浅谈高回填土预应力管桩施工技术

　　摘要：随着建筑业的不断发展,由于静压预应力管桩应用技术的优点突出，因而被越来越多的工程所使用。本文通过工程实例介绍在高回填土层上实施静压预应力管桩的相关技术以及质量控制的一些关键环节，防止出现桩位位移、断桩、桩侧负摩阻力等问题。
　　关键词：高回填土，静压管桩，沉桩技术，施工质量
　　前言
　　我国伴随着城市化步伐的加快，建筑业的发展旺盛，而管桩因为能实现工业化生产、质量比较稳定、单桩承载力大、施工迅速等特点得到广泛的使用。并且静压管桩施工技术具有低噪声、无震动、无污染、成本相对低、施工快且能通过压桩力较直观地了解单桩的承载质量等特点，故该施工技术得到迅速的推广。
　　静压预应力管桩由原来的低压桩力(1850～3440KN)、小规格管桩(300mm、400mm)发展到目前高强度(C80)、大压桩力(6000KN～8000KN)、大规格的管桩(500～1000mm)。目前，管桩直径一般为300mm、400mm、500mm、600mm,壁厚为75mm、95mm、100mm、110mm及以上,按抗弯性能或有效预压应力进行划分，类型有A型、B型、AB型和C型,方桩身混凝土强度应不低于C80,桩长一般为7～12m,5～7m的短桩根据施工需要向厂家订货。桩尖形式主要有封口型及开口型,其中封口型又分为十字型及圆锥型,不同的桩尖适用于不同的地质情况。本文通过一个工程实例,总结静压管桩施工经验供大家参考。
　　一、工程实例
　　某一综合楼工程，地上10层,半地下室,建筑高度40.35m,建筑面积为12572m2，建筑结构类型为二高层建筑，现浇框剪，框架结构。
　　工程地质情况:
　　① 人工填土层平均厚5.2m；
　　② 残积粘性土层均厚4.6m；
　　③ 淤泥质土厚4.5～8m；
　　④ 砂砾层均厚3.1m；
　　⑤ 全风化岩层；
　　⑥ 中风化岩层；
　　⑦ 微风化岩层；
　　二期基岩均厚22.9m，顶面埋深17.1-27.95m。
　　桩基工程安全等级为一级,采用静压PHCΦ500mm，预应力C80管桩,管壁厚125mm,单桩竖向极限承载力:抗压3900KN，抗拨1000KN。桩端持力层为④的全风化岩层,桩长为18～25m。桩顶设计标高为-2.5m,局部达-3.5m,工程桩总数213根。
　　二、本工程基桩施工特点
　　本工程静压桩施工要在5.2m厚度的人工填土层上，由于静压桩机和施工荷载大，因而对回填土层要求，具有较高的密实度和承载力。新回填的土层结构善不稳定在大荷载的作用下容易出现位移，导致在打桩过程中桩位移动，甚至出现断桩。填土层的密实需要一段时间过程，在这一过程中土壤结构在不断地固结、下沉，易于出现桩侧负摩阻力。所以要保证桩的质量，首先应保证回填土层的质量。
　　三、土方工程施工要求
　　土方施工前应查明地下孔洞、洞穴，当场面有水时应疏干，地面的花、草、树木等有机物、杂物应清除。用作回填土的土料应能满足设计的密实要求，淤泥、冻土、膨胀性土和有机物质含量大于8%的土以及硫酸盐含量大于5%的土均不能做填土料。土料的含水量应控制在最佳，铺土厚度、压土遍数应根据压实机具体确定，每一层填土质量检查符合设计要求不小于或等于94%后，才能填筑上层。上层宜填筑透水性较小的填料，下层宜填筑透水性较大的填料。各种土不得混杂使用。土方工程完工验收合格后方可进行基桩工程施工。
　　四、施工准备
　　（一）技术准备
　　1、踏勘现场以了解场地情况和周边环境，熟悉拟建工程的工程水文地质勘察报告及情况，熟悉施工图纸并对其中存在的问题做到提前解决及准备。
　　2、组织有关单位进行施工图会审，形成图纸会审记录。确定试桩方案。
