浅论软土地基中预应力管桩施工技术与质控措施
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摘要：预应力管桩施工是建筑工程中一种运用普遍的施工技术。但由于某些地区地质构造复杂，淤泥、淤泥质等软弱土质覆盖层较厚，基岩埋藏深，且施工经验不足，对预应力管桩的受力性能、破坏机理的认识存在误区，或由于施工过程中施工设备选取不当、施工工艺安排不合理、施工工序不妥及施工人员的素质较低等因素的影响，容易出现一些严重的质量问题，使工期延长，投资增加，造成不必要的浪费，故有必要对其施工工艺及质量控制方法作进一步的探索和总结。本文针对预应力管桩施工的特点，对在软土地基的施工工艺及质量控制的有关环节进行探讨。
中图分类号：TU74 献标识码：文章编号：2095-2104（2013）1-0020-02
1预应力管桩的优缺点
预应力混凝土管桩是一种采用挤土或半挤土的桩基形式，是将建筑物的荷载传给地基土的具有一定抗弯、抗压性能的受力杆件。[1]预应力管桩以其桩身质量稳定可靠、强度高、耐施打、穿透能力强、经济且施工快速等优点，
1.1预应力管桩的优点
⑴桩身混凝土强度高，耐锤击，穿透能力强，成桩质量可靠、单桩承载力高；
⑵单位承载力造价较低，性价比优越；
⑶施工速度快、工效高；
⑷设计选用范围广，容易布桩；
⑸对桩端持力层起伏变化大的地质条件适应性强；
⑹运输和吊装轻便；
⑺施工前期准备时间短，施工速度快，工期短，且现场简洁；
⑻对成桩质量进行监测较方便。
1.2预应力管桩的缺点
⑴使用柴油锤噪音大，震动剧烈；
⑵挤土效应大，送桩长度有局限，深基坑开挖后截去余量较多；
⑶在孤石和障碍物多的地层不宜采用，在有坚硬隔层的地区不宜或慎用，在石灰岩地区以及从软塑层突变到特别坚硬层的地区不宜采用。
2预应力管桩施工质量控制
2.1预应力管桩的进场检查
⑴外观：重点检查管桩表面是否平整、密实有无蜂窝、露筋裂缝，色感均匀程度等。要求桩顶处无孔隙，混凝土不得高于接头端面；预应力钢筋不允许断筋、脱头；合缝及包箍处不允许漏浆，内表面不得塌落露筋。
⑵堆放：要求堆放场地坚实平整，且必须按二支点法设置垫木，管桩应按支点位置放在垫枕上，层与层之间用垫木隔开，每层垫木应在同一水平上，堆垛时必须在两侧打好木楔防止滚垛。
⑶吊运：管桩吊运应轻吊轻放，严禁碰撞，如单节桩吊运采用两头钩吊法，竖起时可采用单点法。
2.2桩机、桩锤及桩帽的选择和桩机性能监控
⑴在噪音不受限制的地区或地段，在地质条件及周围环境适合的情况下，优先采用穿透力强的锤击桩机；而在对环境噪音有限制的地区或与周边建筑物尤其是有天然地基的建筑物较贴近时，则应优先采用静力压桩机。
⑵柴油锤爆发力强，锤击能量大，工效高，锤击作用时间相对较长，落距能随桩端阻力的大小而自动调整，人为的控制因素较少。柴油锤的油门分4档，如选锤合理，一般只开到2档，这样桩不易被打碎，锤也不易受到损坏，还应做到“重锤低击”。遇到特殊的地质情况时，选锤应更加慎重。如持力层较薄，宜选择较低能量的桩锤，以防击穿；而需穿越厚度在5m以上的密实砂层或进入强风化层的话，则应选择能量较高的桩锤并采用“低击”的方法施打，避免因桩锤能量低而导致总锤击数偏高。在施工过程中应经常检查柴油锤气罐的密闭性，以防因漏气、漏油而造成冲击能量忽高忽低，桩身破坏和对收锤标准的误判。
⑶桩帽、桩垫的合理选择是一个不可忽视的重要环节；套在桩头上的桩帽筒，其内径不宜过大或过小，以大于桩径2～4cm为宜，深度也不宜太深或太浅，以30～40cm为宜。锤与桩帽间的垫层宜采用竖向硬木或钢丝绳填满，厚度为15～20cm；桩帽与桩顶间的垫层宜采用麻袋、纸垫和木夹板等衬垫材料，经锤击压缩后的厚度宜为120～150mm，同时应经常检查并及时更换，这对防止桩头被击碎及增强贯入能力都有好处。
2.3打桩顺序的合理安排和沉桩工艺的控制
