静压预制预应力混凝土管桩的施工

静压预制预应力混凝土管桩的施工【摘要】介绍静压预制预应力混凝土管桩的施工和施工中常见的问题及防治对策。【关键词】静压；预应力；成桩；试桩工程概况西安电子科技大学教学楼整体改造工程建筑总面积23700m2，由多幢多层建筑组成，各幢楼之间采用沉降缝连接，主楼结构形式采用框架结构体系、独立承台基础，桩基采用预应力混凝土薄壁管桩，以粉细砂层或粉土夹砂层为桩端持力层，地基承载力综合值为150～170KN，设计预估承载力为980KN和1300KN，沉桩采用开口静压的施工工艺。静压桩桩机及配重达500吨以上，因此桩机对施工场地要求较高，为防止桩机下陷而造成桩身倾斜、桩机挤压对桩位的影响，为保证施工质量、施工安全，应对施工场地进行处理，达到静压桩的施工要求。静压预应力混凝土管桩的特点桩身耗材较低、单桩造价低；施工质量易于控制；单桩承载力高；穿越土层能力强；施工进度快；现场施工方便；噪音小、污染少。管桩的成桩工艺本工程处于市区以及学校教学区内，周围邻近建筑物较多，故选用低噪音、无震动、无泥浆污染、施工速度快的静压施工工艺，采用砼强度C60、Ф400薄壁（壁厚70mm）开口型预应力管桩，以尽量减少场地内的挤土效应。但预应力管桩相对于其它桩型挤土效应较大，因此桩身密集应加强对邻近建筑物的观测，必要时应采取一些有效措施，以减少对邻近建筑物的影响。1、成桩顺序：测量放线→桩机就位→复核桩位→吊校插桩→桩机水平、桩身对中调直→沉桩、接桩→再沉桩→送桩→终止压桩→桩身质量检验→切割桩头→管桩封堵（1）打桩前的准备：桩机应根据土质情况和设计承载力配足重量；认真检查桩机各部件的性能，并通过安检站的安检，以保证正常作业，消除安全隐患；检查管桩外观质量，注意再运输规程中有无损伤，管桩标记是否清晰，质保质料是否齐全。（2）测量放线：测定和标出场地上的桩位，其偏差不得大于20mm；若桩较密集、距离较远或土质条件较差时，不宜一次全部测放完毕，在施工前需再进行校核，必要时校核一根施工一根。（3）桩机就位（桩机水平、桩身对中调直）：利用桩机液压系统调节桩身水平并基本就位后进行吊桩、插桩，插桩一般情况下入土30～5cm为宜，然后调校桩的垂直度在规范允许范围内才能沉桩；第一节管桩起吊就位插入地面的垂直度偏差不得大于5%，宜用长条水准尺或经纬仪进行校正，必要时需拔出重插。（4）静压沉桩：沉桩过程中应观察桩的进尺情况和垂直度，适当限制压桩速度，沉桩速度一般控制在1m/min左右为宜，使各土体能正确反映其抗剪能力；当地基表层中存在大块石头等障碍物时，要避免压偏；当桩尖进入硬土层后，严禁移动桩架等强行回板的方法纠偏；在较厚的粘土、粉质粘土层中应将每一根桩一次连续打到底，尽量减少中间休歇时间，若停歇时间过长，桩周土固结，极易造成沉桩困难。（5）接桩：管桩接桩时宜在桩头高出地面0.5～1m处进行；接桩时，上下节桩保持顺直，错位不宜大于2mm，节点弯曲矢高不得大于桩段的0.1%；采用焊接法进行接桩时，必须将法兰套箍接驳和坡口清进干净，先对称点4～6点，再分层均匀地法兰套箍对焊，焊缝饱满连续，焊渣应及时清理干净；为减少焊接变形，应减少接桩时间，可设2到3人同时对称施焊，焊接完成后应自然冷却，严禁用水冷却，待焊缝冷却后再进行压桩，在雨、雪天应采用可靠的防护措施。（6）送桩：由于桩顶标高低于现有地面标高以及桩机机身原因，需要采用送桩杆进行送桩施工；桩帽、桩身及送桩杆的中心线应重合；送桩杆应用油漆标注尺寸进深，以便控制送桩深度及桩顶标高。