静压PHC管桩施工技术探讨

　　摘要：静压法的施工噪声小、无污染、无废浆、桩的破损率低，且应用范围广泛，特别适合在人口密集的市区进行施工。与传统的施工工艺相比，其安全系数高，且环保，文明施工程度高，具有广阔的应用前景。本文根据工程实例，对静压PHC管桩的施工特点、施工工艺及质量控制进行探讨。
　　关键词：静压桩，施工工艺，管桩检验
　　
　　1工程概况
　　某工程地下1层，地上19～30层不等，地下水位-1.5m左右，基础落在粉土层上，该层地基承载力特征值为70kPa，属轻微偏中等液化，液化指数为ILE=1.3～5.9，灵敏度较高土层。根据以上情况，不能采用复合地基。对预应力钢筋混凝土管桩与灌注桩在文明施工、施工速度、工程质量、造价等多方面比较下，静压预应力钢筋混凝土管桩优势明显，因此决定采用该种桩型。经试桩，确定的预应力混凝土管桩为PHC-A500-(100)。桩长为23m，27m，30m三种。单桩竖向承载力特征值分别为1500kN，l800kN，2300kN，选择一种桩体，介绍如下。
　　2静压高强预应力管桩的选择
　　2.1静压高强预应力管桩的承载力
　　根据试桩报告，单桩竖向承载力特征值为2300kN，设计选用PHC-A500-(100)，C80静压预应力钢筋混凝土管桩，该管预应力钢筋为10φ9，预应力钢筋代号为SBPDL1275/1420，张拉应力控制在钢筋抗拉强度标准值的0．7倍，即σcon=0．7fptk。
　　1)管桩桩体结构竖向承载力特性：
　　Rα=Rp÷1.35=Afc*φc／1.35=2338kN＞2300kN(满足)。
　　其中，Rp为管桩桩体结构竖向承载力设计值，kN；A为管桩截面积，mm2；fc为混凝土轴心抗压强度设计值，MPa；φc为工作条件系数，取0.7。
　　2)管桩桩体受拉承载力设计值：
　　N=fpy×Ap=640kN。
　　其中，fpy为预应力钢筋的抗拉强度设计值，MPa；Ap为预应力钢筋面积，mm2。
　　3)抗裂弯矩：
　　MLY=(σpc+ftk×1.9)W0=99kN.m。
　　其中，σpc为混凝土有效预应力，取3．9Mpa；ftk为混凝土抗拉强度标准值(预应力混凝土管桩开裂验算中，离心混凝土抗拉强度标准值应乘混凝土离心工艺系数，C80取1.9)；W0为管桩截面受拉边缘的弹性抵抗矩，mm3。
　　2．2试桩前设计初步估算
　　单桩竖向承载力特征值的估算(注：以L=30m为例)：
　　Quk=1720kN。
　　实际试桩，单桩竖向承载力特征性达到2300kN(未做破坏试验，实际比2300kN还大)，是估算值的1.35倍。通过对30根试桩的分析，桩端位于砂土层时，压桩时的压力值和试桩压力值是一致的，原因是砂土层孔隙水压力在压桩过程中很快消散，土体的结构未遭破坏。桩端位于粉土和粉质黏土层，试桩的压力值是压桩时压力值的2.7倍～4.5倍，一般情况是3倍～3.3倍，分析原因与桩长、土层和土层的饱和度有关，理论基础以排水固结来解释，所以规范规定，由于沉桩时对土体的扰动，所以试桩必须待桩周土体的强度恢复后方可开始。间隔天数应视土质条件而定，钢筋混凝土管桩在砂层需停歇不少于7d，粉土和粉黏土需不少于15d，饱和粉土粉黏土需不少于25d。
　　3施工过程
　　3．1原材料选择
　　原材料就是预应力钢筋混凝土管桩和连接管桩的二氧化碳焊接的高强度焊丝产品，都是向厂家订购，进场有合格证，在购进前我们组织验察组去厂家验察生产规模、生产工艺流程、成品堆放、产品的技术性能、技术指标和产品质量实验检测控制、产销网络及运输支持能力等。高强焊丝是名牌厂家产品，有出厂合格证，这些都是保证工程质量的前提。
　　3．2施工控制
　　采用抱压式压桩机作业，根据我工地的地质条件，有些桩号在一16m以下有7m～8m厚的中密砂层，所以我们选择600t，800t静压桩机两台，本工程施工静压单桩竖向承载力特征值为2300kN时，需压桩机自重和配重值为2300×2+200=4800kN。静压桩入砂土层时，压力值达到4800kN，预应力管桩不下沉，可采取锯桩措施，如再增加压力，管桩会压爆造成不必要的浪费。
