1PHC管桩概述

 

　　1.1PHC管桩简述

 

　　预应力高强度混凝土管桩(简称PHC管桩)，目前在施工中主要采取静压沉桩及锤击沉桩两种方法，且静压沉桩最为多见。静压沉桩是依靠静压桩机的质量和配重，采用全液压夹持桩身向下施加压力以克服桩的摩阻力及桩端土阻力，将PHC管桩压入至设计标高或达到设计静压荷载值，使其满足设计承载力的要求。

 

　　1.2PHC管桩承载机理

 

　　静压PHC管桩在静压力作用下沉入地基土中，桩侧表面与桩周土体的摩擦力属于非常小的滑动摩擦力，且在同一土层中基本不变，压桩阻力随桩端土体的软硬程度而波动。

 

　　静压桩沉桩穿越的土层一般为含水量较高，孔隙比较大的软弱松散土层。当静压桩垂直受力下沉时，桩尖直接使土体产生冲剪破坏，同时桩周土体也产生剪切挤压破坏，孔隙水受此冲剪挤压作用形成不均匀水头，产生了超孔隙水压力，扰动了土体结构，使得桩周的一倍桩径范围内的土体抗剪强度降低，黏性土发生稠化，粉土、砂土发生软化。压桩一旦终止，随着时间的推移，超孔隙水压力会逐渐消散，桩周土体固结，土的抗剪强度逐渐恢复，甚至超过其原始强度。土体完全恢复后，原来施工下沉时桩侧滑动摩阻力变成承载时的静摩阻力，静压桩才获得工程上所需要的所谓极限承载力。

 

　　如果桩身长且桩周土体摩阻力的恢复值又大，则该静压桩的极限承载力将大于施工终压力；如果桩身很短，桩侧提供的侧摩阻力小，则桩的极限承载力小于桩的终压力。

 

　　2工程案例

 

　　2.1工程概况

 

　　某工程拟建工程主楼26～33层，裙楼为8层，主楼基础采用φ600PHC管桩，要求单桩承载力特征值Ra≥2500，裙楼基础采用φ400PHC管桩，要求单桩承载力特征值Ra≥1800。桩端持力层为⑦粉砂，桩端进入持力层不小于1.5m。场区地下水为浅部潜水和赋存于场区⑦层粉砂土中的承压水，地下水对混凝土无腐蚀性。

 

　　2.2PHC管桩承载力检测

 

　　根据设计要求，对本工程似φ400和φ600PHC管桩分别选取了4根桩进行承载性能的试验检测。

 

　　φ400mm管桩试验桩按照低应变、高应变、静载顺序进行检测，前后低应变检测反映4根桩均为I类桩。高应变测试承载力数据均超过4000kN，其静载试验检测数据见表1。

 

　　表1400mm管桩静载试验结果

 

　　编号 试验最大荷载

 

　　/kN 沉降

 

　　/ram 承载力极限值/kN 沉降

 

　　/mm 残余变形/mm

 

　　Ⅰ 3900 65.32 3650 17.58 2.34

 

　　Ⅱ 3900 70.45 3650 15.64 2.65

 

　　Ⅲ 3900 59.75 3650 16.27 2.22

 

　　Ⅳ 3900 66.84 3650 18.12 2.83

 

　　φ600mm管桩试桩也按照低应变、高应变、静载的顺序进行检测，前后低应变检测反映4根桩均为I类桩。高应变测试承载力数据均超过5500kN，其静载试验检测数据见表2：

 

　　表2φ600mm管桩静载试验结果

 

　　编号 试验最大荷载

 

　　/kN 沉降

 

　　/rfn 承载力极限值/kN 沉降

 

　　/mm 残余变形/ram

 

　　Ⅰ 5350 70.47 5100 15.35 2.13

 

　　Ⅱ 5350 72.52 5100 14.22 2.47

 

　　Ⅲ 5350 73.08 5100 15.82 2.30

 

　　Ⅳ 5350 68.34 5100 16.03 2.64

 

　　从以上试验结果看出，PHC管桩承载力满足工程设计要求，且残余变形量也较小。

 

　　3PHC静压施工要点

 

　　3.1PHC管桩的施工工艺

 

　　(1)要做好工人和班组的三级安全教育和质量、安全技术交底，定期检查打桩设备，打桩用钢丝绳出现有断丝的必须更换，要规范临时用电，严禁随地拖移。

 

　　(2)放样定位。最好采用全站仪定桩位，并且用木桩或300mm长的细钢筋做标记，并在打完每一条桩后复测。

 

　　(3)压桩机就位时，应对准桩位，启动平台支腿油缸，校正平台处于水平状态，启动门架支持油缸，使门架作微倾15°，以便吊管桩。

 

　　(4)打桩顺序：应综合考虑下列原则后确定：若桩密集且离建筑物较远，宜从中间向四周进行；若桩密集两端距建筑物较远，宜从中间向两端进行；若桩较密集且一侧靠近建筑物，宜从毗邻一侧由近及远进行；若持力层埋深或桩的入土深度差别较大，宜先打长桩后打短桩；当桩的规格不同时，先打大桩后打小桩；当有30根以上大承台时，先打打承台后打小承台；桩距小于3倍桩径，应进行跳打。

 

