先张法预应力混凝土管桩工艺设计与施工技术

先张法预应力混凝土管桩工艺设计与施工技术论文先张法预应力混凝土管桩工艺设计与施工技术[摘要]预应力高强混凝土管桩(简称PHC桩)，是在近代高性能混凝土(HPC)和预应力技术的基础上发展起来的混凝土预制构件，PHC桩是专业工厂里采用先张法预应力和离心成型工艺，经过蒸压养护而制成的一种空心圆筒体的等截面构件，运往施工现场后，通过锤击或静压的方法沉入地下作为建(构)筑物的基础。广泛应用在工业与民用建筑、桥梁、港口码头、水利工程等，在国家建设中发挥了愈来愈大的作用。关键词：PHC生产工艺,质量,余浆；强度；操作性能；抗弯性能；控制及单桩承载力,质量稳定

静压应力等⒈管桩的制作与规格和质量要求1.1规格分类：

1.1.1管桩按桩混凝土强度等级及壁厚分为：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)。PHC桩混凝土强度等级不低于C80，PC桩和PTC桩混凝土强度等级不高于C80但不低于C60。1.1.2管桩按外径主要分为300mm、400mm、500mm、550mm、600mm、800mm、1000mm等规格。

1.1.3管桩按抗弯性能或有效预压应力值分为A型、AB型等,其有效预压应力值分别为4Mpa、6Mpa、其计算值应在各自规定值的±5%范围内。预应力混凝土薄壁管桩主要考虑承受纵向压力，其抗弯性能应满足管桩吊运和堆放要求。1.2原材料要求：1.2.1水泥1.21.21.21.2.21.2.21.2.21.2.31.2.3.1应采用碎石，其最大粒径不大于1.2.31.2.31.2.41.2.41.2.41.2.5外加剂1.2.5.11.2.51.2.6掺合料掺合料不得对管桩产生有害影响，使用前必须对其有关性能和质量进行试验验证。1.2.7钢材1.2.71.2.7.2螺旋筋采用冷拔低碳钢丝、低碳钢热轧圆盘条，1.2.71.2.71.2.71.2.71.3.技术要求：1.3.1混凝土制备1.3.11.3.11.3.11.3.1.1.3混凝土坍落度一般控制在3cm～(注：厂矿可根据具体实际情况确定适合本厂生产工艺的具体控制值)1.3.11.3.1a)水泥、掺合料≤1%；b)粗、细骨料≤2%；c)水、外加剂≤1%。1.3.11.3.11.3.11.3.13.2钢筋骨架要求1.3.2.1预应力钢筋应沿其分布圆周均匀配置。最小配筋率不低于0.4%,且不少于6根。

1.3.2.2螺旋筋的直径应根据管桩外径确定。管桩外径450mm以下的螺旋筋直径应不小于4mm；管桩外径500mm~600mm的螺旋筋直径应不小于5mm；管桩外径800mm~1000mm的螺旋筋直径应不小于6mm。管桩螺旋筋的螺距最大不超过110mm。在管桩两端1000mm~1500mm范围内螺旋筋的螺距宜为40mm~60mm。

1.3.2.3采用钢筋骨架滚焊机制作的骨架可不设架立圈。

1.3.2.4骨架成型后各部分尺寸应符合下列要求：

1)预应力钢筋间距偏差不大于5mm；

2)螺旋筋的螺距偏差不大于±lOmm。

1.3.2.5管桩预应力筋的混凝土保护层厚度应符合下列要求：

1.3.2.5.1PHC、PC桩不应小于25mm；

1.3.2.5.2PTC桩不应小于20mm。

1.3.2.6管桩接头可采用机械连接或焊接，

1.3.2.6.1机械连接应符合《预应力混凝土管桩机械快速连接接头施工及验收规程》DBJ13-58-2004的规定。

1.3.2.6.2焊接应符合下列规定：

1）应符合管桩接头端板的宽度不应小于管桩的壁厚；

2）接头的端面必须与桩身的轴线垂直；

3）接头的焊缝坡口尺寸应按设计确定，焊条宜采用E4303或E4316焊条，其质量应满足《碳钢焊条》GB／T5117的规定。1.4生产工艺：1.4.1钢筋的加工规定：

1.4.1.l钢筋应清除油污，不应有局部弯曲，端面应平整，不得有飞边，不同厂家、不同型号规格的钢筋不得混合使用,单根管桩同束预应力钢筋下料长度的相对误差不应大于L／5000；

