预应力混凝土管桩试桩试验方案.docx
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预应力混凝土管桩试桩试验方案
预应力混凝土管桩试桩试验方案
1目的
为满足路基稳定和沉降要求，采用预应力混凝土管桩加固，为明
确合理的技术设计参数、需进行现场工艺性试验，确定合理桩长、桩间距及施工相关工艺。
2编制依据
《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》
《客运专线铁路路基工程施工技术指南》
《石武铁路客运专线施工图设计文件》
《预应力管桩统一说明》（新规范）
《先张法预应力砼管桩》
3试桩要求
3.1试桩地点
在一分部选取路基代表性地段，进行现场试桩和工艺性试验，暂定为各桥头路基30m范围右侧边坡坡脚外2~5m（线路左线中心右侧22~26m），在不偏离试桩位置的前提下，可以酌情根据现场征地、施工情况进行调整。
3.2技术要求
（1）、预应力管桩设计长度暂按32~38m考虑，桩间距2.2~2.5m考虑，正方形布置，共进行俩组4根桩工艺性试验。
（2）、预应力管桩型号为PHC-AB400-90型，强度为C80.
（3）、预应力管桩终锤标准：
至设计桩长。
（4）、同时采用设锥形桩尖和不设锥形桩尖进行试桩，各俩根。
（5）、接桩均采用钢端板焊接法焊接，焊好的桩接头应自然冷却后方可施打，焊接处的强度不应低于出厂的强度。
4试桩施工工艺及要点
4.1施工流程
图-1施工工艺流程图
施工程序为：
测量定位—》桩机就位—》复核桩位—》吊桩插桩—》桩身对中调直—》静压沉桩—》接桩—》再静压沉桩—》送桩—》终止压桩—》桩质量检验
4.2施工要点
4.2.1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。
4.2.2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。
4.2.3管桩的验收、堆放、吊运及插桩
预应力管桩型号为PHC-AB400-90型，强度为C80.，管桩采用当地购买成品管桩，运输到现场。
（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。
4.2.4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桩身、机架垂直度，垂直度控制应重点放在第一节桩上，即将桩压入土中0.5-1.0m，暂停下压，在从桩的两个正交侧面校正桩身垂直度,垂直度偏差不得超过桩长的0.5％才可正式压桩。
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）在沉桩过程中施工员随时观察桩的进尺变化，如遇地质层有障碍物、桩杆偏移时，应分一二个行程逐渐调直。
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。
4.2.5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。
4.2.6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。
终压力与单桩竖向极限承载力是两个不同的概念。
终压力是桩尖达到设计持力层终止压桩时出现的最终静压力，其每次出现持续时
间通常只有5-10秒。
单桩竖向极限承载力是沉桩结束且桩周土体产生固结后，桩能承受的最大荷载。
因土层结构、桩型截面、桩长、压桩力不同，会出现终压力大于或小于单桩承载力极限承载力的情况。
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根管桩的施工。
5机械设备
5.1成桩设备
采用静压桩机进行沉桩施工，目前市场上静压桩机有抱压式和顶压式两种，目前最大吨位可达800T，均为液压步履式底座，普通可选择诸如YZY-150～500，GZY-100～800等型号，建议选用240T~280T静压桩机。
根据设计荷载以及各地区的土质情况、施工经验进行选择合适的桩机类型，也可根据打桩前的试桩得到的相关地层、压桩力等参数进行选择。
下表-2为静压桩机压桩力选择参照表。
有些静压桩机没有配备吊桩设备，根据需要配备喂桩的吊装设备，如汽车吊等。
并配合长度合适的送桩器。
表-2静压桩机选型参照表
1600~1800
2400~2800
3000~3600
4000~4600
5000~6000
300
300
400
400
500
400
500
500
550
600
1000~2000
1700~3000
2100~3800
2800~4600
3500~5500
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
