PHC预应力砼管桩静压施工工法.docx

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PHC预应力砼管桩静压施工工法

PHC预应力砼管桩静压施工工法

一、前言

预应力混凝土管桩是采用先张法预应力离心成型工艺，并经过10个大气压、180℃左右的蒸汽养护，采用工厂化生产的一种等截面空心圆筒型的混疑土预制构件。

在施工现场，采用锤击或静压的方式沉入地下作为建（构）筑物的基础。

这是一种新型的基桩，是近年来快速发展兴起的一种地基基础处理形式。

根据混凝土强度及壁厚分为PC、PHC（高强）、PTC（薄壁）三种类型，其中以预应力高强混凝土管桩（简称PHC桩）应用最为广泛。

因其施工工艺简单、单桩承载力高、质量可靠、单位造价便宜等诸多优点，是目前预制桩同类型基础中比较先进的一种基础类型，同时与诸如混凝土灌注桩等其它不同类别的基桩相比，其技术先进且质量稳定。

PHC管桩静压法施工，是通过桩机自带吊装设备或另配吊机吊装、喂桩，压桩机以其自重和桩架上的配重作反力将PHC管桩压人土中的一种沉桩工艺，与锤击法管桩施工工艺相比具有低噪音、低污染的环保特性，对土层及周边建（构）筑物影响小、桩身质量破坏小的特点。

预应力管桩发展前期仅仅应用在沿海及软弱地层地区，经权威数据统计，PHC管桩在桩基中的比例不足10%，管桩在中东部地区会有着很大的发展前景，其先进的技术对于同类型工程有着借鉴意义和推广应用价值。

在天津站改扩建无站台柱雨棚工程桩基施工中，采用了静压施工技术进行了施工，收到了良好的社会效益与经济效益。

二、工法特点

PHC管桩施工工艺主要有锤击法和静压法两种，在管桩发展前期主要是锤击机械引领着管桩的施工作业，近几年来，随着大吨位（8000KN）的液压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，因此发展十分迅速，正在逐步取代锤击法施工的工艺。

1、质量可靠、单桩承载力高

由于管桩材料为预应力高强混凝土，高速离心成型工艺和二次湿热养护工艺工厂化制作，桩身质量及沉桩长度可用直接监测，管桩质量可靠；施工中采用静压桩机进行沉桩施工，压桩力可通过压力表直观、安全、准确地反映，因而对桩体承载力的控制、判断精确度高；静压法沉桩与锤击法沉桩施工相比，因沉桩过程是慢速均匀加载，无冲击和反射应力波，对桩身冲击应力小，施工质量易保证。

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60%-75%，桩侧摩阻力提高20%-40%，并因PHC管桩为高强度混凝土预应力构件，尤其抗压、抗弯性能好，其桩身承载力比其它桩种高2－5倍。