1.4.1.2预应力钢筋镦头强度不得低于该材料标准强度的90％，主筋两端的镦头不许偏，（主筋一般用7.1，9.0，10.7）。

1.4.1.3预应力筋和螺旋筋焊接点的强度损失不得大于该材料标准强度的5％，松脱的焊点应用钢丝绑扎。1.4.1.4预应力主筋沿管桩断面园周分布均匀配置，最小配筋率不低于0.4%，并不得少于六根，主筋净距不应小于30mm。1.4.1.5钢筋骨架采用滚焊机成型，预应力主筋和螺旋筋焊接点的强度损失不得大于该材料标准强度的5%。其中钢筋笼两端布有加密区一般为100mm间距。1.4.1.6钢筋骨架成型后，各部分尺寸应符合如下要求：a)预应力主筋间距偏差不得超过±5mm；b)螺旋筋的螺距偏差，两端处不得超过±5mm，中间部份不得超过10mm；c)主筋中心半径与设计标准偏差不得超过±2mm。1.4.1.7钢筋骨架吊运时要求平直，避免变形。若用人工抬时10米以上的钢筋笼必须3人分为前，中，后三点抬起搬运，避免钢筋笼变形。1.4.1.8钢筋骨架堆放时，严禁从高处抛下，并不得将骨架在地面拖拉，以免骨架变形或损坏；同时应按不同规格分别整齐堆放。1.4.2端头板与裙板（钢套箍）工艺：1.4.2.1钢套箍与端头板焊接的焊缝在内侧,所有焊缝应牢固饱满,不得带有夹渣等焊接缺陷。1.4.2.2端头板的宽度不得小于管桩规定的壁厚；端头板制作要符合以下规定：a)主筋孔和螺纹孔的相对位置必须准确；b)钢板厚度、材质与坡口必须符合设计要求。不容许端头板略微变形。1.4.3装、合模:1.4.3.1.4.3.2张拉螺栓长度应与张拉板、锚固板的厚度相匹配，防止螺栓过长或过短；禁止使用螺纹损坏的螺栓。1.4.3.3张拉螺栓应对称均匀上紧，防止桩端倾斜和保证安全。1.4.3.4钢筋骨架入模须找正，钢套箍入模时两端应放置平顺，不得发生凹陷或翘起现象，做到钢套箍与钢模紧贴，以防漏浆。1.4.3.5合模时应保证上、下钢模合缝口干净无杂物，并采取必要的防止漏浆的措施，上模要对准轻放，不要碰撞钢套箍。1.4.4布料:1.4.4.1布料时，桩模温度不宜超过45℃1.4.4.2布料要求均匀，宜先铺两端部位，后铺中间部位，保证两端有足够的混凝土。1.4.4.3布料宜采用布料机。1.4.51.4.51.4.51.4.6离心成型:1.4.6.1离心成型分为四阶段：低速、低中速、中速、高速。低速为新拌混凝土混合料通过钢模的翻转，使其恢复良好的流动性；低中速为布料阶段，使新拌混凝土料均匀分布于模壁；中速是过渡阶段，使之继续均匀布料及克服离心力突增，减少内外分层，提高管桩的密实性和抗渗性；高速离心为重要的密实阶段。1.4.6.2由混凝土搅拌开始至离心完毕应在50min内完成。1.4.6.3离心成型中，应确保钢模和离心机平稳、正常运转，不得有跳动、窜动等异常现象。1.4.6.4离心成型后，应将余浆倒尽。(余浆可在通过实验确定其成分可继续送回搅拌楼可代替少量水泥，矿粉，减水剂，水等原材料从而降低生产成本。余浆也可运用生产砌块)1.4.7常压蒸汽养护:1.4.7.1管桩蒸养的介质应采用饱和水蒸汽。1.4.7.2蒸汽养护分为静停、升温、恒温、降温四个阶段。1.4.7.3静停一般控制在1h～2h，升温速度一般控制在20℃/h～25℃/h，恒温温度一般控制在70℃注：对掺加掺合料的管桩的养护制度在试验基础上另行调正。1.4.7.4蒸汽养护制度应根据管桩品种、规格、不同的原材料、不同季节等经试验确定。1.4.7.5池内上下温度要基本一致。养护坑较深时宜采用蒸汽定向循环养护工艺。1.4.8脱模:1.4.8.1预应力混凝土管桩脱模强度不得低于35MPa，预应力高强混凝土管桩脱模强度不得低于40MPa。1.4.8.2预应力放张顺序，应采取对称、交错张放方法。1.4.8.3脱模场地要求松软平整，保证脱模时桩不受损伤。1.4.9压蒸养护1.4.9.1压蒸养护的介质应采用饱和水蒸汽。