5.2其他配合机具设备
装卸倒运管桩可采用普通汽车吊，一般选用20T即可，要考虑行走方便。
接桩及焊接桩尖采用普通直流电焊机即可，截桩采用专用的锯桩器。
测量及检测器具主要有测放桩位的电子全站仪，控制桩身垂直度的经纬仪，控制桩顶标高的水准仪，以及测量管桩外观尺寸的卷尺、游标卡尺等。
6劳力组织
下表-3为一组静压机械的劳力组织配备，如工期紧张可增加相关劳力。
表-3劳力需求表
序号
岗位
工作范围
人数
1
项目负责
全面负责
1
2
施工员
现场施工管理与施工协调
1
3
质量员
质量监督、工序验收、试验检测
1
4
安全员
安全工作
1
5
测量员
测量工作
3
6
起重工
吊桩
1
7
桩机手
桩机操作
1
8
倒桩工
配合吊桩、静压作业
4
9
电焊工
接桩焊接
2
合计
15
7质量标准及控制
7.1质量标准
PHC静压管桩施工质量验收标准，执行设计要求和国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）、《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-1999）及桩基施工的相关技术规程的规定。
PHC静压管桩质量检验标准见下表-4。
表-4管桩质量检验标准
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主控项目
1
桩体质量检验
按桩基检测技术规范
按桩基检测技术规范
2
桩位偏差
见规范相关标准
用钢尺量
3
承载力
按桩基检测技术规范
按桩基检测技术规范
一般项目
1
成
品
桩
质
量
外观
无蜂窝、露筋、裂纹、色感均匀、桩顶处无空隙
直观
桩径
mm
±5
用钢尺量
管壁厚度
mm
±5
用钢尺量
桩尖中心线
mm
＜2
用钢尺量
顶面平整度
mm
10
水平尺量
桩体弯曲
＜1/1000L
用钢尺量，L为桩长
2
接
桩
焊缝质量
见规范相关标准
见规范相关标准
电焊结束后停歇时间
min
＞1.0
秒表测定
上下节平面偏差
mm
＜10
用钢尺量
节点弯曲矢高
＜1/1000L
用钢尺量，L为两节桩长
3
电焊条质量
设计要求
查产品合格证书
4
压桩压力（设计有要求时）
％
±5
查压力表读数
5
桩顶标高
mm
±50
水准仪测量
7.2质量控制要点
（1）进场材料质量验收与控制
施工前应对成品管桩做外观尺寸及外观质量验收，并查看合格证明文件及相关外加剂的含量证明，必要时索要管桩的抗弯、抗裂性能检验报告；接桩用焊条等应有产品合格证书并送样复检，压桩用压力表也应进行检查。
对于堆放在施工场地内的成品管桩，要加强成品保护，严禁机械碰撞，合理安排管桩堆放场地及进场次序，减少二次倒运，并在二次倒运的过程中平稳、轻放，减少对桩身的振动损伤。
（2）场地土承载力要求
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，静压桩桩机对施工场地要求较高，由于桩机及配重重量较大，为防止桩机下陷而造成桩身倾斜、桩机挤压对桩位的影响，影响施工质量及施工安全，必须对施工场地进行局部回填平整或铺垫整块钢板，采取必要的措施提高地基承载力，使其达到静压桩施工要求。
（3）桩位、垂直度及标高控制
在打桩前应调查场地土土质情况，尤其是地表土层是否有大量的废弃混凝土块等杂填土质、是否有地下废弃混凝土结构、构筑物及地下管线等障碍。
需将地下障碍物清除干净，并分层回填夯实后再进行管桩施工。
障碍物的存在、地表土质松软均易导致桩位偏移。
桩身垂直度应重点控制第一棵桩身的垂直，从十字交叉的两个方向进行观测，及时发现偏差后，拔出管桩回填后重新施工，不得强行
回扳校正，以免将桩扳裂以致断桩。
桩身的不垂直沉入，偏心受力容易将桩体压碎裂而降低桩体的承载力。
标高控制，通过正确引测到施工现场附近的水准控制点进行观测。
将水准仪安放在离开桩机5m左右以外的位置，测定此时水准线下需要的送桩长度，并标记在送桩器上，送桩时，设专人进行观测，当送桩器上的刻度将与水准仪的水准线重合时，放慢压桩速度直至两线重合，并结合设计要求的稳定终压值停止压桩。
（4）桩尖及接桩焊接质量控制
桩尖焊接时不能只点焊了事，需进行一周满焊。
在设计需要桩尖的地层，如桩尖焊接不牢而发生脱落，会影响管桩穿透土层的能力。
接桩焊接质量为管桩施工质量控制的一个重点环节。
焊接前需清
理干净端头板上的铁锈、泥污等，对称、分层焊接，减少焊接变形而引起的节点弯曲，并保证焊缝均匀饱满。
焊接结束后，确保足够的冷却停歇时间，一般不应小于5min，然后在把桩头连接部分涂刷防腐沥青漆。
对于重点工程国家规范规定，还需对电焊接头作10％的焊缝探伤检查，目前对接头探伤没有很好的操作标准，超声波探伤因端头板较薄而难以实现，一般采用磁粉对焊缝表面进行外观检查。
（5）沉桩到位率控制