　　3、结合工程特点和实际情况制定压桩方案，尤其注意压桩时的走机路线和施工技术的先进、安全、可靠及可操作性。
　　（二）现场准备
　　1、要求场地地耐力应不小于140KN/m2。对桩基处的地面或地下有混凝土地坪及旧有建筑物基础,应予凿除。桩机最小工作半径:桩位中心距周边建(构)筑物应大于1/2压桩机宽度+1.0m,且对建(构)筑物应有保护措施。
　　2、查明地下管线、（构）筑物布置情况及位置，对有碍施工的在沉桩前事先处理。高空或地下障碍物，场地排水应畅通，场地的地面承载力满足沉桩机的施工需要。
　　3、管桩堆放。管桩进场前应具有出厂合格证和型式检验报告,强度应达到设计值的100%方可吊运，现场堆放不宜超过4层。高回填土层容易出现地面沉降，桩堆放处需进行提高其整体性和地面承载力的处理，保证场地坚实、平整，并有排水措施，以防不均匀沉降造成损桩，且采取可靠的防滚、防滑措施。
　　4、桩位测量定位根据基准点、设计文件进行放样,为了防止回填土层在桩机作用下移动对将轴线控制点的影响，应将控制点尽可能地引到永久物上或施工影响不到的地方，但还应便于引用，做好测量控制网。桩位可打短桩并洒白石灰醒目标识，也可用彩带绑在短桩上，用颜色区别桩径。为了做到回填土层移动对桩位影响的最小，在测量方面采取“一放二复”的办法，即所有轴线、桩一次放样，并设好控制点和引测桩，目的是以邻近其他桩位与即将沉桩的桩位进行对比，发现后者是否有位移。在每台班打桩前对当班所要打的桩进行第一次复核检查桩位情况，若发现偏差进行调整；当桩机、管桩就位时再次进行复核确保桩位准确无误。测量允许偏差值:单桩10mm,群桩20mm。
　　五、施工技术
　　(一)机械选择
　　压桩机的选型尽量小些，只要能满足设计和施工要求就好，以因免桩机大、重量重走机时产生较大的挤土效应，一般按1.2～1.5倍管桩极限承载力取值，本工程地处市区，为了防止扰民选用全液压静力压桩机(YZY-500型)。桩机的夹角具选择长夹具，保证夹桩时桩身侧压应力较小，且更易控制桩的垂直度。压桩速度为1.8m/min。桩机的压力仪表按规定送检，以确保夹桩压力和压桩力控制准确。送桩器应考虑施工中有超深送桩,但送桩一般不宜超过4m。
　　(二)沉桩顺序
　　为了防止挤土效应累加，造成对工程桩的破坏，总打桩顺序从北面进入现场先打B区，然后再打A、C区。对多于5根的群桩承台应考虑沉桩时的挤土效应，应先施压,后沉群桩周边较少桩的承台；不同深度的桩基,应先深后浅,先大后小；尽量避免因桩机多次行走扰动地面土层,使地面沉陷造成断桩和桩位偏移；以运桩距最短、喂桩方便为原则，并根据场地情况，布置桩的堆放场地。施工区段划分，如图1所示。[!--empirenews.page--]
　　
　　北
　　
　　
　　A、C区管桩采取逐排沉桩,B区的核心筒下的有2个承台的桩较密集，每个承台的桩数9根，横纵桩距为3.2D、3.6D(D为桩径)，采取由中间向两个方向对称施工的沉桩方法。
　　(三)工艺流程
　　桩机就位调整→桩位复核→吊桩定位→焊桩尖→垂直度检查→压第1节桩→焊接接桩→压第n节桩(送桩)→最终停压→桩机移位。
　　(四)压桩技术
　　1、桩机就位
　　桩机移至需压桩的位置，将桩机姿态调整水平,使夹持器的中心与桩位中心重叠。
　　2、管桩就位
　　用轮式吊车吊起就近的管桩，指挥员指令吊车慢慢把管桩放入夹具箱内。当管桩下放至地面10cm处停车，待夹具把管桩夹紧，吊车的吊钩放松。夹桩的压力不大于5Mpa，并应逐次加压。管桩对中方法：将钢筋制成的与管桩同口径的模具放置在地面上，模具的中心对桩位中心，而管桩周边与模具的周边对齐。管桩对中后，提起管桩少许，进行桩尖焊接，本工程采用十字型桩尖，破岩能力强。
