先张法预应力混凝土薄壁管桩施工要点

先张法预应力混凝土薄壁管桩的应用及施工要点摘要：本文介绍了沪宁高速公路扩建工程软基处理中液压法清压管桩施工的工艺、质量控制要点及施工中的注意事项。关键词：预应力混凝土薄壁管桩工艺质量控制沪宁高速公路扩建工程是通过两侧各拼宽8.25米将原有双向四车道高速公路改造成为双向八车道高速公路，由于新老路施工时间相差10年，两侧路基地基的力学性质与老路基下地基固结程度差异较大，针对拼接工程的特点，软基处理设计采用了以复合地基处理为主的方案，即软土深度＞10m采用先张法顾应力混凝土薄壁管桩（即PTC管桩）的处理方法，考虑到采用锤击法施工可能会给老路基稳定性造成一定程度的破坏，并且噪声大且伴有浓烟污染，有悖于环境和文明施工要求，故在本工程中采用了液压法静压管桩代替锤击法施工，下面主要介绍液压法静压管桩的施工方法，施工中应注意的事项及适用条件以及桩的施工过程质量控制。1、工程概况沪宁高速公路扩建工程HN-D3标会长13.36KM，其中K159+000~DK161+859段采用静压管桩进行软基地基加固处理，根据地质报告显示，该段地层主要为第四纪全新系统和上更新纪。全新纪岩性主要为灰色淤泥质土和亚砂土，表层为“硬壳层”和填土，厚度0~20多米，变化较大，上更新统以粘性土为主，类粉砂，中部砂层较发育，以粉细砂为主，厚度达30~50cm。2、先张法预应力混凝土管桩（PTC桩）的特点静压PTC管桩是一种施工快速、无噪音污染、施工质量可靠、单位承载力高、造价便宜的建筑新技术，已逐步替代技术落后，资源浪费、污染环境的沉管灌注桩、人工挖孔桩等桩型的施工。PTC管桩是由专业厂家大批量电脑自动化生产，采用先张法预应力和掺加磨细料、高效减水剂等先进工艺，将混凝土离心脱水密实成型和蒸汽养护而成的一种细长的空心等截面预制混凝土构件。PTC管桩的主要特点有3个方面：一是管桩的单位承载力和造价是各种桩型中最低的，总体经济效益指标优于其他桩型，管桩单桩承载力高，环型截面耗砼量比其他桩基础的费用更节省；二是管桩的穿越土层能力特别强，只要有足够大的压力（3600KN以上），它可以穿越十几米厚薄粉砂甚至是中粗砂层，确保桩基端嵌固于较好的持力层上，具有理想的有效桩长长度，能获得非常高的单桩承载力。三是管桩混凝土抗压强度达70Mpa以上，抗裂弯矩高于方桩，具有高强的工作性能，确保桩身在恶劣施工环境下保持完好，大大减少裂桩和断桩事故的发生。被广泛应用于工业和民用建筑基础施工中，本次沪宁高速公路扩建工程软基处理中首次采用了PTC管桩处理技术。3、设计处理方案描述本工程中先张法薄壁预制管桩（PTC管桩）直径为400mm，壁厚为70mm。桩位平面上呈平行四边形布置，管桩入土端采用开口式桩靴，路基填高＞4m时，间距为2.5m；路基填土≤4m时，间距3.0m。沉桩采用液压法静压方式，预制桩按标准长度成桩，标准长度选择6m、8m、和10m进行施工接长组合，接长采用焊接法接桩。混凝土强度采用C60，静压管桩完成后，在其桩顶现浇混凝土桩帽，桩帽通过桩塞混凝土与管桩连接，桩帽尺寸140×140×30cm和120×120×30cm两种，桩帽混凝土采用C20混凝土。桩帽施工完成后，摊铺40cm碎石垫层，垫层内铺设两层双向高强钢塑土工格栅，形成复合地基，很好地保证了新老路基的良好衔接，确保加宽路基工后沉降量小于5cm，计算总沉降量小于15cm。4、施工要求：（1）管桩的起吊与储运管桩由于长细比大、自重大，在起吊、运输的过程中过大的动荷载将会使管桩产生环裂。正确的起吊方式是二端起吊法，必须有安全员在现场组织实施。汽车运输时用长挂车，桩的悬臂不超过1.5m，在汽车运输时，应该分层叠放并错位布置。在工地现场堆放时，必须选择坚实平整的场地，堆高不超过2层。（2）静压法施工的技术要求对于管桩的静压法施工，为保证工程质量，施工时的技术要求如下：a、确定压桩顺序：施工前了解现场的地质条件、土层土质情况，根据设计文件的要求和施工组织的要求，确定合理可行的压桩顺序。