1.4.9.2预应力高强混凝土管桩经蒸汽养护，脱模后即可进入压蒸釜进行压蒸养护。1.4.9.3压蒸养护制度根据管桩的规格、原材料、季节等经试验确定。1.4.9.4压蒸养护恒压时蒸汽压力控制在0.9MPa～1.0MPa，相应温度在180℃1.4.9.5当釜内压力降至釜外大气压一致时，排除余气后才能打开釜门；当釜外温度较低或釜外风速较大时，禁止将桩立即运出釜外降温，避免因温差过大降温速率过快而引起温差裂缝。⒈5.质量控制：⒈5.1产品检验依据国标GB13476《先张法预应力混凝土管桩》进行混凝土抗压强度、外观质量、尺寸偏差、抗弯性能等的检验。⒈5.2少料5毫米以上，桩身环裂，轻微弯曲，合缝跑浆单边1米以上，裙板拉脱，镦头拉脱2个以上，端头板倾斜3毫米以内，内孔塌料，裙板凹陷严重变形，装配时镦头不到位突出，裙板跑浆1/3周，以上为管桩次品现象。桩身纵裂，断桩，端头板倾斜3毫米以上，跑浆穿孔，桩身环裂且严重弯曲，粘皮露主筋，这些为废品管桩出现的问题。1.5.3产品检验后按检验的产品等级在桩身按标准规定标明标志。1．6.贮存：1.6.11.6.21.6.31.6.4产品应按品种、规格、型号分别堆放，堆放层数不宜超过下表：外径(mm)300～350400～450500～600800～1000堆放层数9875注：堆放时，长桩不得置于短桩的上方。1.6.5产品装卸、起吊应轻放轻起，严禁抛掷、碰撞、滚落2.超高强预应力混凝土管桩施工要求及工艺2.1施工要求：2.1.1管桩的起吊与储运 管桩由于长细比大、自重大，在起吊、运输的过程中过大的动荷载将会使管桩产生环裂。正确的起吊方式是二端起吊法，必须有安全员在现场组织实施。汽车运输时用长挂车，桩的悬臂不超过1.5m，在汽车运输时，应该分层叠放并错位布置。在工地现场堆放时，必须选择坚实平整的场地，堆高不超过2层。2.1.2静压法施工的技术要求 对于管桩的静压法施工，为保证工程质量，施工时的技术要求如下： a、确定压桩顺序： 施工前了解现场的地质条件、土层土质情况，根据设计文件的要求和施工组织的要求，确定合理可行的压桩顺序。 b、桩位放样： 根据设计文件和现场技术交底所确定的坐标控制点和水准点进行桩位放样，采用经纬仪定出桩位。 c、压桩： 用钢丝绳绑住桩身单点起吊，小心移入桩机，然后调平桩机，开动纵横两向油缸移动桩机调整对中、同时利用相互垂直的两个方向经纬仪检查垂直度，入土垂直度控制在1%以内，开动压桩装置开始压桩，记录压桩时间和各压力表读数，保持连续压桩，压桩速度控制在1.0m/min。 d、接桩及焊接要求： 接桩时其桩头应高出地面0.5~1.0m：下节桩的桩头应设置导向箍以使下节桩安装就位，上节桩和下节桩应保持顺直，其错位不宜大于2mm；管桩焊接之前，上下端表面用铁刷清理干净，直到其坡口处刷出金属光泽；焊接由两上焊工对称进行；焊接层数不得少于2层，焊缝应饱满连续；焊接好的桩接头宜自然冷却至少8min，严禁用水冷却。 e、送桩： 送桩前用水准仪确定地面标高，在送桩杆上作记号，送桩过程中进行跟踪，动态检查送桩尝试。送桩器下端宜设置桩垫，桩垫厚度均匀并与桩顶全断面接触，送桩达到设计高程后要持续10min且每分钟沉降量不超过2mm后方可结束送桩。2．2打桩准备:2.2.12.2.2施工方法：根据打桩施工区域内的地质情况和基础几何形状，要合理选择打桩顺序，对周围建筑物采取预防措施。2.2.3桩架的选择。桩架的设置、安装和准备工作对打桩效率有很大影响。桩架选用D-308S型履带行走式桩架，其最大特点是移动灵活，使用方便，运行机构为履带，对路面要求比较低。2.2.2.2.5管桩龄期的确定。管桩从制造成型到打桩施工的间隔时间宜尽量长些，混凝土强度应达到设计强度等级标准值以上(若在工厂制造，一般按80%的设计强度等级标准值出厂)，故要求现场要堆存一定量的桩，按“先进场桩先打”的原则，满足管桩的强度要求。