2、施工速度快，建设投资周期短

管桩为工厂预制混凝土构件，采用高压、蒸汽养护，生产周期短，一般3-5天即可出厂，可提前批量生产，不占用施工养护周期。

静压法沉桩施工，如果场地条件许可，一台桩机可压入300m左右的管桩。

在普通地质条件下，2-3分钟即可压入10m长一棵管桩，施工时间主要用在桩头、接桩焊接及倒运管桩、移动桩机等其他工作项目上。

而且沉桩完毕后，桩体即有强度，承载力达到最终承载力的80%以上。

在必要时可加快施工进度，缩短投资周期，获得良好的经济效益。

3、施工污染少、安全环保，对周边影响小。

静压法沉桩施工管桩，因采用电力液压驱动操作，无震动、无噪音。

而锤击法沉桩震动剧烈，噪音大且拌有浓烟油污，对周边环境影响大，且锤击法沉桩施工，对周边土地振动大，影响周围建筑（构）物的安全稳定。

而静压由于是缓慢匀速压入，对土体振动小，为周边环境影响小。

而且管桩均为成品，与混凝土灌注桩相比无砂石料、混凝土及泥浆等污染。

4、适应性能好，应用较广泛。

PHC管桩能够穿透普通软土层及粉沙粘土层，配上开口型桩尖减少挤土效应后，具有良好的穿透土层能力，尤其是采用静压沉桩方式。

遇到特殊土质如软硬不均、上软下硬、软硬突变的土层，穿透能力更优于锤击法沉桩方式。

锤击桩法沉桩方式，因一惯的高度（即冲击力）在突遇复杂土层时极易将桩体打坏破损，造成质量事故。

PHC管桩桩段有10-12m、13-15m一节的，也有3-4m、5-6m一节的，搭配灵活，运输吊装方便，成桩长度不受限制，用普通的电焊机即可实现迅速接驳。

在港口码头、铁路桥涵及市政、房建工程中均能够应用推广。

5、造价低、材料损耗小，经济效益高。

由于管桩混凝土强度高，单桩承载力大，工程造价相对于混凝土灌注桩便宜40%左右。

由于静压法沉桩对桩身破坏小，送桩到位率高，截桩小，质量可靠，经济效益较高。

三、适用范围

PHC静压管桩作为一种快速兴起的一种基桩形式，适用于各类建筑物的低承台桩基础，如工业与民用建筑、铁路桥梁、机场、港口码头、水利及市政工程等；适用于一般粘性土及回填土、淤泥和淤泥质土、粉（砂）性土、非自重湿陷性黄土质以及强风化（全风化）的岩层、坚硬的碎石土层和砂土层中，并且不受地下水位高低的影响。

与锤击法沉桩方式相比尤其适应于软硬突变的土层中；由于静压无噪音，在对环保要求较高的地区，特别是在城市和居民区的新建和改造工程施工尤其适用。

虽然管桩是空心结构，但仍有一定的挤土效应，对附近建筑物及地下管线有一定的影响，而且静压机械本身占用一定的空间，所以在贴近建筑物的位置上，不适宜进行管桩的施工；由于静压机械自重较大，要求施工场地平整，对场地土地耐力要求高（要求场地表层土压强≥120kpa），同时不适宜用在地下障碍物较多、深层土质内存在孤石以及地下岩面坡度太陡的土层中。

四、工艺原理

PHC管桩静压法沉桩工艺原理，在桩机就位后，利用适合吨位的吊车（或压桩机自带的起吊设施）吊起管桩进行喂桩，通过静压桩机中心的夹具对桩进行夹抱，调整垂直后进行施压。

施压时，静压桩机机身通过油缸支持安装在大小步履上的小车，小车在大小步履轨道上由油缸控制运动，抱压桩时，借助自重及配重，以器缸液压互联动力系统方式通过夹头相交压力施加压桩力，管桩在自重及配重静压力作用下逐渐将桩压入地基土中，然后通过焊接将上下两节管桩连接实现接长，并通过送桩器将桩顶送到设计标高的一种成桩工艺。

五、施工工艺及操作要点

（一）、PHC管桩静压法沉桩施工工艺流程

图-1施工工艺流程图

（二）、施工操作要点

1、测量定位放线

1）、认真复核设计图纸及设计院交桩点位，必要时将坐标控制点、水准控制点按标准设置要求布设在施工现场，标准控制点数量满足施工需要及测量点间互相复核的需要即可，然后依据设计图纸精确算出尺寸关系或各桩位坐标，对桩位进行精确测放。

2）、可采用电子全站仪或经纬仪等测量工具建立建筑平面测量控制网，或者直接采用坐标定位方式放出桩位，并进行闭合测量程序进行复核；同时利用水准仪对场地标高进行抄平，然后反映到送桩器上，显示出送桩深度，做好桩顶标高控制工作。

3）、桩位放出后，在中心采用30cm长Ф8钢筋或者竹筷插入土中,根据需要做好标识:

钢筋（或竹筷）端头系上红布条或点上白灰,然后画出桩外皮轮廓线的圆周,便于对位、插桩。

4）、为防止挤土效应及移动桩机时的碾压破坏，针对单桩、独立承台以及大面积筏板基础的群桩制定不同的放线方案。

当桩数比较少时，采用坐标随时复测；针对大面积群桩，在场地平整度较高的情况下，采用网格进行控制，并在端头桩位延长线上埋设控制桩，以便复核。

2、桩机就位

在对施工场地内的表层土质试压后，确保承载力满足静压机械施工及移动过程中不至于出现沉陷，对局部软土层可采用事先换填处理或采用整块钢板铺垫作业。

桩机进场后，检查各部件及仪表是否灵敏有效，确保设备运转安全、正常后，按照打桩顺序，移动调整桩机对位、调平、调直。

3、管桩的验收、堆放、吊运及插桩

1）、管桩的进场验收

管桩进场后，应按照《先张法预应力砼管桩》（GB13476-1999）的国家标准或各地区的地方标准对管桩的外观、桩径、长度、壁厚、桩身弯曲度、桩端头板的平整度、桩身强度以及桩身上的材料标识等按规范进行验收，并审查产品合格证明文件，把好材料进场验收关。