管桩基础工程的质量控制是一个系统工程，除了正确进行勘察设计、严格控制桩身质量和合理选择沉桩形式外，对施工工艺的控制也是一个非常关键的环节。施工中存在的质量问题主要有桩位及桩身倾斜率超过规范要求，桩身破裂，桩端未到设计持力层，桩的承载力达不到设计要求等，因而应采取下列措施：
⑴合理安排沉桩顺序和速度，严格监控桩位及桩顶标高。
打桩前，应及时对施工场地进行平整处理，对明、暗河清除杂填土及淤泥，并按设计要求回填，以满足打桩机移动的要求。如遇场地不平，应在打桩机行走轮下加设垫板，使打桩机底盘保持水平。如遇施工的建筑物基础为大面积预应力混凝土管桩，打桩方向宜由中间向两边对称进行。由于实际施工中的表层土质、回填土往往为中软素填土，为防止打桩机在移位时造成已沉桩出现断桩现象，应在建筑物基础的四周留有打桩机回返的余地，一般由建筑工地一侧向单一方向进行。当施工场地毗邻某建筑物时则应从毗邻建筑物处向另一方向施工，同时应根据设计的基础底标高，先深后浅进行沉桩。在实际施工中还应控制沉桩数，以利于沉桩挤土效应而引起的土体中孔隙水压力的释放，减少土体隆起。在沉桩过程中应特别注意对成桩桩位及桩顶标高进行严格的监控，如发现异常应及时采取相应的措施来进行调整。
⑵采取有效措施，保证桩接头及桩靴的焊接质量。当超过预制桩长度时，接头质量是管桩桩基质量的关键，均采用钢端板焊接法。每段管桩沉管后，需要桩段对接时，应对接口的管端预埋钢箍进行除锈处理，对连接部位上的杂质、油污、水分也要清理干净。同时还应注意焊条的质量，在拼接处应由两个焊工对称进行环焊焊接层数不小于两层，焊缝应饱满连接，并做好相应的后继防腐工作。管桩中心线与拼接管桩中心线偏差不大于2mm，焊接后焊缝应自然冷却，严禁用水冷却和焊完立即施打。对于一部分管桩在沉桩后桩顶标高超过设计标高时，要采取截桩措施（一般不宜截桩）。为确保截桩后的管桩质量，不得使用大锤硬砸。应使用截桩机械或手工方法，先将截桩处桩身下部一定范围用钢抱箍紧或用混凝土堵住再沿其上缘用钢钎在桩身四周对称凿穿后再用锤打下。如须切断钢筋可用气割法进行。预应力管桩的桩靴常使用钢桩靴，目前常用的有开口平底型、封底十字刀型和闭口钝圆锥型3种。根据软土地基地层构造及多年的施工经验，宜采用封底十字刀型，因其较易保持沉桩的直线性，穿进硬层性能好，适用于打穿坚硬地层（如中密以上的砾砂层），如需进入较硬的强风化层，则宜增加脚刃和钢板厚度。
桩靴焊缝也要严格控制，当采取将平放于地面上的桩“翻身”的办法时应保证全周边焊接牢固，否则施打过程中很容易脱落，对桩的破土能力及导向性均会造成影响，结果会降低桩端承载力；如桩尖落在透水性较好的砂层上，则成桩后桩管腔内会不断冒水，对桩头接头及承台施工造成很大的难度。
⑶控制好打桩力
由于管桩横截面面积远小于实心预制桩，因而在施工过程中要控制打桩力，以免施打过程出现桩身破损打烂桩头或接头。对于锤击沉桩，其锤击过程中产生的应力会以应力波的形式传至桩端，然后又反射回来。在周期性拉压应力的作用下，为防止预应力混凝土管桩沉桩出现环向裂缝，应控制锤击过程中产生的压应力小于所选预应力混凝土管桩的抗压极限强度；拉应力小于所选预应力混凝土管桩的抗拉极限强度。在实际施工过程中，可根据施工现场的具体情况，在预应力混凝土管桩的制作中对桩端的钢筋进行加强，在打桩过程中一般采用2～5cm的夹层橡胶板作为缓冲垫加设在预应力混凝土管桩的桩端，以减少落锤对预应力混凝土管桩的损坏。落锤重量除应满足上述预应力混凝土管桩的质量要求外，还不宜小于预估的试桩极限承载力的1/10；对于静压沉桩、只要求静压力不能超过所选预应力混凝土管桩的抗压极限设计值。压至设计标高时，静压力一般应大于或等于1.25倍的单桩设计极限承载力。管桩沉桩至设计标高时，应做好相应打桩力的原始记录，如遇局部沉桩不符合要求，应及时通知设计、监理做好相应处理，保证沉桩质量。
⑷沉桩过程应连续跟进，避免中途停歇。