（7）终止压桩：通过桩机上的仪表读数进行换算可直接反映压桩过程的穿透阻力；本工程终止压桩的原则：当桩顶标高高出设计标高时，在达到桩身极限承载力前终止压桩，以后采用截桩处理；当压力值未达到设计要求，但桩顶标高已达到设计标高，继续送桩，直到压力值达到设计要求，施工结束后及时与设计单位联系，出具处理方案。施工过程中应如实、及时、准确地作好管桩施工记录，本工程中每进深2m做一次压力值及进尺情况记录，更好地反映沉桩过程。（8）截桩处理：管桩一般不宜截桩，若需截桩时，应采用专用工具锯断，断口平齐；或者先用专用机械开凿，再进行人工凿除，应先将不需截除地桩身端部用钢箍抱紧，凿除过程中严禁野蛮横向敲凿或强行扳拉截桩，以免桩身受损伤。钢筋可用气割法切断。（9）桩端封堵：由于本工程采用开口型静压管桩、独立承台，为了保证桩身与承台的连接，要求除桩身伸入承台5cm～10cm外，在桩顶的桩孔内填充1m高度的C30以上混凝土，内配6Φ20的钢筋端头焊接与管桩内径相同的3mm钢板，同时保证长度0.5m的钢筋伸入承台内。具体做法可参照江苏省预制应力管桩施工的有关图集。2、打桩顺序编制原则（主要考虑应力扩散、挤压对桩位的影响及施工质量、对相信相邻建筑物的影响）（1）根据桩的密集程度以及周围建筑物的关系：若桩较密集，且距建筑物较远，场地开阔时，宜从中间向四周通行；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。（2）桩数多于30根的群桩基础，应从中心位置向外施打；承台边缘的桩，待承台内其他桩打完并重新测定桩位后，再插桩施打。（3）根据桩的入土深度，宜先长后短，宜先高后低。（4）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。这样的施工顺序可以避免由于基坑四周的围护结构使压桩的土体无法扩散。造成先施工的管桩被后施工的管桩挤上来，使桩的承载力达不到设计要求，又避免了在基坑的压桩时土体扩散而挤坏四周的围护结构及降低基坑围护结构的止水效果。（5）桩机施工时前应注意同一承台的群桩，需接桩头不宜在同一截面内，应相互错开，避免产生土压力以及水压力效应较大时，对整体桩身产生切断破坏；同时应认真查看地质报告，了解土层分布情况，合理确定桩体组合长度，避免接头处于土层分界处及土层活动较多处，以防土层活动时对桩身的破坏。2、工程桩施工前试桩及工程桩完成后桩基工程试桩。静压桩施工前应进行试桩，设计单位应根据试桩资料及时调整桩长。本工程中静压试验采用堆载反压法，并利用静压桩机作为反力平衡装置进行配合。桩身要求露出地面20—30cm，以便静载反压装置的安装；桩头要处理平整或施压前铺细砂，否则加压后因应力集中，桩头极易压碎，桩成型后需要有一段时间的嵌固期，待桩身与土体的结合基本趋于稳定后，桩的承载力有一定的提高，嵌固期根据不同的土体而不同，一般不少于7天。通过静载试验，本工程试桩及工程桩的承载能力符合设计要求，通过抽去25%总桩数的小应变检测表明，检测的工程桩均达到A类桩的质量要求。从土方开挖后现场位置偏差符合要求。预制管桩成型良好，且桩与桩之间的连接质量能保证。同时大应变也是作为静载试验的补充，故做大应变就没有多大意义了。因此，笔者认为静压预制管桩的桩基利用静载挖机进行静载试验和按规范要求的频率进行小应变检测便可反映该工程的成型管桩质量。