先张法高强混凝土预制管桩施工技术浅析

黄 霸

(中冶建设高新工程技术有限责任公司，北京 100065)

0 前 言

随着现代社会的发展，桩基础被广泛地应用于土木工程领域；同时随着社会的进步、科技的发展，桩基础也日新月异，形成了“钢筋混凝土预制桩、泥浆护臂成孔灌注桩、长螺旋钻孔压灌桩、沉管灌注桩和内夯灌注桩等”多种形式；但其中的“钢筋混凝土预制桩”最为突出，它从最开始的“普通钢筋混凝土预制桩”发展为“离心混凝土管桩(RC)”，于1962年日本开发了“预应力混凝土管桩(PC)”，再到当今社会被广泛使用的“预应力高强混凝土管桩(PHC)”。

1 优缺点分析

优点：①单桩承载力好：其通过张拉高强预应力拉索使高强混凝土预加压力，促使整个桩具备更高的承载能力；②施工速度快：因其桩身均采用预制法施工，可在厂家大批量制作，避免了混凝土在现场凝结所需时间，同时施打预制桩只需将桩下压至土体达到规定位置便完成施工，减少了成孔、下钢筋笼、浇筑混凝土等多个工艺，施工更加快捷；③环保：桩身在厂家制作，大大减少了混凝土对环境的污染，同时不需要泥浆护壁等护孔措施，减少了泥浆等对环境造成的污染；④质量好：在厂家制作没有条件限制，同时有更好施工、养护环境，使质量更高；⑤地质适应能力强：可适用于砂土、黏土、淤泥质土、卵石层、风化岩等多种地质；⑥造价低：因其离心构造减少了混凝土使用，同时减少了成孔、制作钢筋笼、浇筑混凝土等多个工艺，促使造价便宜。

缺点：①易发生挤土效应：在下压桩身时，会对土体进行挤压；应合理安排施打顺序，必要时采用引孔等措施即可避免。

2 施工工艺分析

2.1 施工工艺流程(见图1)

图1 施工工艺流程

2.2 施工准备

场地平整：在桩基施工之前，应对场地进行平整及处理，地面要有能够承受打桩机荷载来回碾压而不产生变形的能力，如不能满足要求，则需对地面进行换填、固化等相应措施。

施工顺序安排：在施工前对整个施工场地的打桩路线进行规划、分区、确定路线；施工顺序要遵循“先大后小、先深后浅、先长后短”的原则排布，同时尽量避免密集；当在施工时无法避免，会产生较大的挤土效应时，可以采用长螺旋转孔机等进行引孔，引孔后再进行施工，即可避免较大挤土效应。

施工方法选择：在施工前根据现场地点及项目特性选用合适的施工方式，分为锤击法施工、静压法施工两种：锤击法施工有较好的穿透能力，施工容易、快捷，但在施工过程中会发出较大噪音，不利于在市区及人员密集居住区施工；静压法施工环保，不会产生较大噪音，但静压桩基自重大，且沉桩效果不如锤击法。

桩尖选用：桩尖一共分为十字型桩尖、开口型桩尖、圆锥型桩尖三种：十字型桩尖有较大的破岩能力，适用于卵石、岩石层，但在砂质土中时进尺较困难；开口型桩尖综合性能较高，即适用于卵石、岩石层也可适用于砂层、土层；圆锥型桩尖适用于遇水易软化地质。桩尖类型如图2所示。

图2 桩尖类型示意图

PHC桩进场：通过市场调研选用质量较好、距离较近、价格适中的PHC管桩预制厂家，在施工前将管桩运至施工现场集中堆放，同时要检查管桩合格证、检验报告及外观质量缺陷，将不合格品退回；堆放时在距离桩端0.2L处设置枕木，堆放高度不得超过4层，不同桩长、首节桩应分开堆放。

配桩：根据桩基平面图、地勘平面图、地勘剖面图、地勘报告，计算出持力层至桩顶标高所需长度，根据此长度进行实际桩长配桩，一般管桩长度规格有8、9、10、12、14 m等，根据所需长度选用不同长度规格的管桩进行组合。

2.3 桩机进场组装

根据选用的施工方法确定进场“锤击桩机、静压桩机”，进场后使用汽车吊配合在施工现场完成打桩机组装，组装完成后试运行，确保没问题后投入使用。

2.4 测量定位

采用二级控制网进行控制测量，首先根据建设单位给定的测量控制点于施工现场合适位置建立通视的一级控制网，其次通过一级控制网在场地内建立二级控制网，以二级控制网控制桩位，并做出可靠标记，其桩位偏差不得大于5 cm。