在预应力管桩的沉桩过程中，桩周围的土体发生急速而激烈的挤压，土中孔隙水压力急剧上升，土的抗剪强度大大降低，这时桩身很容易下沉，一旦中途停歇下来，随着时间的推移，桩周土体中的孔隙水压力就逐渐消散，土体发生固结，土的抗剪强度逐渐恢复和提高，这时要继续沉桩就相当困难，特别是在较厚的粘土、粉质粘土层中几乎无法继续沉桩，所以无论采用锤击还是静压沉桩都应尽量避免中途停歇。
⑸控制好桩的入土深度、桩端持力层、贯入度、最后一米锤击数等，确保达到设计承载力。
锤击管桩除摩擦桩按桩长控制外，通常以最后贯入度及桩进入持力层的深度双控作为收锤标准，往往忽略了总锤击数、最后1m锤击数、桩身反弹值等相关的重要因素。个别人片面追求贯入度越小越好，但如没有贯入度和贯入度极小时，还进行锤击，能量主要是用于破坏桩身上，桩便会打损、打烂。PC桩沉桩总锤击数不宜超过2000击，最后1m锤击数不宜超过250击；PHC桩的总锤击数不宜超过2500击，最后1m锤击数不宜超过300击。桩身混凝土强度随锤击数的增加而逐渐降低，下降率达30%～40%左右，对桩身质量会不利，同时也会损坏桩锤。一般以最后3阵贯入度20～30mm/10击为宜，贯入度的大小是锤重、落距、工程地质条件、设计桩径及桩长、桩距的综合体现，只要单桩承载力的取值和桩进入持力层的深度合理，且桩尖下有足够的下卧层，即使最后贯入度以120mm/10击为收锤标准，静载试验结果表明它也能达到设计承载力，这一点在工程实例中已得到证实。如贯入度已达到通常的收锤标准，而桩的入土深度与设计要求及地质报告不符，就应继续连续地锤击3阵并以贯入度无变化为收锤标准，以免造成误判。按目前通常使用的桩靴及施工技术，我们认为不宜考虑桩尖进入中风化层，对进入强风化层的深度也应适当控制。
静压预制管桩的摩擦桩同样以设计桩长为终压控制条件，终压控制条件以设计桩长控制为主，终压值作对照。但对一些设计承载力较高的工程，终压值宜尽量达到设计取值的1.5～1.7倍，并视土质及布桩情况考虑复压；对于14～21m的中长桩，其终压力控制在设计取值的1.7～2倍以上，宜复压3次为好；而小于14m的短桩在个别风化岩层埋置较浅，其终压力应控制在设计取值的2～2.5倍以上，并应连续复压3～5次以上。
⑹注重实际打桩，验证勘察资料。
一般来说，设计依据勘察报告选桩型，并结合经验提出打桩控制指标。打第一根试桩时大家都很重视，业主、设计、土建、监理、勘察等各方都到现场，看打桩的情况，检验勘察资料的准确性。但许多时候，对后续的工程施工的铺开，就有点显得不够重视实际打桩中发生的情况。我们认为打桩是一种最好的原位试验，必须重视实际打桩的结果，打桩记录真实地反映了地层大致的变化情况及厚度，应该用每根桩的打桩记录来验证地质勘察资料，而不应单凭地质勘察资料决定桩的可打与否。地质情况有时候变异是很大的，而且勘察资料有时候还存在问题。笔者曾碰到这样的事，工程勘察资料把中风化细砂岩错定为全风化，而全风化层上又没有什么硬土层，设计根据勘察资料选用管桩，施工后有许多桩被打烂，有的桩总锤击数不到30锤便将桩打烂，设计刚开始不相信施工方的话，坚持认为是施工的工艺水平不行，拖了很久，后来许多桩经低应变检测为断桩，又紧靠断桩打地质孔证明该持力层为中风化，设计不得已才改桩型为挖孔桩。
3结语
预应力管桩以其桩身质量可靠、承载力高、经济且施工快速等优点，在软土地区得到了广泛的推广运用，取得了良好的效果。但由于某些地区地质构造复杂，施工经验不足，对质量管理过程中发现的一些问题一定要及时解决，从而保证整个工程的施工质量。
参考文献：
[1] 欧德义.软土地基预应力管桩施工质量控制[J]. 工程质量. 2006(11)
[2] 许燕生，陈伟军.软土地基预应力管桩施工质量控制[J]. 广东土木与建筑. 2000(02)
[3] 杨斌，张成利，邬忠强.预应力管桩基础工程的设计质量监理[J]. 连云港职业技术学院学报. 2004(02)
[4] 邓建军.浅谈预应力管桩施工质量控制[J]. 建筑安全. 2009(07)