静压预应力管桩施工工法

静压预应力管桩（PHC）施工工法山东圣大建设集团有限公司刘慧敏袁华锋王福芳1前言随着建筑科技的不断发展，一些新材料、新工艺不断涌现，静压预应力混凝土管桩技术是一种施工文明快速、无噪音污染、施工质量可靠、单位承载力造价便宜的建筑新技术，近年在济宁市工业与民用建筑基础施工中被广泛推广应用，为确保桩基工程施工质量，经过在济宁市铁塔寺小区4#综合楼、金乡金泰花园小区1#—4#高层住宅楼、金乡金泰花园小区11#、12#楼工程的探索和研究，逐步形成了本套施工工法，为静压预应力管桩施工的开发与应用提供了成熟的施工工艺，并为今后此类工程施工提供借鉴。并被批准为山东省省级工法，工法编号：LEGF-146-2008。2工法特点2.0.1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，施工质量易保证。2.0.2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，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。2.0.3施工污染少,安全环保,对周边影响小静压预应力管桩施工，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。2.0.4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。PHC管桩为预制桩，规格型号较多，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。2.0.5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。3适用范围静压预应力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、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。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。4工艺原理静压预应力管桩工艺原理，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。5施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程静压预应力管桩施工工艺流程如下：图5.1-1施工工艺流程图5.2施工操作要点5.2.1测量定位放线桩材检查合格证明材料外观检查报监理检查合格上节桩起吊监理复核测量控制网建立定位放样桩机就位、调平下节桩就位、起吊、插桩校正垂直度压下50-100㎝复核垂直度正式压桩至地面约1m上节桩就位校正垂直度焊接或锚接水准仪控制报监理检查合格接缝检查焊条或硫磺胶泥质量检查压桩复核垂直度起吊送桩器并移机送桩至设计标高送桩器送桩回填桩孔送桩器起吊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。5.2.2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。5.2.3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。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。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。管桩起吊运输过程中应平稳轻放,以免受振动、冲撞。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。5.2.4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,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。5.2.5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。5.2.6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。5.2.7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，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接伸入承台的锚固钢筋,伸入承台内，然后进行承台钢筋的绑扎作业。6材料与设备6.1材料根据设计图纸，提报管桩加工生产计划，工厂化加工成品出厂。管桩材料规格，型号及外观质量应符合《先张法预应力砼管桩》(GB13476-1999)的标准规定，同时根据设计要求及需要添加阻锈剂等外加剂。材料进场后根据规范要求对管桩外观质量及尺寸进行检查，并向厂家索要相关合格证明文件，外加剂检验报告以及必要时的管桩力学性能检测报告等。表6.1-1施工材料明细表序号材料名称规格主要技术指标备注1预应力混凝土管桩300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm、600mm、800mmA型、AB型、B型、C型2桩尖十字形、开口形、锥形3焊条或焊丝E4303、E43166.2机械设备表6.2-1施工机械设备序号机械设备名称规格型号单位产地数量额定功率1静压桩机YZJ-600台湖南1120KW2CO2保护焊机BX3-300-4台上海323.5KW3镝灯3000W盏上海23KW4碘钨灯1000W盏上海36KW5经纬仪J2台天津26水准仪DS3台天津27质量控制7.1质量控制标准7.1.1除按上述施工工艺进行严格操作控制外，还应满足国家和土方的有关标准、规范如下：1《先张法预应力混凝土管桩》(GB13476-1999)2《预应力混凝土管桩基础技术规程》（DBJ14-040-2006）3《建筑桩基技术规范》（JGJ-2008）4《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）5《预应力钢筋混凝土管桩施工技术规程》（YBJ235-1991）7.2质量控制措施7.2.1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。7.2.2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，