　　3、沉桩
　　（1）沉好第1节桩是保证整根工程桩质量的关键，定位和垂直度应严格控制，沉桩时，由于高回填土易出现位移，在开始沉桩前应对桩位进行再次复核确认，符合要求后，根据机上水平仪调平机台，同时在桩机的正面和侧面分别设经纬仪或吊线锤，监控下桩垂直度，桩身垂直度偏差不宜大于0.5%，压桩速度不得大于1.8M/min。若桩身垂直度偏大，须拨出已入土部分并根据经纬仪指示调整机台水平度使桩身垂直，同时记录此时机上水平仪的偏差量作为下次调平的修正值，再行沉桩，并认真注意沉桩时的桩身和压力表的变化情况，如有异常偏移或倾斜立即分析原因，并采取校正措施，在确认桩身垂直度无异常时，方可连续施压。
　　（2）应合理调配管节长度，尽量避免桩的长细比L/80d（d为桩直径），管桩接头数不宜超过3个。同一承台桩的接头位置应相互错开。
　　（3）持力层全风化岩面变化大，管桩终压后会造成桩长不一，有砍桩或超送(后接桩)，露出地面的管桩应及时截桩，被截的桩面应低于地面一些，以免桩机行走时损坏管桩。对超送桩的待后期基桩验收合格，土方开挖后再进行接桩，视超送长度可采取人工挖孔、四周挖土接桩或直接加高承台等措施,但应确保桩顶嵌入承台100mm。
　　（4）在沉桩过程中现场测量员对沉桩过程进行全程测点测量，以保证桩的垂直度。
　　（5）遇下列情况之一时应暂停压桩，并及时与设计、监理等有关人员研究处理:
　　①压力值突然下降，沉降量突然增大；
　　②桩身混凝土剥落、破碎；
　　③桩身突然漂移、倾斜、跑位；
　　④地面明显隆起，邻桩上浮或位移过大；
　　⑤按设计图上要求的桩长、压桩力未达到设计值；
　　⑥单桩承载力已满足设计值,压桩长度不能达到设计要求。
　　（6）在沉桩过程中认真记好沉桩时间,压入桩长、所施压力等读数,以判断桩的质量和承载力。当压力表读数突然上升或下降时,应停机对照地质资料进行分析,判明是否碰到障碍物，或存在断桩等风险,施工中禁止间断压桩。
　　4、接桩
　　本工程的桩接头采用CO2气体保护焊。二氧化碳气体保护焊主要有优点有：焊接生产率高、焊接成本低、焊接变形小、焊接质量较高、适用范围广、操作简单等。CO2气体保护焊是以CO2作为保护气体介质，依靠焊比和焊件之间产生电弧来熔化金属进行焊接，以CO2气体在电弧周围造成局部的保护层，以防止有害气体的侵入，保证焊接过程的稳定性,从而获得高质量的焊缝。CO2纯度要求不低于99.5%,否则会降低焊缝机械性能和产生气孔，焊接作业时应设防风措施。
　　（1）需接桩时，其入土部分桩段的桩头宜高出地面0.8～1.0m，便于接桩焊接操作，用导向箍将上下节桩做临时固定，防止错位。
　　（2）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。
　　（3）管桩接桩一般为“U”形坡口，可采用JM-56型的（屈服强度420Mpa，抗拉强度500Mpa，延伸率22%）Φ2或Φ2.5焊丝。焊接时宜先在坡口周围上对称点焊4～6点，再分层施焊，施焊宜由2个焊工对称进行。
　　（4）焊接层数不得小于3层，内层焊渣必须清理干净后方能焊外层，焊缝应饱满连续。每道焊接接头必须超前引弧以免产生缺陷，根部必须焊透。焊接部分不得有凹痕、咬边、焊瘤、夹渣、裂缝等有害缺陷。表面加强焊缝堆高宜≤1mm，焊接后应进行外观检查，发现有缺陷应返工修整，桩端处若有间隙应采用厚薄适当、加工成楔形的铁片填实焊牢。
　　（5）尽可能缩小接桩时间，焊好的桩接头应自然冷却，停歇时间不小于1min才可继续压桩，严禁用水冷却或焊好后立即施压。焊接接桩应按隐蔽工程进行验收。
