预应力管桩施工工艺与质量控制

　　摘要：预应力管桩适用于一般黏性土及填土、淤泥和淤泥质土、粉土、非自重湿陷性黄土等土层中使用。其优点是安装方便，施工准备周期短，施工质量容易控制，生产效率高，施工速度快。
　　关键词：预应力管桩、施工工艺、质量控制。
　　宁波北仑集装箱货运第二通道公路工程第3合同段起点位于甬台温铁路西侧。路线起点段呈南北走向，沿铁西侧向南1.5KM后左拐，在K1+843.113处上跨铁路，经宝新不锈钢3号门在K2+550处接上陈穿线（老320国道），沿陈穿线向东终于大榭交叉口，路线总长8.2KM。沿线主要有二种地貌单元，即海积平原和低丘，低丘分布于K4+500～K4+740段，地面标高一般在3.5～30m，地面坡度一般5～30度。海积平原区约占线路的95%，是沿线主要地貌，地面标高一般1.8～3.0m，地势低平。沿线水网发育，分布有多条中小河流，河流纵横密布，互相交织，宽度一般10-60m，深度一般1.5～3.0m。平原区上部为硬壳层，厚度1米左右，以下为全新世海积淤泥质粘土，厚度较大，底部为风化基岩。本工程桥头软基均采取施打预应力管桩进行处理，预应力管桩总长达153000米。本文主要根据此工程施工实践经验，谈谈预应力管桩施工工艺与质量控制。
　　一、施工工艺流程及操作要点
　　1、施工工艺流程
　　测量放线——桩机就位——吊桩——打桩——按设计与规范判断是否成桩——成品保护。
　　2、操作要点
　　本工程管桩采用锤击法打桩施工。其优点是穿层能力强、承载力高、施工成本较低；但缺点是存在着噪音及振动污染，且易造成桩身开裂、破碎和桩身倾斜。
　　1）管桩的堆放
　　现场堆放时场地应坚实、平整，且必须按二点支法设置垫木，偏差控制±20cm。管桩在柴油打桩机附近存放，应单层放置，且须设支垫。在静压桩机附近或距柴油打桩机15m以上存放时，不宜超过4层(D400mm)和3层(D500～D600mm)，底层必须设支垫。
　　2）管桩的吊运
　　单节管桩吊运可采用两头钩吊法，竖起时可采用单点法。
　　3）试桩
　　桩试验的目的：
　　避免定制的管桩（根据设计桩长和地质报告定货）远大于实际施工时的打桩长度，节省多余部分桩的费用、截桩费用和工期；或者避免定制的管桩（根据设计桩长和地质报告定货）远小于实际施工时的打桩长度，重新购买将会延误工期。
　　4）打桩前的准备
　　（1）、认真检查打桩设备各部件的性能，以保证正常作业。
　　（2）、检查管桩外观质量，注意在运输过程中有无损伤，管桩标记是否清晰。
　　（3）、根据施工图绘制桩位编号图。
　　（4）、测定和标出场地上的桩位，其偏差不得大于20mm。
　　（5）、在桩身上划出以m为单位的长度标记。
　　5）垫层
　　锤击法打桩(送桩)施工时，桩头和桩帽(送桩器)之间应使用厚度不小于120mm的竖纹硬质木或硬纸板垫层，并需及时更换。现在比较普遍的做法是用经济而又方便筹集的草垫替代竖纹硬质木或硬纸板作垫层，一般施一支桩需要2-3张草垫，且经锤击压实后的厚度不宜小于12cm。
　　6）打桩顺序编排原则
　　（1）、根据桩的密集程度以及周围建筑物的关系
　　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；若桩较密集，场地狭长，两端距建筑物较远时，宜从中间向两端进行；若桩较密集，且一侧靠近建筑物时，宜从毗邻建筑物的一侧开始，由近向远进行。
　　（2）、根据桩的入土深度，以先长后短。
　　（3）、根据桩的规格，以先大后小。
　　（4）、根据建筑物的高层与低层的关系，宜先高后低。
　　7）打桩阶段技术措施
　　(1)插桩
　　桩打入过程中修正桩的角度较困难，因此就位时应正确安放。第一节管桩插入地下时，要尽量保持位置方向正确。开始要轻轻打下，认真检查，若有偏差应及时纠正，必要时要拔出重打。校核桩的垂直度可采用垂直角，即用两个方向(互成90°)的经纬仪使导架保持垂直。通过桩机导架的旋转、滑动及停留进行调整。经纬仪应设置在不受打桩影响处，并经常加以调平，使之保持垂直。
　　(2)锤打
　　因地层较软，初打时可能下沉量较大，宜采取低提锤，轻打下，随着沉桩加深，沉速减慢，起锤高度可渐增。在整个打桩过程中，要使桩锤、桩帽、桩身尽量保持在同一轴线上。必要时应将桩锤及桩架导杆方向按桩身方向调整。要注意尽量不使管桩受到偏心锤打，以免管桩受弯受权。打桩较难下沉时，要检查落锤有无倾斜偏心，特别是要检查桩垫桩帽是否合适。如果不合适，需更换或补充软垫。每根桩宜连续一次打完，不要中断，以免难以继续打下。
