乎全是稍密中密砂土的场地。（2）压桩机的选择选择压桩机参考表项目 160 180240280300 360400 460500 600最大压桩力 kN1600 18002400 2800 30003600 40004600 5000 6000适用管桩 最小桩径 mm 300300400400500 最大桩径 mm 400500500550600单桩极限承载力 kN 10002000 1700 3000 21003800 28004600 3500 5500 桩端持力层 中密 密实的砂土层 ,硬塑坚硬的粘性土层,残积土层 密实的砂土层 ,坚硬的粘性土层,全风化岩 密实的砂土层 ,坚硬的粘性土层,全风化岩 密实的砂土层 ,坚硬的粘性土层,全风化岩,强风化岩 密实的砂土层 ,坚硬的粘性土层,全风化岩,强风化岩 桩端持力层标贯值 N 20252035 30 4030 5030 55穿透中密 密实的砂土层厚度22 33 45 6583） 施工前应完成下列准备工作：1、压桩机运入现场安装就位后，应认真检查压桩设备各部分的质量和性能，并进行试运转；2、检查管桩外观质量及产品等级，检查管桩的标记是否清晰。3、根据施工图绘制整个工程的桩位编号图，并且根据施工组织设计施工方案，确定合理的施工流水线路。4、由专职测量人员分批或全部测定标出场地上的桩位，其偏差不得大于20mm；5、在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，以便观察桩的入土深度及记录该深度时的压力值。（4）在正式压桩前,应进行试压桩,以利初步确定承载力的特征值,试压桩的要求如下：1、甲级及地质条件较为复杂的乙级静压桩基础工程,按不少于2%工程桩数量且不少于5根进行试压桩；2、试压桩的规格、长度及地质条件应具有代表性；3、试压桩应选在地质勘探技术孔附近；4、施压方法及施压条件应与工程桩一致；5、试压桩经过24h休歇后需复压；6、试压桩宜按1%的工程桩数量进行静载荷试验；有条件时，静载荷试验宜加载至桩的极限承载力。（5）压桩的顺序.1、根据桩的密集程度及桩基础与周围建(构)筑物的关系: 1）若桩较密集且距周围建(构)筑物较远、施工场地较开阔时,宜从中间向四周进行; 2）若桩较密集、场地狭长、两端距建(构)筑物较远时,宜从中间向两端进行; 3）若桩较密集且一侧靠近建(构)筑物时,宜从毗邻建(构)筑物的一侧开始由近及远地进行;2、根据场地的工程地质条件: 1）若场地较大且部分区域的上覆土层中含砂(碎石、卵石)时,宜先在含砂(碎石、卵石)区域内施压; 2）若持力层埋深或桩的入土深度差别较大时,宜先施压长桩后施压短桩;3、根据桩的规格及分布情况: 1）当场地内桩的规格不同时,宜先施压大桩后施压小桩; 2）当场地内存在30根桩以上的大承台时,宜先施压大承台桩后施压小承台桩.（6）抱压式液压压桩机施工作业的规定:1、压桩机应配足重量,满足最大压桩力的要求;2、压桩机机上起重机在进行吊桩，喂桩过程中,严禁行走和调整;3、喂桩时,管桩桩身两侧合缝位置应避开夹具的直接接触;4、带有桩尖的第一节桩插入地面0.51.0m时,应严格调整桩的垂直度,偏差不得大于0.5%,然后才能继续下去;5、压桩过程中应经常观测桩身的垂直度。当桩身垂直度偏差大于1%时，应找出原因并设法纠正；当桩尖进入较硬土层后，严禁用移动机架等方法强行纠偏；6、压桩过程中应经常注意观察桩身混凝土的完整性，一旦发现桩身裂缝或掉角，应立即停机，找出原因，采取改进措施；7、每一根桩应一次连续压到底，接桩，送桩应连续进行，中间不得无故停歇，且尽可能避免在桩尖接近设计持力层时进行接桩；（7）管桩接桩的焊接方法同锤击法施工第（8）款的规定。（8）截桩和送桩的规定：1、当一根桩压完后，若有露出地面的桩段必须在移机前截去，管桩应用锯桩机截割，严禁利用压桩机行走推力强行将桩扳断的作业法。