PHC管桩锤击法施工质量控制＊

代亚辉

(中铁六局集团有限公司,山西太原 030013)

PHC管桩锤击法施工质量控制＊

代亚辉

(中铁六局集团有限公司,山西太原 030013)

锤击管桩的施工,其原理是利用打桩设备的锤击能量将管桩打入土层中的设计标高处,使其满足设计承载力的要求。并针对预应力高强混凝土(PHC)管桩锤击法施工过程中出现的一些质量通病或质量事故进行分析,提出PHC管桩锤击法施工过程应注意的事项和质量控制措施。

预应力高强混凝土管桩;PHC管桩;锤击法;质量控制

预应力高强混凝土管桩又称PHC管桩,桩基础有多种形式,而PHC管桩具有单桩承载力高、稳定性好等工程特点,目前PHC管桩锤击法施工具有施工快捷、质量保证高等优点,但也由于其他人为因素和外部施工环境的影响,对管桩质量容易造成一些质量通病问题,甚至发生质量事故,为了避免或减少管桩施工质量通病及工程质量事故的发生,针对锤击法施工过程中可能存在的一些问题进行分析,提出一些避免以上问题产生的控制和防治措施。

一、PHC管桩的特点

1.单桩承载力高,工程成本低。桩身混凝土强度等级为C80,具有高强性能,300的PHC管桩单桩允许承载力达到900-1250KN,600的管桩PHC管桩单桩允许承载力达到3100-4800KN,可作为高层、超层建筑的基础,并且单位承载力的造价比预制混凝土桩和钻孔灌注桩低,比钢板桩更低。

2.抗弯性能好。PHC桩预应力钢筋采用预应力混凝土用钢棒,螺旋筋采用冷拔低碳钢丝,使桩身具有较高的预压应力,其抗弯、抗裂性能良好,对于密实的砂层,贯入性能好能适应复杂的环境与地理条件。

3.质量可靠稳定。产品工厂化作业,采用先进的离心技术,管桩质量监测方便快捷,质量有保证。

4.应用范围广泛。桩身耐腐蚀性能好,可根据施工要求进行规格长度的调整,使设计选用范围广,布桩方便,且对桩端持力层起伏变化大复杂的地质条件适应性强。

5.施工工期短、速度快。PHC管桩全部工厂化作业生产,能根据施工要求及时供桩,施工前期准备时间准备短,对场地要求不高,一般能缩短工期1～2个月。

6.施工现场无污染。施工现场无砂石、水泥、泥浆污染。

二、桩身外观质量要求

1.粘皮和麻面:局部粘皮和麻面累计面积不大于桩身总表面积的0.5%,其深度≤10mm,可以对桩身进行有效的修补。

2.桩身合缝漏浆:漏浆深度不大于5mm,每处漏浆长度不得大于300mm,累计长度不得大于管桩长度的10%,或对称漏浆的搭接长度不得大于100mm,且应修补。

3.局部磕损:局部磕损深度不应大于5mm,每处面积不得大于5000mm2,且应修补。

4.内外表面漏筋:不允许。

5.表面裂缝:不得出现环向和纵向裂缝,但龟裂、水纹和内壁浮浆层中的收缩裂缝不在此限。

6.端面平整度:管桩端面混凝土和预应力钢筋镦头不得高出端板平面。

7.断筋、脱头:不允许。

8.桩套箍凹陷:凹陷深度不应大于10mm。

9.内表面混凝土坍落:不允许。

10.桩接头及桩套箍与混凝土结合处:漏浆深度小于主筋保护层厚度,漏浆长度不大于周长的1/4,允许做有效的修补,不允许出现空洞和蜂窝的现象。

三、主要工序控制方法

(一)PHC管桩锤击法施工工艺流程

测量定位—桩机就位—桩机调平—吊桩—桩位校正、垂直度校正—打桩—锤击至自然地面0.5～1.0m—接桩焊接—送桩—移桩机。

(二)主要工序控制方法

(1)测放桩位:根据轴线与桩位的关系,采用全站仪运用极座标的方法放出桩位,插入木桩并在木桩上钉钉子作为桩位标记,并在钢筋上涂上醒目的红油漆,以保证打桩时不易搞错。