　　5、送桩
　　本工程送桩长度为0.5～3.0m，当桩顶压沉至接近地面需要送桩时，检查桩顶质量、无异常即行送桩。送桩器的中心与管桩中心线应吻合一致。
　　6、终压
　　正式沉桩前，分别对不同的桩型进行试沉桩，确定沉桩的终压技术参数为：以压桩力为主要控制指标，以设计桩长为辅。达到压桩力的要求以后，必须持荷稳定，若不稳定，必须再持荷，一直到持荷稳定为止，可采用两种方式持荷：a.持荷5分钟；b.二次持荷，每次2分钟，间隔5分钟，稳定标准为压力值不降低；若桩尖标高比设计标高高得较多时，应会同设计、施工、建设、监理单位研究解决方法。
　　7、截桩
　　（1）桩头截除采用锯桩器截断，禁用大锤敲击或强行扳拉截桩。桩顶标高偏差不得大于2cm。电动切割机通过螺栓连接抱箍固定在桩身，通过手柄，进行割桩工作，割桩时需加水，冷却锯片，循序渐进，循环切割。
　　（2）沉好桩后，桩头高出地面的部分及时截除，并使用弹性材料遮盖以免被桩机压坏，严禁施工机械碰撞或将桩头用做拉锚点，送桩遗留的孔洞宜用小木板或砂袋进行覆盖以防止人员跌入。
　　六、施工质量控制要点
　　(一)加强管桩的进场检查验收工作
　　管桩使用前应进行全数的外观检查，桩的表面应平整、密实，局部磕损的深度不应超过10mm，粘皮、麻面占桩总外表面积的0.5%，麻面的深度不大于10mm，且不得过分集中。管桩的吊运应轻吊轻放、避免剧烈碰撞，进场的管桩应分类堆放整齐，垫木宜用耐压的枕木，不得用有棱角的金属构件替代，垫木支点宜设在距桩端0.2L处，垫木支点应两点，严禁有三个或三个以上支点。管桩堆放超过4层时,应用吊机取桩、严禁拖桩。[!--empirenews.page--]
　　(二)沉桩施工前和过程中，应对周围建筑（构）物进行变形监测，并做好记录。
　　(三)对群桩承台沉桩时，应充分考虑挤土效应对邻桩的影响。桩位复核一般在土方开挖后进行，土方开挖施工中应注意桩的成品保护，考虑土体反弹，土方开挖宜在沉桩后的2周后进行，应采取分层均匀开挖，每次开挖的深度应视土质情况确定,土方开挖时采取了由四周分层均匀开挖，桩间较密的土方采用小型反铲开挖，并设专人在前方指挥，防止磕损管桩或造成断桩。
　　(四)地质勘察报告表明本工程的孤石较多，对报告中表明有孤石的桩位采取先勘探后施工措施，探明孤石的大小、位置，孤石埋藏较浅，对小孤石可采取用送桩器进行排挤引孔，体积大的先用挖土机清除。
　　(五)根据地质勘察报告和实际沉桩情况确定配桩长度，并考虑同一承台的桩接头位置应错开。
　　（六）第1节桩入土垂直度偏差应控制在0.5%内，桩顶平整度小于10mm，桩体弯曲<1/1000L。
　　(七)终压值由设计单位根据现场试桩情况及工程地质勘探报告等确定，一般磨擦桩以桩长为控制条件：
　　①端承桩以压桩为主，桩长辅；
　　②当桩长达到时，应以终压力达1.5～2.0倍的竖向极限承载力为终压控制条件，直至稳定；
　　(八)管桩与承台间的连接是靠管桩伸入承台及顶部现浇的桩芯混凝土，因此，管桩入承台高度及锚筋长度必须确保符合设计要求。
　　七、结束语
　　综上所述,高回填土静压预应力管桩施工应注意土层不均匀沉降对管桩堆放的影响；沉桩或桩机移动造成土层推移对桩位放样、沉桩和桩身质量的影响；土层固结、密实导致桩侧出现负摩阻力等问题。所以，为保障基桩工程质量，首先要严格控制土方工程质量，其次要做好基桩工程施工每一工序的质量控制。

《浅谈高回填土预应力管桩施工技术》

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