　　(5)遇下列情况之一应暂停打桩作业，并及时与设计院处理：实际桩长与设计桩长相差较大，桩入土深度不足10m；桩身砼出现裂缝或破碎，土中桩身出现崩裂下沉；地面明显隆起、附近房屋及市政开裂受损，邻桩上浮或桩头移位。

 

　　(6)容许偏差：桩中心位置容许偏差为：单排或双排桩条桩基轴线方向为150mm，垂直轴线方向为100mm；承台桩数：2～4根为100mm，5～6根周边桩为100mm，中间桩为d/3或150mm中取大值，多于16根周边桩为150mm，中间桩为d/2；单柱下单桩为80mm。

 

　　(7)吊桩定位：调整垂直度。先拴好吊桩用的钢丝绳及索具，启动吊车吊桩，管桩在施工中起吊，可采用一点法(位置距桩头0.29L处)，使桩尖垂直对准桩位中心，微微启动压桩油缸，当桩入士至50cm时，启动压桩油缸，进入压桩状态。

 

　　(8)打桩垂直度控制在规范规定1%以内，以免出现断桩或桩头爆裂。

 

　　(9)压桩：启动压桩油缸，把桩徐徐压下，控制施压进度，一般不超过2.0m/min，贯入度必须达到设计值(控制桩的贯入度依据是设计图纸及相关的规范规定要求，控制最后三阵贯入度以每阵不超过3cm为质量控制标准并且须持荷稳定5分钟以上)。

 

　　(10)接桩。采用焊接法接桩，接桩前应将端板及桩套箍端板坡口处表面的锈蚀清除干净，表面呈金属光泽后方可焊接，接桩一般在距离地面1.0m左右进行，上、下两块端板轴向错位量应小2mm，坡口根部间隙应小于4mm，焊条选用E43型，焊接道数不少于3道，焊缝应满焊，确保焊缝高度不少于5mm。上下两节桩如有间隙应用楔形铁片全部垫实焊牢。接桩处焊缝应自然冷却8min以上方可沉桩。

 

　　(11)送桩。如果桩顶接近地面，而压桩力尚未达到规定值，可以按要求送桩。

 

　　(12)收桩及施工记录。终压值达到设计要求后才能收桩，所有抗压桩需稳压3次以上，每次稳压时间3S。压桩时认真做好人土深度、压力、隐蔽记录等原始记录。

 

　　(13)截桩：已打好露出地面的桩管在移机前应用锯桩机截割，严禁强行扳断。

 

　　3.2PHC管桩施工存在的局限及处理措施

 

　　3.2.1桩身倾斜引起桩身倾斜的原因较多，一般有静压桩机机械陈旧；桩机基础不平整或过于坚硬；桩身不垂直；接桩时桩身与桩帽不在同一直线上；施工顺序不当等。鉴于以上原因，静压PHC管桩施工中：(1)桩机施工前机械设备应无缺陷。施工场地平整坚硬。(2)严格控制桩身垂直度，第一节桩应重点监控，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，从两个方向上进行校准。(3)尽量减少接桩，预制管桩接头不宜超过3个，接桩宜在桩尖进入硬土层后进行。(4)制定合理的施工顺序，桩基施工后的孔洞应及时回填，施工过程中加强对垂直度的控制。遇到障碍物时应及时排除后再进行沉桩，沉桩时发现不垂直应及时纠正，必要时应把桩拔出重打。桩压入一定深度后，不宜采用移动机架进行校正，以免发生断桩。

 

　　(5)采用预钻孔法时，严格控制钻孔垂直度。合理布置桩位，桩与桩的中心距不小于3倍桩径。(6)桩基施工后应在停歇后再进行基坑开挖施工，基坑开挖应分层均匀进行，加强维护措施。

 

　　3.2.2桩身破坏施工过程中由于斜桩现象的出现，送桩杆不平整导致桩端应力集中，使桩帽滑落或桩头爆裂、桩机施工压力值超标；桩机施工过程中移动机架进行校正桩位、桩身垂直度，导致桩身断裂；施工结束后人工凿桩不规范和不合理的土方开挖；桩身材料质量等。鉴于以上原因，静压PHC管桩施工中：(1)选用合理有效的施工方法，控制桩身的垂直度，避免斜桩的发生；(2)控制桩机终止条件，对纯摩擦桩，终止条件宜以设计桩长为控制条件；端承摩擦桩，宜以设计桩长控制为主，终压力值作对照，当压力值未能达到设计要求，但桩顶标高已达到设计标高，宜继续送桩(3.0m范围内)，直至压力值达到设计要求，施工结束后应及时与设计单位联系，据实出具处理方案。(3)桩机施工结束后，方可进行土方开挖以及凿桩施工，确保土方开挖过程中的施工质量与水平。

 

　　4结语

 

　　随着我国经济建设的快速发展，工程建设日益加快，建筑层高逐渐增加，对工程基础的要求越来越高，预制混凝土管桩被广泛地应用于建筑，虽然我国静压高强度预应力管桩工程在实践中取得了丰富的实践经验，但是φ600mm以上大直径管桩的生产和施工技术上还没有取得突破性进展，因些我国还需在这方面加以不断的研究和探索，以期达到预应力混凝土管桩更科学、更合理地应用于具体的工程之中。