b、桩位放样：根据设计文件和现场技术交底所确定的坐标控制点和水准点进行桩位放样，采用经纬仪定出桩位。c、压桩：用钢丝绳绑住桩身单点起吊，小心移入桩机，然后调平桩机，开动纵横两向油缸移动桩机调整对中、同时利用相互垂直的两个方向经纬仪检查垂直度，入土垂直度控制在1%以内，开动压桩装置开始压桩，记录压桩时间和各压力表读数，保持连续压桩，压桩速度控制在1.0m/min。d、接桩及焊接要求：接桩时其桩头应高出地面0.5~1.0m：下节桩的桩头应设置导向箍以使下节桩安装就位，上节桩和下节桩应保持顺直，其错位不宜大于2mm；管桩焊接之前，上下端表面用铁刷清理干净，直到其坡口处刷出金属光泽；焊接由两上焊工对称进行；焊接层数不得少于2层，焊缝应饱满连续；焊接好的桩接头宜自然冷却至少8min，严禁用水冷却。e、送桩：送桩前用水准仪确定地面标高，在送桩杆上作记号，送桩过程中进行跟踪，动态检查送桩尝试。送桩器下端宜设置桩垫，桩垫厚度均匀并与桩顶全断面接触，送桩达到设计高程后要持续10min且每分钟沉降量不超过2mm后方可结束送桩。f、终止压桩的标准：一般情况下，对于摩擦桩以达到持力层（管桩的设计标高）作为管桩终压的标准。但当静压力显著增加时要注意提前终止，其标准定为：对于Φ400PTC管桩，静压力≥100吨时可终压。（备注：设计要求的静压力标准为60吨）。g、施工工艺流程图。5、施工技术标准要求及注意事项（1）桩长控制及检查：PTC桩属地下隐蔽工程，监理必须认真负责，保证每根桩都达到设计深度。在PTC桩压入前，应检查其长度规格和长度组合是否满足设计文件要求，可以PTC桩的端部用红色油漆作出长度和桩位标记。压桩按“从内侧向外侧、先长桩后短桩”的顺序施工，在压后一排桩之前要检查前一排桩的偏位情况。压桩结束后，通过锤球法来检查桩的打入深度，并记录每个桩位的实测深度。（2）桩身垂直度控制及检查：压桩过程中，桩身必须始终保持垂直。施工时应在距桩机约20m处，成900方向设置经纬仪各1台，检查桩身垂直度并记录。（3）施工过程控制及检查：PTC桩起吊时，监理应在现场检查堆放场地、起吊方法，防止桩断裂或环裂。施工过程中，施工人员均应检查和记录静压机压力表读数、压桩速度，若出现异常应及时停止并报告监理。接桩、焊接时，应检查桩身垂直度、焊缝质量。送桩时应检查送桩深度，并复核桩头标高是否达到设计要求。（4）桩施工后质量控制：PTC桩施工结束后，若有高出地面的桩头，应小心保护，严防施工机械碰撞。机械挖土时，应控制铲斗入土深度，严防挖土机铲斗碰桩，导致桩头破损。压桩完毕，须进行验收，验收合格后才能进行下道工序施工。参考文献1、《高层建筑桩基工程技术》中国建材工业出版社，1998年2、《路基施工指导意见》江苏沪宁高速公路扩建工程指挥部2003年PHC管桩施工技术1一、桩的设计要求本工程采用PHC管桩（2002浙G22《先张法预应力混凝土管桩》）。管桩编号：PHC-A600(130)-L1,14,14，L1根据管桩总长度-（L2～L3）确定。桩尖类型：a-开口型钢桩尖。本工程共计856根,桩长约40m左右，以⑨-2层圆砾作为桩基持力层，桩端进入⑨-2层0.5m，桩顶标高设定为孔口标高。桩的承载力以端承为主，沉桩控制以贯入度为主，桩长为辅。采用ZYJ－900液压静力压桩机压桩，管桩要求单桩竖向承载力标准值为2400KN，管桩生产厂家提供的极限压桩力为6100KN。本工程桩身垂直度偏差不得超过0.5%；平面位置允许偏差为：钢筋砼墙下沿轴线方向桩：150mm垂直于轴线方向的桩：100mm柱下单桩：100mmZYJ－900液压静力压桩机技术参数：（湖南山河）主要参数额定压桩力(KN)9000额定工作油压(Mpa)24.2压桩速度(m/min)高速5低速0.74压桩行程(m)1.8位移(m)纵向3.6横向0.7转角(°)8升降(m)1.1方桩(mm)最小500最大300最大圆桩(mm)800边桩距离(m)1角桩距离(m)1.53额定起吊质量(103kg)25变幅力矩(tfm)90功率(kW)压桩135起重45尺寸(mm)工作长14500工作宽9160运输高3300总质量（含配重）(103kg)≥902二、施工方法1、管桩施工的质量控制1.1施工队伍的资质审查：（1）施工队伍的承建资格；（2）施工现场人员的技术资格证和上岗证；（3）施工机械，压桩机、桩槌是否符合现场的土质、桩径、桩深的要求，所有机械是否有有效的检验证明。