2、当桩顶被压至接近地面需要送桩时,应测出桩的垂直度并检查桩头质量,合格后应立即送桩,压、送作业应连续进行;3、送桩应用专制钢质送桩器,不得借施压用的工程桩作送桩器;4、当场地上多数桩较短(L15)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;5、除本条3款规定外,当桩的垂直度小于1%且桩的有效桩长大于15m时,静压桩送桩深度可根据需要送得比打入式桩深一些,但不宜超过8m;6、送桩的最大压桩力一般不宜超过桩身允许抱压压桩力的1.1倍。7、沉桩完毕，桩孔应及时可靠地覆盖，确保人身安全。（9） 终压控制标1、可根据下列条件和原则综合确定： 1）根据现场试压桩的试验结果； 2）参考条件相似工地的施工经验； 3）终压时连续复压次数应根据桩长及地质条件等因素确定，一般不宜超过3次，对施压入土深度小于8m的桩，复压次数可增至35次。当条件许可时宜采用超载施压法，一般不宜采用满载连续复压法； 4）复压时每次稳压时间：压桩力小于3000kN时不宜超过10s；压桩力大于3000kN时不宜超过5s； 5）终压力值不宜大于桩身允许抱压压桩力的1.1倍。2、当无类似工程施工经验时可参照下列标准确定： 1）对于摩擦桩，应按设计桩长进行控制。但需在试压桩时，先按设计桩长试压35根桩，24h后再用与桩的竖向极限承载力相等的压桩力进行复压，如果桩身不下沉，即可按设计桩长进行全面施工，否则，设计桩长应修正。 2）对于端承摩擦桩或摩擦端承桩，终压控制标准可按下列规定执行： a）当桩入土深度L23m时，终压力值可取桩的竖向承载力特征值的2.0倍。但桩同 土为粘性土且灵敏度较高时，终压力则取桩的竖向承载力特征值的1.701.90倍并复压12次； b）当桩入土深度15mL23m时，终压力可取桩的竖向承载力特征值的2.02.4倍，当桩较短且土质差时取值接近2.4倍，桩较长且土质较好时取值接近2.0倍并复压23次； c）当桩入土深度8mL15m时，终压力可取桩的竖向承载力特征值的2.23.0倍，当桩较长且土质较好时取值接近2.2倍，桩较短且土质一般时取值3.0倍左右并复压3次； d）当桩的入土深度只有6m8m时，终压力可取桩的竖向承载力特征值的2.83.2倍并复压35次； e）当终压力值受到各种条件的限制而达不到本条有关规定时，宜按实际情况降低单桩竖向承载力特征值，不得任意增加复压次数。（10）静压桩工程的基坑开挖应符合下列规定：1、严禁边压桩边开挖基坑；2、饱和粘性土、粉土地区的基坑开挖，宜在压桩全部完成并相隔15d后进行；3、挖土宜分层均匀进行，挖土过程中桩周土体高差不宜大于1m,严禁集中一处开挖;4、开挖深基坑时，应制订合理的施工方案和施工程序，注意保持基坑围护结构或边坡土体的稳定；5、严禁挖土机械横向撞击或推拉桩头；三、施工中的几个问题及处理方法预应力混凝土管桩施工中几个问题 (1) 单桩承载力不满足设计要求; (2) 预应力管桩桩身质量; (3) 预应力管桩焊接质量和接头连接问题; (4) 桩位偏差过大; (5) 桩管进水桩端强风化软质岩软化问题。 1 、单桩承载力不满足设计要求承载力不足的原因主要有以下几个方面:(1) 勘察报告提供的qs 、qp 参数不准确一些勘察单位提供的桩基参数过高,若设计单位据此进行桩基础设计, 有可能造成单桩承载力不足。如果提供的桩基参数过低, 但试桩所得单桩承载力又很高,如何选择合理的单桩承载力就很困难。建议武汉地区勘察单位针对预应力管桩存在挤土效应对不同土层的qs 、qp 进行进一步研究和实测。(2) 持力层起伏较大,施工单位双控较难预应力管桩优点是桩身强度高,为了经济节约,设计时应在桩身强度允许的范围之内,使土的强度,即qs 、qp 充分的发挥。