根据设计及施工规范要求等级将不符合要求的管桩清退出场。

2）、管桩的堆放

现场管桩堆放场地应平整，采用软垫（木垫）按二点法做相应支垫，且支撑点大致在同一水平面上，见图-2。

当管桩在场地内堆放时，不宜超过4层；当在桩位附近准备施工时宜单层放置，且必须设支垫。

管桩堆放要按照不同型号、规格分类堆放，以免调运施工过程中发生差错。

管桩在现场堆放后，需要二次倒运时，易采用吊机及平板车配合操作。

如场地条件不具备时，采用拖拽的方式，需要采用滚木或者对桩头端头板采取一定的保护措施，以免在硬化地面上滑动时磨损套箍及端头板。

图-2二点支垫示意图

3）、管桩吊运及插桩

单根管桩吊运时可采用两头勾吊法，竖起时可采用单点法，见图-3。

管桩起吊运输过程中应免平稳轻放，以免受振动、冲撞。

图-3管桩起吊示意图

管桩吊起后，缓缓将桩一端送入桩帽中，待管桩放入桩机夹桩箱内扶正就位后，根据需要焊接开（闭）口型桩尖，然后将桩插入土中0.5m-1.0m的深度后，用两台经纬仪（在接近90度的夹角方向）双向控制桩的垂直度，条件不具备也可采用两个线锤进行垂直度控制。

通过桩机导架的旋转、滑动进行调整，确保管桩位置和垂直度符合要求后压桩。

4、压桩

1）、压桩前，根据工程情况制定合理的压桩顺序，减少挤土效应，施工时按照压桩顺序组织施工。

2）、压桩前在每节单桩桩身上划出以米为单位的长度标记，以便观察桩的入土深度及记录对应压力值，并通过实地高程测量，在送桩器上做好最后1m及最终送桩深度标记，通过水准仪配合控制。

3）、在压桩开始阶段，压桩速度不能过快，应根据地质报告显示的土质情况选择压桩速度,一般以2.0m-3.0m/min速度为宜。

在初期2-3m的压桩范围内应重点观察控制状身、机架垂直度，垂直度控制应重点放在第一节桩上，垂直度偏差不得超过桩长的0.5％。

并在压桩过程中需要经常观测桩身是否发生位移、偏移等情况并做好过程记录，并详细记录每入土1米时压力表的压力值。

4）、压桩前最好将地表下的障碍物探明并清除干净，以免桩身移位倾斜。

5、接桩

将首节管桩压至桩头距地面0.5-1.0m左右高度时停止压桩，开始进行接桩作业。

接桩前将上下桩端头板用钢丝刷清除浮锈及泥污，然后下放桩身进行对桩。

上下两节端

头板对齐并初步调整垂直后，采用手工电弧焊在坡口周围点焊4-6点，然后再次进行垂直度的调整，若端头板间隙过大，应加塞铁片。

为减少焊接变形引起节点弯曲，焊接时由两名工人对称施焊，焊接层数不少于两层且焊缝应均匀饱满（焊缝与坡口平）。

焊接完成后，自然冷却5min以上，然后刷涂一层沥青防腐漆后，继续压桩。

如果有多节管桩，重复以上工序即可。

6、送桩或截桩

当桩顶设计标高较自然地面低时必须进行送桩。

送桩时选用的送桩器的外形尺寸要与所压桩的外形尺寸相匹配，并且要有足够的强度和刚度，一般为一圆形钢柱体。

送桩时，送桩器的轴线要与桩身相吻合。

送桩器上根据测定的局部地面标高，事先要标出送桩深度，通过伺候在现场的水准仪跟踪观测，准确地将送桩送至设计标高。

同时送桩器上要标出最后1m的位置线，详细记录最终压力值。

当管桩露出地面或未能送到设计桩顶标高时，需要截桩。

截桩要求必须用专门的截桩器，严禁用大锤横向敲击、冲撞。

送桩完成后，移动调整机械进行下一棵管桩施工。

7、管桩与承台连接

1）、承台开挖可采用普通挖土机即可，但在开挖过程中注意不得碰损桩头，在挖至桩头标高附近时，停止开挖。

桩间土采用人工配合进行挖除。

管桩施工完毕后当天承载力没有完全达到设计强度，根据不同的土质情况，需要7天以上的嵌固期，所以承台开挖要与试验检测结合起来进行安排，保证施工连续。

2）、承台是将上部结构的力传递给管桩基础的受力构件，所以管桩要与承台之间实现有效的锚固连接。

一般管桩伸入承台内100mm，在施工完基础素混凝土垫层后，如管桩内有积水应排出，并用吊筋下放3mm厚的圆形钢板托板，伸入管桩内1000mm-1500mm左右，待承台浇注混凝土时一同灌入同标号混凝土增强桩头受力截面。

同时在桩端头板上焊