管桩没有沉入到设计位置，需要截桩，既浪费材料，增加额外的桩头处理费用，而且会导致桩身承载力降低。
设计及施工过程中，采取合理的技术措施，在满足承载力的要求下尽可能的将管桩沉入到设计标高位置。
选择合适型号的压桩机械。
根据正式工程桩施工前的试验桩资料、地质土层分布情况、桩端持力层土质情况选择合适的压桩力既选择合适型号的压桩机械,避免压力较小导致管桩压不到设计标高。
降低挤土效应带来的不良影响。
由于桩体间距过小、压桩顺序不合理，地下水孔隙压力大均容易导致基础土阻力增大，管桩压不到设计位置。
缩短送桩时间。
压桩作业在进入硬土层时，压桩时应控制施工停歇时间，避免由于停歇时间过程中土的磨阻力增大影响桩机施工，造成沉桩困难。
（6）终压值的确定
静压法沉桩方式要注意最终压力值的控制。
对于停止压桩的控制一般有两个指标，一个是设计桩顶标高，一个是最终压力值。
两个指标可双控也可实现某一值即可停止压桩。
设计标高根据实际测量，即可控制。
最终压力值一定程度上反应地基承载力，设计通过对地基土层的承载力分析，进行桩长及直径的
设计，并根据沉桩方式、桩端持力土层的影响系数以及试桩提供的实测压力值及承载力值，进行综合分析确定。
当桩顶标高难以达到设计要求，一般在达到设计压力值并恒压稳定后，即可停止压（送）桩。
（7）降低挤土效应危害的措施
管桩在压入土中后，会将桩身周围的土体向旁侧挤压，而占据原来地基土的空间，尤其在桩位较密集或者靠近既有结构的位置，容易
因原土体被扰动而产生土体隆起，导致管桩上浮，同时挤土效应产生的水平压力容易导致桩身产生水平方向的挠曲变形，影响桩体承载力。
如果附近有建筑物或地下管网，容易遭到破坏。
预制桩挤土效应是无法完全消除的，只能通过一定的措施降低挤土效应带来的危害。
设计方案可采取合适的桩间距、开口型桩尖降低挤土效应。
施工中合理安排施工顺序，先施工中间后施工四周位置的管桩、先施工靠近建筑物一侧的管桩后施工远离建筑物的管桩、先施工长桩后施工短桩，或采用间隔跳打法；为了减少挤土效应可采用预钻孔再压桩，根据需要控制钻土的深度及直径，一般为管桩长度及深度的2/3；为减少挤土效应，采用二次送桩的方式减缓挤土效应，既
一个承台的管桩统一打到地表高度，然后再一起集中送桩。
也可事先在建筑物周边设置袋装砂井或塑料排水板，消除部分超孔隙水压力，设置隔离板桩或地下连续墙、开挖地面排土沟等消除挤土效应给周围建筑物造成影响。
7.3成桩检测
压桩结束后，需要对桩基进行检测，桩基检测依据设计要求采用《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）及《基桩低应变动力检测规程》（JGJ/T93-95）进行。
检测的项目主要有桩身的完整性质量检测、单桩竖向抗压极限承载力检测。
桩身质量检测，主要通过现场低应变反射波法进行，目的是对桩身缺陷进行判定，对桩身质量进行分级。
根据规范分为四个等级，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类桩。
其中Ⅰ类桩为桩身质量优良桩；Ⅱ类桩为合格桩；Ⅲ类桩为明显质量缺陷桩，需要与相关单位研究，确定处理方案或继续使用，按要求修补后或经研究可继续使用的视为合格桩；Ⅳ类为不合格桩。
小应变动力检测数量，按规范要求抽检不少于20％且不少于10根。
单桩承载力检测，主要通过现场静荷载试验以及高应变动力检测进行，主要检测单桩承载力是否满足设计要求。
静荷载试验检测数量，按规范要求随机抽检总桩数的1％且不少于3根，因为是破坏性试验一般静载试验对施工前的试桩进行；对正式工程桩采取高应变动测，检测数量为总桩数的2%，且不少于10根。
由于管桩施工完毕后，单桩承载力没有完全达到设计承载力强度，需要7天以上的嵌固期，故单桩承载力检测宜在成桩后10-20天范围内进行。
7.4安全措施
（1）静压机械进场前，需要对场地土进行预压，确保桩机平稳施工，避免发生桩机倾斜。
（2）桩机手等相关操作人员必须持证上岗，进行安全教育培训与班前安全教育。
（3）静压桩机入场后，需提供桩机配套相关合格证明文件及年检报告，每天上班前需要对钢丝绳及液压轮轴等易磨损部分加强检查，确保制动灵活，试机正常后方能施工。
施工过程中加强对桩机各部件的日常检查与维修保养。
（4）吊装运输及起吊喂桩时，需要专人指挥及监护，隔离操作，严禁人员通行。
（5）送桩完毕后，遗留下的孔洞上面要加盖或回填，以防人员掉陷。
（6）为避免挤土效应对周围建筑物的影响，需在建筑物边开挖排沟。
（7）机电设备维修时必须要切断电源后无电方能操作。
（8）因露天作业，需注意安全用电防护，实行三相五线制，做好机械漏电保护，防潮防雨设施，一机一闸，闸箱上锁。
确保用电作业安全；
（9）试桩施工前要对打桩地段得地下管线，地上及高空电线等设施进行探明，确定无影响后在进行试桩施工。
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