PHC管桩压桩阻力及施工对策分析

赵羽

[关键记]PHC管桩；压桩阻力；施工对策

一、研究内容

随着预应力混凝土管桩在工程建设中的大量应用，对预应力混凝土管桩以及高强预应力混凝土管桩的研究也进一步加深。本文所要分析的内容是在PHC管桩施工过程中桩顶标高高于设计值桩身无法继续进^、土层现象。分析PHC管桩施工过程中桩体在进入土层时所承受的阻力，找出解决压桩阻力的技术措施。

二、压桩阻力分析

设计人员对采用预应力混凝土PHC管桩的建筑结构进行单桩极限承载力设计时，基本是按照现行的建筑桩基设计规范进行设计计算的。在理论状态下计算PHC管桩竖向承载力的经验公式将单桩的极限承载力大体分为两部分，即桩外侧摩阻力以及桩端阻力。

然而，设计规范标准关于计算预应力混凝土管桩的承载力公式并没有考虑土塞效应对桩端阻力的影响，以及挤土效应对桩外侧摩擦力阻力的影响。预应力混凝土PHC管桩在静压法施工沉桩过程中，抽端的土体一部分挤向桩周产生挤土效应，而另一部分涌入管桩内形成土塞产生土塞效应，在沉桩过程中土塞效应和挤土效应是同时发生的，两者相互影响相互制约。随着静压法施工PHC管桩的不断进行，群桩效应也制约着桩基施工。

三、PHC管桩施工措施

1.工程概况

本课题依据某邮政处理中心综合项目，研究预应力混凝土PHC管桩压桩阻力对施工造成的影响以及施工对策。桩基础形式为高强预应力混凝土管桩（PHC），直径为500mm、AB型、壁厚为125mm、设计桩长为9m，单桩竖向极限承载力标准值Quk=4000KN。

2.PHC管桩施工措施

本工程采用静压法施工PHC管桩，施工机械采用液压静力压桩机YZY800型及ZYJ600B各一台，PHC管桩运输采用托板挂车20t两台。具体施工方案：

（1）桩位放样。根据布桩图进行准确放样，用全站仪、钢尺定出每排桩位轴线和路基边桩然后放样逐桩中心，用消石灰作出桩位的圆形标记。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。

（2）管桩吊运及压桩。管桩吊起后，缓缓将桩一端送人桩帽中，待管桩放入桩机夹桩箱内扶正就位后，将桩插入土中30cm-50cm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。

如超差必须及时调整，须保证桩身不裂，必要时拔出重插，不得采用强拔的方法快速纠偏而将桩身拉裂拉断。

第一节桩入土30～50cm后检查和校整垂直度，垂直度控制在0.5%以内。开动压桩装置，严格记录压桩时间和各压力表读数，保持连续压桩并控制压桩速度在1min/m-2min/m。

（3）PHC管桩接桩及焊接。静压桩至原地面0.5-1.0m时，停止静压进行接桩，接桩前下节桩的桩头加上定位板，然后将上节吊放在下节桩端板上，依靠定位板将上下桩接直，其错位偏差控制在2mm以内，开始焊接。

（4）PHC管桩终止压桩。按照设计压桩力1.3-1.5倍送桩，达到设计高程后持荷（正常压力）10min且每分钟沉降量不超过2mm后方可结束送桩。

（5）PHC管桩送桩或截桩。当管桩露出地面或未能送到设计桩顶标高时，则需要截桩。截桩要求必须用专门的截桩器，严禁用大锤横向敲击、冲撞。

四、常见问题原因

1.挤土效应和振动影响

原因分析：静压法施工预应力管桩属于挤土型桩，往往由于沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动，改变了土体的应力状态，产生挤土效应：施工方法与施工顺序不当。每天成桩数量太多、压桩速率太陕、布桩过多过密，加剧了挤土效应。