1.2管桩进场的检查及堆放A.管桩进场时应检查出厂合格证和检验报告，并对桩身的外观质量进行全数检查。管桩堆放不得超过4层，应堆放在坚实、平整的场地上，并采取可靠的防滚、防滑措施；B.管桩的吊运采用两端钩吊法，索具水平夹角不宜小于600，吊卸时应轻起轻放，严禁抛掷、碰撞；C.管桩桩身强度必须达到100%时方可运至现场；D.管桩堆放场地应坚实、平整并有排水措施。堆放时按规格、长度分类堆放；E.管桩进场后，应根据提供的管桩资料，逐一进行质量验收：1）生产厂家资质证书、产品出厂合格证；2）砼等级试验报告；3）钢筋检测报告；4）砂、石料交易证书及复试报告。1.3压桩前的准备工作（1）复核桩位的轴线、标高准确性；（2）检查压桩机的型号、压力表、配重；检查机械操作的工作环境、供电情况等，根据地质情况和桩尖深度至桩顶标高确定桩长；（3）施工准备工作完成就绪，正式打桩前，组织施工、监理、设计、地质、质监等单位在施工现场共同进行工艺试桩，确定贯入度、持力层的强度、桩的承载力、收锤标准等重要参数。1.4确定压桩顺序及速率压桩顺序及速率由施工单位根据场地状况及工程进度提出，应考虑挤土效应对施工及周边建筑物的影响，工艺试桩后，经设计、监理、甲方、施工单位共同批准后实施。对群桩承台应考虑压桩时的挤土效应，不同深度的桩基应先深后浅、先大后小、先长后短。同一单体建筑，一般要求先施压场地中央的桩，后施压周边桩，当一侧毗邻建筑物时，由毗邻建筑物处向另一方向施压。一般，沉桩顺序应符合下列原则：（1）空旷场地沉桩应由中心向四周进行；（2）某一侧有需要保护建筑物或地下管线时，则应由该侧向远离的方向进行；（3）有不同深度基桩时，应按先大后小，先长后短原则进行；（4）沉桩机运行路线应经济合理，运桩、喂桩方便。1.5垂直度的质量控制当管桩插入地面和接桩时施工人员要用两台经纬仪，在两个成90度的侧面观察，调整好桩的垂直度，然后开始压桩，垂直度偏差不宜大于0.5%。在施压过程中，决不允许用桩机拖桩，以免桩倾斜而影响桩的质量。1.6焊接接桩应符合下列规定：1、电焊接桩时可采用手工电弧焊。2、焊接工艺应符合下列规定：（1）上下端板应除污、除锈，坡口处呈现金属光泽后方可施焊；（2）选用焊条直径应能满足焊透坡口根部的要求，根部打底应选用Φ3.2mm焊条，其余部份可选用Φ4.0mm焊条，焊条品种宜采用结422；（3）焊接时电流强度应与所使用的焊机和焊条相匹配，应分层、对称、均匀、连续施焊，根部必须焊透，每道焊接接头应超前引弧，注意焊接始端和终端的焊口处理，表面加强焊缝高度宜为1mm，力求平滑。焊接后应进行外观检查，焊缝不得有凹痕、咬边、焊瘤、夹渣、裂缝等表面缺陷，发现缺陷时应返修；（4）焊接时由两个焊工同时进行，先在坡口圆周上对称点焊4～6点，焊接层数为三层，内层焊渣须清干净后方能焊外层，焊缝应饱满连续；（4）大风和雨天，应有可靠的防风、防雨措施，否则不得进行焊接施工；（5）两节桩接桩平面不宜垫铁片，最好旋转一下找直度；（6）焊接结束后应让其冷却8分钟，方可进行压桩，严禁用水冷却或焊好后立即施压。（7）应能满足焊透坡口根部的要求，将端板周围的焊缝接口焊满，其外观质量等级达到《钢结构工程施工及验收规范》中二级焊缝施焊质量；（8）焊接接桩应做好隐蔽工程验收。1.7压桩的质量控制。根据地质资料控制压桩，沉桩速度不能过快，一般控制在每分钟1米左右为宜。当遇到压力值突然下降，沉降量突然增大；桩身突然倾斜、跑位；桩身混凝土出现裂缝；地面隆起，邻桩上浮；按设计桩长压桩但未