(2)桩机就位:打桩机指挥员根据现场标记的桩位,指挥桩机就位。桩机就位后先复核桩位,并在桩位四周打入四个距离分别为1m的引桩,然后采用钢送桩器对准桩位下压2m,确保下部无障碍物后吊出送桩器,再利用引桩对桩位重先定位后方可进行吊桩施工。

(3)吊桩落位:桩机大致就位于桩位后,用钢丝绳将下桩段吊起,使桩尖对准桩位,然后调平桩机,双向调整桩身的垂直度偏差应≤0.5%H,桩尖对位偏差<20mm。

(4)打桩:当桩段落位及调整正垂直度符合要求后,方可进行打桩。开打前检查桩帽与桩头之间是否设置衬垫,开始打桩后,要认真记录每节桩入土深度和相应锤击数,同时设专人观测吊线锤的变化情况,当桩身倾斜率超过0.5%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。

四、施工质量控制措施

(一)管桩的施工应符合下列规定:

(1)第一节管桩起吊就位及焊接桩尖同打桩,由桩机自身调整垂直度,插入地面时的垂直度偏差不得大0.5%H,并宜用水准尺或其他测量仪器较正,必要时宜拔出重插。待管桩就位后起动桩锤施打,记录桩身每米入土锤击数。第一节桩桩顶离地面0.5m～1.0m时停锤,起第二节桩,操作同前,至上节桩中心线与下节桩重合时,校正垂直度,上下节桩要确保顺直,错位偏差不得大于2mm,接桩后继续施打至设计要求。

(2)管桩施打过程中,桩锤、桩帽和桩身的中心线应重合成一条线,严格控制桩身倾斜率超过0.5%。

(3)在较厚的粘土、粉质土层中施工管桩,宜将每根桩一次性连续打到底,尽量减少中间休歇时间,且尽可能避免在接近设计深度时进行接桩。

(4)设计桩顶标高在自然地面以下时应送桩,送桩过程为当桩打到地面上20cm左右即提锤,套上合适的送桩器进行送桩,直到达到设计桩顶标高收锤。

(5)桩数多于30根的群桩基础应从中心位置向外施打,承台边缘的桩宜等承台内其他桩打完并重新测定桩位后再插桩施打。

(二)接桩焊接一般要求

(1)当管桩需要接长时,其入土部分桩段的桩头宜高出地面0.5～1.0m。

(2)下节桩的桩头处宜设导向箍以方便上节桩就位,接桩时上下节桩段应保持顺直,错位偏差不宜大于2mm。

(3)管桩对接前,上下端板表面应用铁刷子清刷干净,坡口处应刷至露出金属光泽。

(4)焊接时宜先在坡口圆周上对称点焊4～6点,待上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊,施焊宜由两个焊工对称进行。

(5)焊接层数不得少于二层,内层焊渣必须清理干净后方能施焊外一层,焊缝应饱满连续,不得有施工缺陷,如咬边、夹渣、焊瘤等。

(6)焊接的桩接头应自然冷却后才可以继续锤击,自然冷却时间不宜少于8min,严禁用水冷却或焊好即打。

(三)打桩时垂直度和标高的控制

(1)起吊第一节桩对位后,由桩机自身调整垂直度,桩机塔架的垂直度调整是通过桩身支撑的油缸来调节的,桩机的垂直度达到要求后,再调整桩的垂直度。

(2)调整桩的垂直度的方法是从正面和侧面由两个吊锤成90°方向进行观测,保证桩入土后的垂直度偏差不超过0. 5%。在打桩过程中,应由两人在正、侧两面随时观察,如发现倾斜应立即调整,确保成桩后的垂直度偏差不大于0.5%H。

(3)当第一节桩打至地面约50cm左右时,开始接第二节桩,接桩前应先将桩对平,调整好垂直度,对桩端头之处需用铁片锲入填平才能施焊。

(4)以贯入度控制为主,标高控制作为参考。

(四)打桩时,桩帽及衬垫层的设置,应符合下列规定:

(1)桩帽应有足够的强度、刚性和耐打性。

(2)桩帽宜做成圆筒型,套桩头用的筒体深度宜取350～400mm,内径应比管桩外径大20～30mm。

(3)打桩时桩帽与桩头之间应设置弹性衬垫,衬垫可采用麻袋、硬纸板、水泥纸袋、胶合板等材料制作,衬垫厚度应均匀且经锤击压实后的厚度不宜小于120mm;在打桩期间经常检查,及时更换或补充。

(4)桩帽和桩锤之间应用竖纹硬木或盘圆层叠的钢丝绳作“锤垫”,其厚度宜取150～200mm。

(五)送桩器应符合下列规定:

(1)送桩器宜做成圆筒型,并应有足够的强度、刚度和耐打性,送桩器长度应满足送桩深度的要求。

(2)送桩器上下两端面应平整,且与送桩器中心轴线相垂直。

(3)送桩器与管桩匹配,套筒式送桩器下端的套筒深度宜取350～400mm,内径应比管桩外径大20～30mm。

(六)送桩应符合下列规定:

(1)送桩深度不宜大于2.0m;

(2)当桩顶打到接近地面需要送桩时,应测出桩的垂直度并检查桩顶质量,合格后方可送桩。

(3)送桩的最后贯入度应参考同一条件的桩不送桩时的最后贯入度予以修正。

(4)桩打好后桩头高出地面的部分应小心保护,严禁施工机械碰撞或将桩头作接锚点,送桩遗留的孔洞应立即回填。

(七)收锤标准

(1)收锤标准根据场地工程地质条件、单桩承载力设计值、桩的规格和长短、锤的大小和落距(冲程)等因素,进行综合考虑后确定,入土深度达到要求时,即可收锤,再进行下一根桩的施工。

(2)贯入度的控制不宜太大,否则承载力达不到设计要求;也不宜太小,否则容易引起桩的强度降低,直到桩损坏,同时也会对机械造成较大的伤害。停锤以贯入度控制为主,入土深度为辅,当贯入度达到设计要求,且桩的入土深度与设计深度相差无几时,可停锤转入下根桩施工,当贯入度达到设计要求而入土深度与设计深度相差太大时,应停止施工,及时进行研究解决;若遇特殊情况台贯入度骤变,桩身失控倾斜、断桩、移位或严重回弹、桩顶及桩身破碎等立即停锤报告,组织有关人员进行研究处理。

(3)打桩的最后贯入度应在具备下列条件时测量:

a、桩头完好无损;

b、柴油锤跳动正常;

c、桩锤、桩帽、送桩器及桩身中心线重合;

d、桩帽、衬垫厚度等正常;

e、打桩结束后立即测定。

(八)突发事件暂停打桩

(1)贯入度突变;

(2)桩头混凝土剥落、破碎;

(3)桩身突然倾斜、跑位;

(4)地面明显隆起、邻桩上浮或位移过大。

五、施工质量验收标准

(一)PHC管桩桩位验收标准

(二)PHC管桩施工质量验收标准

六、质量通病及预防措施

(一)桩身断裂

(1)现象

桩在打入过程中,桩身突然倾斜错位,当桩尖处土质条件没有特殊变化,而贯入度突然增大,施压油缸的油压显示突然下降引起机台抖动,这时可能是桩身断裂。

(2)原因

a、桩制作时,桩身弯曲超过规定,桩尖偏离桩的纵轴线较大,打桩过程中桩身发生倾斜或弯曲。

b、桩入土后,遇到大块坚硬的障碍物,把桩尖挤向一侧。

c、稳桩不垂直,打入地下一定深度后,再用走架方法校正,使桩身产生弯曲。

d、两节桩或多节桩施工时,相接的两节桩不在同一轴线上,产生了曲折。

e、制作桩的混凝土强度不够,桩在堆放、吊运过程中产生裂缝或断裂未被发现。

(3)预防措施

a、施工前应对桩位下的障碍物清理干净,必要时对每个桩位用钎探了解,对桩构件要进行检查,发现桩身弯曲超过规定(L/1000且≤20mm)或桩尖不在桩纵轴线上的不宜使用。

