新型预应力混凝土空心方桩施工技术.docx

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新型预应力混凝土空心方桩施工技术

新型预应力混凝土方桩基础施工技术

许永（1975—），男，大专，工程师，项目总工

（中铁八局集团昆明铁路房屋建筑有限公司，云南昆明650011）

摘要：

简述先张法预应力混凝土空心方桩的产品特点、生产工艺、施工方法以及质量控制。

关键词：

预应力混凝土；管桩；方桩；施工技术

1前言

预应力混凝土方桩全称“先张法预应力混凝土空心方桩”，是在先张法预应力混凝土管桩的基础上衍生出来的一种新型桩基。

20世纪60年代，管桩起源于日本；80年代，首先在我国沿海一带得到应用，后逐步传入内陆省份，并很快形成本土化生产规模。

国家先后颁布了国家标准《先张法预应力混凝土管桩》GB13476-1999和行业标准《先张法预应力混凝土薄壁管桩》JC888-2001。

目前有预应力高强混凝土管桩（PHC桩）、预应力混凝土管桩（PC桩）、预应力混凝土薄壁管桩（PTC桩）三种类型，广泛应用于工业与民用建筑的低承台桩基础，其中PHC桩和PC桩还应用于铁路、公路与桥梁、港口、水利、市政、构筑物等工程。

在预应力混凝土管桩技术日趋成熟的背景下，2004年底，云南市场出现了预应力混凝土空心方桩，而且随即进行了试桩并通过了有关部门的检测，2005年开始应用到昆明环球金融中心、湖畔之梦小区、昆明财富中心、云铜时代广场等项目的建筑桩基工程中，收到了良好的效果。

2产品特点

2．1形体特征

预应力混凝土方桩外形为方形柱体，主要由方形桩身、端头板和钢套箍等组成。

正方形端头如同传统预制方桩，但中心为圆柱空心，如同预应力混凝土管桩,见下图：

预应力混凝土管桩（a）预应力混凝土方桩（b）

现有主要规格为450mm×450mm，并且350mm×350mm及550mm×550mm两种规格也即将生产；桩长现有有6m、9m、12m、15m或者根据设计施工需要定尺生产。

2．2配筋和力学性能

以450mm×450mm方桩为例，预应力主筋为12Ø9.0预应力混凝土用钢棒,螺旋筋为Øb4，单桩极限承载力可达4800KN~5000KN；预应力混凝土方桩现最大单节桩长15米，混凝土强度等级C60。

2．3产品优越性

预应力混凝土方桩除具备预应力混凝土管桩的诸多优点外，还具有以下优点：

（1）具有更强的抗弯、耐打、穿透力；

（2）具有更高的承载能力；

（3）替换大直径PHC、PC桩具有显著的经济效益；

（4）在桩身承载力要求相同的情况下，能有效减少桩基规范规定的桩的最小中心距，从而使承台基础部分的断面与配筋设计更为经济；

（5）采用传统预制方桩施工机械也能进行施工；

3生产工艺

预应力混凝土方桩同管桩一样，仍然是采用先张法预应力工艺，经多重速度离心成型和高温蒸汽养护而成的混凝土预制构件，只不过方桩模具与管桩不同。

其基本生产工艺流程如下：

4施工技术

4．1桩型选用

由于预应力混凝土方桩是一种新行产品，目前还未得到大面积推广应用，所以现主要在预应力混凝土管桩基础设计中采用方桩替换。

根据承载力的要求和造价经济性比较，现主要采用450mm×450mm方桩替换大直径管桩常用的PC-A600（110）、PC-AB600（110）型桩；由于云南混凝土用碎石大都为石灰岩质地，其主要成分为CaCO3，而生产C80的PHC桩要经过高压釜蒸汽养护，这样在云南生产C80的PHC桩质量不容易保证；在单桩极限承载力要求相同的情况下，混凝土强度等级为C60的方桩也可替换PHC-A550（125）、PHC-AB550（125）、PHC-A600（110）、PHC-AB600（110）型桩，而且较为经济。

4．2增效桩尖

增效桩尖不同于管桩常用的十字型钢桩尖、开口型钢桩尖和圆锥型钢桩尖，它是与方桩配套使用的一种混凝土空心桩尖，其形状如下：

增效桩尖正视图增效桩尖侧视图

增效桩尖尾部设有与方桩一样的正方形（中部圆控空心）端头板，施工时通过与方桩端头板焊接，作为方桩的桩尖，有效地加强了方桩在土层、岩层中的穿透力。

4．3施工方法

4.3.1方桩养护：

方桩均采用蒸汽养护，达到龄期一天后方可沉桩。

4.3.2方桩运输、堆放与起吊：

4.3.2.1桩在货车运输途中，必须用木楔及绳索稳固于车上，还应避免车颠过大；卸货时，必须使用吊机在桩身适当位置把桩提起，避免产生过度碰撞；

4.3.2.2应该选择平坦及稳固的地面存放方桩，摆放时需要用木方垫好（支垫位置如下图）；并尽可能把同一规格的桩放在一起接近施工位置，理想高度为一或两层，两层桩之间必须用木方隔开，木方厚度须相同且在同一水平线上，并有木楔固定位置；