　　施工过程中严格遵照预应力管桩质量检验标准，主控项目桩体质量和承载力按桩基检测技术规范。桩位偏差由施工方技术人员与监理、建设单位现场人员对每根桩进行监督检查，保证每根桩的偏差在规范允许偏差以内，一般项目成品桩质量、外观、桩径、管壁厚度、桩体弯曲，随吊随检查，每根桩的桩顶标高由水准仪控制，这是至关重要的环节。接桩焊缝质量，每根桩检查，接桩时上下节桩段保证顺直，错位偏差小于2mm，对接前应清理干净接驳口和坡口，清理干净确保垂直后方可进行焊接，焊接时应由两台焊机同时对称焊接，采用二氧化碳保护焊，虽无焊渣，但焊接时按层数不能少于两层焊缝，焊缝应饱满连续。焊接结束后自然冷却时间不得少于8min，严禁用水冷却，下雨天应停止施工或采取防雨措施，保证焊接处不接触雨水淋湿。每根桩必须一次完成，中间不能停歇，保证其质量是非常重要的环节。必须检查每根桩，桩的垂直度严格控制在0．5％以内。
　　3．3施工工艺
　　桩机就位调平，对准桩点(检查桩的垂直度小于0.5％)→第一节压桩(检查记录压力值)→接桩焊接(检查上下节顺直错位偏差不宜小于2mm，检查焊缝质量，焊完后停歇8min)→第二节压桩，接桩焊接，质量控制同第一节压桩→第三节压桩，桩顶标高的控制(水准仪测量)。
　　3．4施工验算
　　1)管桩吊桩验算，施工最长桩为14m。
　　λ=M/L=3.5/14=0.25，取动力系数为1.5；管桩自重为3.27kN/m。
　　Mmax=1/8ql2(1-λ2)2×1.5=59.41kN•m＜99kN•m(满足)。
　　2)管桩标准承载力验算。
　　该桩竖向承载力设计值为：Q=Apfcφc=3150kN。
　　单桩的承载力标准值为：0.8Apftk=5044kN＞4800kN(满足)。
　　其中，fc为混凝土轴心抗压强度的设计值；fck为混凝土轴心抗压强度的标准值。
　　4管桩检验
　　4．1单桩竖向承载力检验
　　按桩数的1％做单桩静载荷试验，试桩方法为慢速维持荷载法，试验加载分1O级进行，卸载分5级，通过试验加载，当单桩竖向承载力为特征值的2倍时，30根桩最大下沉25.27mm，最小下沉10.92mm，平均下沉19.95mm，卸载后回弹平均值为4．3mm。
　　4．2低应变测试
　　按桩数的20％检测474根，一类桩474根占100％桩身完整性，完全满足要求。静压桩在压桩过程中，压力值由仪表控制，当桩在下沉过程中出现问题时，压力值的仪表会立即反映出来，本工地有1栋楼的半个单元过去有建筑物，地基处理采用深层搅拌桩，在静压管桩沉桩过程中，管桩遇地下厚层搅拌桩时，预应力管桩桩头破裂，压力值仪表即时反映，我们将桩拔起，该桩头破裂。本人认为高压预应力静压管桩在沉桩过程中，由压力值仪表控制，反映非常清楚，不必做低应变测试。如怀疑某些桩有问题，可抽查低应变测试。
　　5高强预应力管桩设计值探讨
　　桩身混凝土强度应满足承载力设计要求，通常桩总是同时受轴力、弯矩和剪力的作用。桩必须满足桩身结构强度条件的验算。低桩台桩基，当作用在单桩上的弯矩、剪力不大时，桩身结构强度满足轴压验算即可，对全埋入地基中的桩，除穿越超软土层的端承桩外，一般可不考虑桩的纵向弯曲。
　　轴心受力时计算公式：
　　Q≤Apfcφc。
　　其中，Q为相应与荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值；fc为混凝土轴心抗压强度设计值；Ap为桩身横截面积φc；为工作条件系数，预制桩取0.75，灌注桩取0.6～0.7。由于灌注桩在成孔和混凝土水下浇筑时质量难以保证，预制桩在运输及沉桩过程中，受振动和锤击的影响，因此根据上述桩的施工工作条件因素，计算中，给予工作条件系数φc是符合实际要求的。笔者认为0.85～0.9较为合适，能充分发挥预应力管桩的优势，避免不必要的浪费。
　　参考文献：
　　[1]杨立鹏．静压管桩的挤土效应及预防措施[J]．山西建筑，2008，34(19)．