一般选择较硬土层作为桩端持力层,如中密以上状态的砂层、卵石层和强风化岩作为桩端持力层。由于勘察手段不合理或取样间距过大,对持力层的起伏未查清,因此虽然设计要求采取双控,但施工单位很难把握,往往控制设计深度到了,而锤击贯入度或油压值达不到;或锤击贯入度或油压值达到了,而设计深度不到。为此,建议地勘单位能提供一定精度的桩端持力层的等深线图。(3) 预应力管桩挤土效应造成桩体上浮对于无桩靴的预应力管桩,桩体排开的土体不可能全部进入管桩腔内或被压缩,实测表明进入管桩内的土芯长度只能达到桩长的1/ 3 ,挤土效应是很明显的。而有桩靴的预应力管桩挤土效应更大。挤土效应会使桩体上浮,对于长桩,由于桩下部进入硬土层较深,发挥嵌固作用,上浮不明显,而短桩比长桩更易发生桩体上浮事故。对于高层的核心筒群桩部位,因为群桩布桩挤土效应就更明显,造成打桩后土体隆起20 至30 cm ,甚至达4050 cm。如果桩段之间焊缝质量不好的话,挤土效应会造成焊缝拉裂现象。桩体上浮将肇致工程桩试桩变形过大、承载力降低。(4) 恢复期桩周土未充分固结预应力管桩在沉桩过程中将使桩周和桩端一定范围内的土体扰动,侧阻力和端阻力都有所降低。随着超静孔隙压力的消散,土体重新固结,桩侧阻力和桩端阻力也不断增加。为获得较高承载力,一般要求桩施工完成后要间歇一定时间再检测承载力,称间歇期或恢复期。建筑地基基础设计规范( GB50007 - 2002) 规定:预制桩在砂土中不得少于7 天; 粘性土不得少于15 天; 对于饱和软粘土不得少于25 天。 2 、预应力管桩桩身质量问题(1) 桩材质量问题预应力管桩桩身砼强度设计为C60 至C80 ,主要是依据广东、深圳地区采用花岗岩作为混凝土骨料,而武汉地区骨料不是花岗岩,强度低,要达到C60 至C80 有困难。虽然管桩通过离心法工艺和蒸高。但混凝土标准件试块,试压强度是否能真正代表预应力管桩的强度,尚存疑问。武汉地区预应力管桩生产能力有限,往往是即压即用,今日生产,明日就运到工地压桩,缺乏养护期。因此,建议离心法工艺应通过试验桩段的试压结果进行比较,比混凝土标准件试块更真实。(2) 施工设备与桩型不匹配管桩施工必须选择与桩型相匹配的施工设备。如果施工中设备选择不当,如小锤打大桩,由于击数增加,很容易造成桩头破损。应严格控制桩身顶压压控力和抱压压控力。(3) 硬土层中采用锤击桩易造成桩身断裂，呈密实的粉砂层,是预应力管桩良好的桩端持力层,能够获得较高单桩承载力。如果桩身质量不太好或使用薄壁管桩,锤击法施工很容易造成桩身断裂。当地质报告中存在孤石,或硬土层下又有软土层,必须穿过此硬土层时,也可能造成桩身沉桩或打桩时出现桩断裂现象。3 、预应力管桩焊接质量和接头连接问题1) 管桩接桩部位焊接质量差管桩现场锤击或静压时,一般均要接桩13次,目前多数采用人工施焊,要求先对称焊46 个焊点,再由两名熟练焊工对称施焊,焊缝应连续饱满,不得有夹渣或气孔,其层数应在两层以上。每个接头一般约须20 分钟焊完,再等焊缝自然冷却8 分钟,才能继续锤打或压桩。但实际施工时,却随便拉没有上岗证的人来施焊,因焊接质量差和人为不易控制因素,造成桩尖与锚板间焊缝和锚板与锚板间出现焊接裂隙,焊渣空隙和急剧冷却的收缩裂缝。锤击法施工时产生的上拔力和大面积群桩施工土体上浮产生的上拔力易将焊接质量差的桩从接桩部位拔断。另一方面,焊缝裂隙使管桩内腔进水,桩尖附近土体遇水软化,加大桩基沉降量而引发事故。采用复打或复压的办法补救后,即使垂直桩的抗压承载能力满足设计要求,但抗水平承载能力仍然很差。(2) 推荐两种新的管桩接头方法为解决焊接质量易受人为因素和天气条件等影响,福建、广东两地已发明新的接头方法。福建开发并编制了福建省预应力混凝土管桩机械快速连接接头施工及验收规程。管桩机械快速螺纹连接接头是由螺纹端盘、螺母、连接端盘和