4.3.2.3桩起吊施打时，应避免桩过度碰撞桩机（重点部位挂旧轮胎防护）；单节方桩吊运采用两头钩吊法，竖起时采用单点法（如下图）：

4.3.3施工机械：

根据设计文件、工程勘察报告、施工现场周边环境选择合适的沉桩机械。

可选择锤击桩机和静压桩机，静压桩机选用液压式机械，并可分为顶压式和抱压式。

4.3.4施工工艺：

测量放线定桩位→桩机就位→吊桩至桩机前→安装桩尖→机起吊桩，对桩位→调整桩及桩架的垂直度→施压→复核垂直度继续施压→接桩→测量贯入度→桩机移位

4.3.5目前采用的静压施工方法。

4.3.5.1适宜作静压桩的地层：

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。

4.3.5.2施工前应完成下列准备工作：

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；检查方桩外观质量及产品等级，检查方桩的标记是否清晰；根据施工图绘制整个工程的桩位编号图；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；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。

4.3.5.3压桩的施工顺序选择：

（1）根据桩的密集程度及桩基础与周围建（构）筑物的关系:

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；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；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:

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；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:

当场地内桩的规格不同时,宜先施压大桩后施压小桩；当设计有较大承台时,宜先施压大承台桩后施压小承台桩。

4.3.5.4压桩

（1）桩尖对位焊接，第一节桩压入地层0.5－0.6米时的垂直度偏差不得超过0.5%；并宜用长条水准尺或其它测量仪器校正，必要时，宜拔出重插；桩身倾斜率超过0.8％时，应找出原因并设法纠正；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。

（2）每根桩一次性连续打到底，尽量减小中间休歇时间。

（3）压桩过程中，出现贯入反常、桩身倾斜、移位、桩身或桩顶破裂等异常情况时，停止压桩，查明原因并进行必要的处理后才能继续施工。

（4）现场同步做出沉桩记录。

4.3.5.5接桩

（1）接桩应连续进行，单桩接头数量不超过4个。

（2）接桩时，在桩头高出地面0.5－1m处进行；上下节桩段应保持对直，错位偏差不宜大于2mm。

（3）对接前上下端板用钢丝刷清理干净，坡口露出金属光泽。

（4）焊接时采用手工电弧焊，四个面对称点焊8点，再由两个焊工对称施焊；焊接层数不小于两层，内层焊渣必须清理干净后方能施焊外一层；焊缝饱满连续。

（5）焊后自然冷却时间不小于8分钟；严禁用水冷却或焊好即打桩。

4.3.5.6截桩和送桩

（1）截桩采用割桩机切割；截桩高度较小时用手锤人工凿除，钢筋用气割割齐；严禁用大锤横向敲击或机械力强行推断。

（2）送桩作业连续进行；送桩采用专制钢质送桩器,不借施压用的工程桩作送桩器。

4.3.5.7方桩基础的基坑开挖

（1）基坑开挖宜在打桩全部完成15天后进行，最早不少于7天。

（2）土方开挖分层进行，桩周土体高差控制在1米内。

（3）结合实际情况，优先采用人工开挖。

5质量控制

5．1质量预控

5.1.1进行图纸会审和设计技术交底，施工前查看有勘察资质的单位出具的正式地质勘察报告。

5.1.2进行技术交底，严格按照施工方案施工。

施工方案必须具有针对性，措施具体，施工流程清楚，顺序合理。

5.1.3建立工程质量检验制度：

包括原材料设备进场检验制度；施工过程的检验；施工结束后的抽样检测。

5．2过程质量控制

5.2.1对方桩进行外观检查，尺寸偏差和抗裂性检验，有否明显的纵向及横向裂缝、端部平面是否倾斜、壁厚、桩身弯曲是否符合规范要求。

混凝土强度是否达到要求，产品质保书、合格证、质量检测报告是否符合要求和齐全。

5.2.2压桩机传感设备是否完好，桩机配重与设计承载力是否相适应。

5.2.3现场方桩堆放整齐，布局合理；合理选择打桩顺序。

5.2.4端部焊接：

焊条质量保证合格；操作人员持上岗合格证并具备一定经验；焊接经现场验收合格后方可沉桩。

5.2.5通常用两台经纬仪、夹角900方向进行监测；注意第一节桩桩尖导向必须垂直；地基表面有坚硬石块必须清除，使桩身达到垂直度要求。

5.2.6 压桩过程中碰到硬土层，不能用力过猛，抬架时也要轻抬轻放。

5．3检验（验收）控制

    桩基完成后对方桩进行试验检测，并做出质量评定。

5.3.1低应变动力检测（反射波法）：

检测桩身完整性（桩身评定等级分四类）。

5.3.2静力载荷试验：

主要检测极限承载力，沉降量回弹后残余变形情况。

6结束语

预应力混凝土方桩是在预应力混凝土管桩的基础上产生的升级产品，很多的技术要求和施工特点都与管桩类似，但确具有着自身的优越性。

随着预应力混凝土方桩在更多工程项目中的应用以及自身的不断完善，相信会被更多的工程人员所了解，也将会更加完善其生产、施工、检测等环节的技术体系。

参考文献

[1]JGJ94-94.建筑桩基技术规范

[2]03SG409.预应力混凝土管桩