2.5 桩机就位

在桩位测量放线完成后，移动桩机，使打桩孔对准桩位，调整桩机水平，吊起首节桩，将桩头下放至距地面1 m左右，使用全站仪复核桩位并移动桩机进行微调，保证桩位准确，完成后开始施工。

2.6 首节桩施工

不管采用锤击法还是静压法，在桩下压过程中应采用两台全站仪或经纬仪，在以桩心为圆心，以仪器为边成60°～90°的方向上观测管桩下压的垂直度；在下压至地面的0.5～1 m时，垂直度偏差不得大于0.3%，在下沉稳定后垂直度偏差不得大于0.5%，在沉桩至桩端距离地面0.5～1 m时，停止沉桩，吊起下一节桩进行接桩施工。

2.7 接桩施工

在接桩前选择合适的接桩形式，常规的有机械接头、焊接接头，一般情况均选用焊接的形式连接，作为抗拔时常采用机械接头。

采用焊接时，吊起下一节桩，下落桩头至与前一节相接近时，将上下两节桩清理干净，保证表面清洁、干燥、无污物、无锈蚀，下放上节桩使上节桩端板与下节桩端板对齐，错位不得大于2 mm；满足要求后使用电弧焊或CO2保护焊进行焊接。焊接应采用多层焊并不得少于3层，每层接头应错开，焊缝不得夹渣、有气孔，表面应平整并均匀饱满，至少达到二级焊缝要求；在焊接完成后静置，采用电弧焊时静置10 min，采用CO2保护焊时静置5 min，时间到后再继续沉桩。

采用机械接头时，同样将两节桩端板对齐，同时清理干净，在端板上预留的机械接头口部放入机械接头，再将上节桩端板的预留机械接头口对准机械接头，放下上节桩，机械接头便通过其自锁能力锁紧。

2.8 送桩施工

在沉桩、接桩、再沉桩的循环施工下，最后会到最后一节桩施工，在将此节桩沉至地面时，便需要送桩器将桩身继续下送，直至达到桩顶标高及规定的桩压力值/达到规定贯入度。

送桩一般采用12 m长的同直径钢制送桩器施工，在送桩时要保证送桩器与桩身完整对接，才开始送桩，直至将桩身送入规定的持力层深度，同时满足规定桩压力值/达到规定贯入度。

两个标准同时满足时，通知监理确认复核，并填写桩基施工记录，完成此桩施工，将打桩机按计划施工顺序移动至下一根桩位置，按程序继续施打，直至完成所有桩基。

2.9 桩基检测

在所有桩基施工完成后，应对单桩承载力及桩身完整性进行检测，检测必须由有资质的第三方进行。

桩身完整性检测：一共有高应变法、低应变法、钻芯法、声波透射法四种，应采用两种及以上的方法，而预制桩没有桩芯也没用声波管，所以只能采用高应变法、低应变法进行桩身完整性检测；其检测数量高应变法不少于5%且不少于5根，低应变法应100%全部检测，若当地部门有其他要求时，还需满足当地要求。

单桩承载力：单桩承载力一般选用单桩竖向静载抗压、单桩竖向静载抗拔来检测桩的承载能力，其检测数量同一条件不得少于1%并不少于3根，当总桩数少于50时，不少于2根。

2.10 桩头处理

PHC桩因其离心构造，在与承台、底板等结构连接时需要对桩头进行处理，因为PHC桩桩头都为端板，没有钢筋与承台、底板等结构连接，便使用“填芯”来增加桩与底板的连接；填芯原理很简单，就是根据填芯高度制作挡板，再制作钢筋笼放置于PHC桩内部，使用微膨胀混凝土浇筑。而填芯一般根据桩的使用功能决定，对于抗压桩填芯高度不应小于1.2 m，对抗拔桩填芯高度不应小于3 m。如图3所示。

图3 PHC桩结构示意图

3 结 语

PHC桩施工便捷，施工速度快，在施工前应提前做好部署，选用高质量的PHC桩，并在施工的过程中严格把控，以避免桩身原材料出现问题，在开始施工后，应严格把控桩位，避免桩位偏差过大；在沉桩的过程中严格保证桩一直处于垂直下落，保证桩身垂直度；在接桩时严格按规定施工，保证焊接质量、接头质量，以确保桩身完整性；最后在施工完成后要保证填芯高度、混凝土质量、钢筋数量。

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