2.2.3.1测量放线:首先请专业测量公司放线定位每栋的控制点。再由这些控制点依次引出轴线位置，并在两边用龙门板桩固定。根据图纸和现场轴线可确定每根桩的桩位，并用40cm长Φ25直径钢筋固定桩位中心，并用白粉根据桩径围护桩位。2.3.2桩机就位喂桩至桩机前。2.3.3机起吊桩，对桩位2.3.4调整桩及桩架的垂直度2.3.5插桩。桩打入过程中修正桩的角度较困难，因此就位时应正确安放。第一节管桩插入地下时，要尽量保持位置方向正确。开始要轻轻打下，认真检查，若有偏差应及时纠正，必要时要拔出重打。校核桩的垂直度可采用垂直角，即用两个方向(成90°)的经纬仪使导架保持垂直。通过桩机导架的旋转、滑动及停留进行调整。经纬仪应设置在不受打桩影响处，并经常加以调平，使之保持垂直。

2.3.6锤打。因地层较软，初打时可能下沉量较大，宜采取低提锤，轻打下，随着沉桩加深，沉速减慢，起锤高度可渐增。在整个打桩过程中，要使桩锤、桩帽、桩身尽量保持在同一轴线上。必要时应将桩锤及桩架导杆方向按桩身方向调整。要注意尽量不使管桩受到偏心锤打，以免管桩受弯受权。打桩较难下沉时，要检查落锤有无倾斜偏心，特别是要检查桩垫桩帽是否合适。如果不合适，需更换或补充软垫。每根桩宜连续一次打完，不要中断，以免难以继续打下。

2.3.7接桩。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。当下节桩的桩头距地面1～1.2m时，即可进行焊接接桩。接桩时可在下节桩头上安装导向箍，以便新接桩节的引导就位。上节桩找正方向后，对称点焊4~6点加以固定，然后拆除导向箍。管桩焊接施工应由有经验的焊工按照技术规程的要求认真进行；施焊第一层时，宜适当加大电流，加大熔深。采用手工焊接，第一层用ф3.2或ф4.0的E4320型焊条，第二层以后用ф4.0～ф5.0的E4320型焊条，要保证焊接质量。

2.3.8送桩。为将管桩打到设计标高，需要采用送桩器，送桩器用钢板制作，长4m2.4质量控制。

2.4.1配桩和送桩的方法。

然后根据地质资料的桩长对每个桩进行配桩，同时在每个桩的施工前，对第一条桩适当地配长些，以便掌握该地方的地质情况。其它的桩可以根据该桩的入土深度或加或减，使能合理地使用材料，节约管桩。

2.4.2工程施打完毕后，按设计要求及施工规范进行垂直荷载实验。

2.4.3压桩标准：额定压力28AMPa。在施工前，先详细的研究地质资料，选择有代表性的三个桩位，进行试桩，第一条连续压到设计极限单桩承压力，第二、第三条只压到设计值的60％左右，（每入土1M读取压力值），停机30∽60分钟后复压，记录复压值（吨位）。等待7∽15天后进行静压试验，由建设、设计、勘察、监理单位人员参加，合格后设计部门即可制定本工程的终压条件。

2.4.4桩位偏差：桩中心位移容许偏差0.5％。

2.5质量保证措施。

2.5.1施压时，锤与桩帽、桩帽与桩之间应有弹性衬垫（如纸皮、麻袋等）缓冲桩头的压力使之不易损坏。

2.5.2桩帽、桩身及送桩器应保持在同一直线上。

2.5.3压桩前应用吊锤观测控制桩身的垂直度，而在压桩过程中也应随时观测，若发现倾斜，应立即调整，保证桩身入土时的垂直度偏差不超过0.5%，成桩后偏差不超过0.5%。

2.5.4当下一节桩压到地面25mm左右时，根据配桩方案进行接桩时，应先将桩管吊起对位，控制好垂直度。

2.5.5电焊接桩时，要由两人对称施焊，电流要适中，焊条要有出厂合格证，施焊时焊缝必须密实，不该有施工缺陷（如咬边、夹渣、焊瘤等）。

2.5.6做好施工日志，隐蔽验收记录、原始记录和现场签证等工程技术资料。

2.5.7桩机的保养和维修要由专人负责，以便使工程能顺利进行。

2.2.5.9在沉桩过程中碰到下列情况应暂停打桩，查明原因后再按处理方案施工：(1)沉桩过程中桩的贯入度发生突变；(2)桩头混凝土剥落