b、在稳桩过程中如发现桩不垂直应及时纠正,桩压入一定深度发生严重倾斜时。不宜采用移架方法来校正,接桩时要保证上下两节桩在同一轴线上,接头处应严格按照操作要求执行。

d、桩在堆放、吊运过程中,应严格按照有关规定执行,发现桩开裂超过有关验收规定时不得使用。

(二)打桩达不到要求

(1)现象

桩设计是以采用绝对标高为主控,锤击为辅作为施工的最终控制,有时因各方面原因打桩达不到设计的最终控制要求。

(2)原因分析

a、勘探点不够或勘探资料粗,对工程地质情况不明,尤其是对持力层起标伏标高不明,至使设计考虑持力层或选择桩长有误。

b、勘探工作是以点带面,对局部硬夹层、软夹层不可能全部了解,尤其在复杂的工程地质条件下,还有地下障碍物,如大块石头等。压桩施工遇到这种情况,就会达不到设计要求的施工控制标准。

c、由于地层结构的不稳定,同一层土的强度差异很大,桩沉入到该层时,进入持力层较深才能达到贯入度或容易穿越砂夹层,但群桩施工时,砂层越挤越密,最后会有沉不下的现象。

(3)预防措施

a、详细探明工程地质情况,必要时应作补勘,正确选择持力层或标高。

b、根据工程地质条件,合理地选择施工方法及压桩顺序。

(三)桩顶位移

(1)现象

在打桩进程中,相邻的桩产生横向位移或桩身上浮。

(2)原因

a、桩入土后,遇到大块坚硬障碍物,把桩尖挤向一侧。

b、两节桩或多节桩施工时,相接的两桩不在同一轴线上,产生了曲折。

c、桩数较多,土饱和密实,桩间距较小,在打桩时土被挤到极限密实度而向上隆起,相邻的桩被浮起。

d、在软土地基施工较密集的群桩时,由于打桩引起的孔隙水压力把相邻的桩推向一侧或浮起。

(3)预防措施

a、施工前应对桩位下的障碍物清理干净,必要时对每个桩位用钎探了解。对桩构件要进行检查,发现桩身弯曲超过规定(L/1000且≤200)或桩尖不在桩纵轴线上的不宜使用。

b、在稳桩过程中,如发现桩不垂直应及时纠正,接桩时要保证上下两节桩在同一轴线上,接头处应严格按照操作要求执行。

c、打桩期间不得开挖基坑,需要打桩完毕后相隔适当时间方可开挖,相隔时间应视具体地质情况、基坑开挖深度、面积、桩的密集程度及孔隙水压力消散情况来确定。

(四)接桩处开裂

(1)现象

接桩处经施工后,出现松脱开裂。

(2)原因

a、连接处表面没有清理干净,留有杂质、雨水、油迹等。

b、采用焊接连接时,连接件不平,有较大的间隙,造成焊接不牢。

c、焊接质量不好,焊接不连续,不饱满,焊缝中有夹渣等。

d、两节桩不在同一直线上,在接桩处产生曲折,压入时接桩处局部产生集中应力而破坏连接。

(3)预防措施

a、接桩前,对连接部位上的杂质、油污、水份等必须清理干净,保证连接部件清洁。

b、检查连接部件是否牢固、平整和符合设计要求,如有问题,必须进行修正才能使用。

c、接桩时,两节桩应在同一轴线上,焊接预埋件应平整服贴,焊缝应饱满连续。

七、结语

随着人们居住生活水平的不断提高和房地产开发力度的不断加大,PHC管桩锤击法使用的范围也将不断扩大,对管桩工程质量的要求也将有更高的要求,通过在施工过程中采取有效的管理措施和技术措施来进一步提高管桩的施工质量。

[1]先张法预应力混凝土管桩(GB13476-2009)[S].北京:中国标准出版社,2009.

[2]建筑基桩检测技术规范(JGJ106-2003)[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.

[3]建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB50202-2002)[S].北京:中国计划出版社,2002.

[4]建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[5]先张法预应力混凝土管桩(03SG409)[S].北京:中国计划出版社,2008.

2010-03-18

代亚辉(1984-),男,山西太原人,助理工程师。