管桩施工中常见的质量问题及防治对策1、挤压效应和振动影响原因分析：沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动，改变了土体的应力状态，便四周土体产生了附加孔隙水压力，产生挤土效应；施工方法不当，每天成桩数量太多、压挤整率太快、布桩过多过密、加剧了挤压效应。影响桩机施工质量以及土方开挖时对桩身的破坏。防治方法：（1）控制布桩密度，对桩距较密部分的管桩可采用预钻孔沉桩方法，孔径约比桩径小50—100mm，深度宜为桩长的1/3—1/2，施工时应随钻随打；或采用间隔跳打法。（2）控制布桩速率，并制定有效的沉桩流水路线，控制日成桩量。（3）设置袋装砂井或塑料排水板，消除部分附加空隙水压力；设置隔离板桩或地下连续墙。（4）开挖地面防震沟，消除震动，沟宽0.5—0.8m。（5）沉桩过程中应加强临近建筑物、地下管线的观测、监护，对靠近特别重要的管线及建筑物处可改其他桩型。2、沉桩时遇到浅层障碍无法继续沉桩原因分析：由于地质勘察报告中未能特别强调浅层障碍物及局部的土层分布深度和性质，导致沉桩时遇到浅层（3—4m）的老基础、大孤石，较深部（20m左右）的硬塑老粘土和非常密实砂层、沙砾石层等情况无法施工。防治办法：（1）打桩前先探桩。对浅层障碍物可采用挖土机挖除；当无法施工时，可采用钻机将障碍物钻穿，然后在孔内插桩后沉桩。（2）当桩已入土较深，桩无法拨出时，可采用小型钻机将钻具放入管桩中间的空洞中钻孔，将障碍物钻穿后继续沉桩。（3）选用的桩机能量大小应与设计要求、桩径、桩长及地质条件相匹配。3、斜桩原因分析：（1）静压桩机机械维修不及时，如液压系统漏油导致桩机支撑下滑；（2）静压桩机自重加配重总重量大，桩机基础如不平整坚硬，沉桩过程中，桩机容易产生不均匀沉降，桩身极易发生偏移；（3）施工中桩身不垂直、桩机平台不水平；（4）接桩时桩身、桩帽不在同一直线上；（5）施工顺序不当，导致应力扩散不均匀；尤其是有地下室深基坑的承台相邻桩身过近过密，使先施工的一边已有孔洞，再施工一面时桩身极易滑动。（6）沉桩过程中遇到大块坚硬物，把桩挤向一侧；（7）采用预钻孔法时，钻孔垂直偏差较大，沉桩过程桩又沿着钻孔倾斜方向发生偏移；（8）桩布置过多过密，沉桩时发生挤压效应；（9）基坑开挖方法不当，一次性开挖深度太深，使桩的一侧承受很大的土压力，使桩身弯曲变形。防治方法：（1）静压桩桩机施工前注意维修，以避免影响施工质量；（2）场地要平整坚硬，在较软的场地中适当铺设道渣，不能使桩机在打桩过程中产生不均匀沉降。（3）施工过程中控制好桩的垂直度，重点应放在第一节桩上，垂直度偏差不得超过桩长的0.5%，桩帽、桩身及送桩杆应在同一直线上，沉桩时宜设置经纬仪在两个方向上进行校准。（4）尽量减少接桩，预制管桩接头不宜超过4个，接桩宜在桩尖进入硬土层后进行。接桩时上、下段桩的中心线偏差不宜大于5mm，节点弯曲矢高不得大于桩段的0.1%。（5）制定合理的施工顺序。（6）当遇到障碍物应及时排除后再进行沉桩；沉桩时发现不垂直应及时纠正，必要时应把拨出重打，桩进入一定深度后，不宜采用移动架空进行校正，以免发生断桩，应采取其他措施。（7）采用预钻孔法时，严格控制钻孔垂直度。（8）合理布置桩位，桩与桩的中心距宜大于4倍桩孔，控制沉桩速度。（9）基坑开挖应分层均匀进行，制定合理的开挖顺序，必须加强围护措施，防止土体对桩的侧压在桩身上产生附加弯矩，以确保桩基工程的桩身结构的完整性。4、桩身破坏：原因分析：（1