（1）控制布桩密度，对桩距较密部分的管桩可采用预钻孔沉桩方法，孔径约比桩径小50-100MM，深度宜为桩长的1/3-1/2，施工时应随钻随打。

（2）控制沉桩速率，一般控制在1m/min左右；并制定有效的沉桩流水路线，并根据桩的入土深度，宜先长后短、宜先高后低。若桩较密集，且距建筑物较远，场地开阔时。宜从中间向四周进行：

（3）设置袋装砂井或塑料排水板，消除部分超孔隙水压力，减少挤土现象；设置隔离板桩或地下连续墙：开挖地面排土沟。消除挤土效应。

（4）控制施工过程中停歇时间，避免由于停歇时间过程。摩阻力增大影响桩机施工，造成沉桩困难。

2.沉桩时遇到浅层障碍无法继续沉桩

原因分析：由于地质勘察报告中未能特别强调浅层障碍物及局部的土层分布深度和性质，导致沉桩时遇到浅部（3-4M）的老基础、大孤石，较深部（20M左右）的硬塑老黏土和非常密实砂层、沙砾石层等情况无法施工。防治办法：

（1）打桩前应对场地原有建筑情况进行详细了解，并安排进行探桩施工：对浅层障碍物可采用挖土机挖除，当无法操作施工时，可采用钻机将障碍物钻穿，然后在孔内插桩后沉桩，严禁移动桩架等强行回扳的方法纠偏。

（2）当桩已入土较深，桩无法拔出时，可采用小型钻机将钻具放入管桩中间的空洞中钻孔，将障碍物钻穿后继续沉桩。

（3）选用的桩机能量大小应与设计要求、桩径、桩长及地质条件相匹配。即桩机选型、配重应符合施工要求。

（4）施工过程中要严格控制好桩身垂直度，重点应放在第一节桩上，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在两个方向上进行校准。

3.松孔工艺

PHC管桩采用静压工艺进行施工，静压前复核钻孔位置是否准确，确定后方可进行静力压桩，压桩采用压力值和有效桩长双控，终压值按设计超压20%为4800kN。PHC管桩设计桩长9m，分三段施工每段3m，复压2-3次，最大沉降量小于等于30ram，具体控制指标由现场施工人员负责操作。压桩时，压力值不足必须继续施压，桩顶超深部分采取桩头接桩，超出数值偏大时应及时向设计人员反映調整桩长。如果静压达到压力值而有效桩长满足不了设计要求，桩顶标高高出1000ram以上，采用松孔工艺。施工机械采用螺旋杆钻孔机，即在该桩点中心处进行钻机钻孔，深度为工作桩端底部以上1000mm～1200mm，孔径300mm。钻孔达到指定深度后，正转1/2时反转提钻，不得将土全部带出。

采用松孔工艺施工PHC管桩时。应按标注方案图点先进行静压施工，当施工时遇到PHC管桩无法继续进入土层，时，标注桩点进行深引孔施工，引孔深度按该桩点桩底标高上1.5～2m。钻机应在桩点外边缘200 mm～500 mm处钻孔，提钻石不得带出地下土，钻孔后应在2小时内继续施压，桩顶标高超高控制在200mm以内。引孔工艺一般控制在群桩承台范围内的PHC管桩，可根据施工经验判断具体桩点进行引孔施工。

五、结论

1.分析压桩阻力受力机理可知，土塞效应只要影响压桩阻力中桩端阻力因素，挤土效应主要影响压桩阻力中桩身侧阻力因素，群桩效应中桩端阻力与桩身侧阻力都是压桩阻力因素。但是以桩身侧阻力为主。

2.经过现场施工实际监测PHC管桩沉桩全过程，得出压桩阻力并不是随着入土深度而逐步增加，而是伴随着PHC管桩入土深度不同，所进入土层的地质条件而变化。在沉桩过程中，当桩端底部穿入相对刚性土层时，压桩阻力虽然在不断增加，当桩端穿透硬土层进入软土层后。压桩阻力变化明显。

在施工预应力混凝土PHC管桩时，为了减小压桩阻力对施工过程以及施工质量造成影响，松孔与引孔施工措施是可以实施应用的。