　　(3)接桩
　　接桩时要注意新接桩节与原桩节的轴线一致，两施焊面上的泥土、油污、铁锈等要预先清刷干净。当下节桩的桩头距地面1—1．2m时，即可进行焊接接桩。接桩时可在下节桩头上安装导向箍，以便新接桩节的引导就位。上节桩找正方向后，对称点焊4—6点加以固定，然后拆除导向箍。管桩焊接施工应由有经验的焊工按照技术规程的要求认真进行；施焊第一层时，宜适当加大电流，加大熔深。采用手工焊接，第一层用ф3．2或ф4．0的E4320型焊条，第二层以后用ф4．0—ф5．0的E4320型焊条，要保证焊接质量。
　　(4)送桩
　　为将管桩打到设计标高，需要采用送桩器，送桩器用钢板制作，长4m。设计送桩器的原则是打入阻力不能太大，容易拔出，能将冲击力有效地传到桩上，并能重复使用。
　　（5）打桩记录和周围建筑物观察
　　打桩过程中应详细记录各种作业时间，每打入0．5-1m的锤击数、桩位置的偏斜、最后10击的平均贯人度和最后1m的锤击次数等。
　　打桩过程中应详细观察周围建筑物沉降或上升情况，在建筑物上设置观察点，利用远处的固定水准点进行对比分析，从而确定沉降或上升情况。
　　（6）试压桩
　　为确定单桩承载力是否满足设计要求，打桩前应按设计要求进行单桩竖向抗压静载试验。
　　8）管桩的垂直度控制
　　（1）、管桩施工时，应在桩机正面和侧面按正交方向分别架设经纬仪（桩机本身具有垂直度监测装置，可不用另外架设经纬仪），监控下桩垂直度，整桩垂直度偏差不得大于1/200L（L为桩长），对于首节桩施工，尤应特别注意，发现偏移或倾斜时，应及时校正；必要时，宜拔出重插（垂直度控制验收控制在1%以内）。
　　（2）、由于环形截面对于偏心受压较为敏感，在施工过程中，桩棰、桩帽、桩身中心线应重合，应最大限度避免偏心施压或偏心锤击的产生。当桩身倾斜度超过0.8%时，应找出原因并设法纠正；当桩尖进入硬土层后，严禁用移动桩架等强行回扳的方法纠偏。
　　9）施工过程中的控制
　　（1）、桩帽或送桩帽与桩周围间隙应为5-10mm。
　　（2）、桩身极限抱压值不应大于桩身极限值的1.2倍。
　　（3）、在较厚的粘土、粉质粘土层中施打管桩，不宜采用大流水打桩施工法，应将每一根桩一次性连续打到底，尽量减少中间休歇时间。
　　（4）、桩数多于30根的群桩基础，应从中心位置向外施打，承台边缘的桩，待其它桩打完并重新测定桩位后，再插桩施打。
　　（5）、如实、及时、准确地做好管桩施工记录。
　　（6）、桩身上涌和断桩现象：由于管桩为挤土桩，当桩数较多且桩距较密时，通常会伴随桩身上涌现象出现；而当桩身下部嵌固较牢时，容易出现桩身拉断现象。解决办法就是施工管桩前先在桩位处钻引孔，然后再压桩。
　　（7）、需要送桩时，应使用专用送桩器送桩，严禁以桩送桩。
　　10）砼管桩对最后贯入度或终压力的规定
　　预应力管桩总锤击数不宜超过2000，最后一米锤击数不宜超过250，最后以三阵十击贯入度20mm—50mm为收锤标准。
　　11）截桩
　　桩打好后，保护好高出地面桩头，截桩头宜用割桩机（锯桩器）截割，或用手锤人工凿除。若采用人工截桩，应先将不需截除的桩身端部用钢箍抱紧，然后沿钢抱箍上缘剔凿沟槽、逐步凿除，钢筋用气割割齐，严禁用大锤横向敲击或机械力强行扳拉截桩。
　　12）静载试验
　　试验设备安装必须稳定牢固，加载时不应产生倾斜或偏心，千片顶垫层座应与桩顶全部按触贴合，均匀受力。试验时应特别留意桩头的局部抗压问题，避免局部抗压破坏。若桩顶经过截桩处理，应采取在桩内壁浇注砼或桩头用钢套箍加固的方法加固桩顶，其顶面必须处理平整。
　　二、质量控制
　　1）认真进行图纸及施工方案的学习，落实层层技术交底制度，按计划要求精心施工。加强职工的质量意识教育，认真做好管桩进场验收工作，严格做好施工操作人员的岗前培训，使其熟悉施工工艺、操作规程和质量要求，确保工程质量，做好测量控制，保护好测量标志，定位准确，并经常进行复测和检查，保证各项位置正确。
　　2）在管桩开始施工前，须请建设单位有关人员及监理人员到现场进行试桩，以检验施工工艺及设备是否满足设计要求。
　　3）桩机就位必须准确，开钻前要调整桩机桩臂竖直，锤击过程中要确保桩机不得移动。
　　4）当管桩进入硬土层时，桩机司机要注意管桩变化。开始要轻轻打下，认真检查，若有偏差应及时纠正，必要时要拔出重打锤击速度要严格按照要求进行。
　　5）现场采用两台DJ2型经纬仪从两个垂直方向校正管桩垂直度。
　　6）要做好现场的成品保护。
　　三、常见质量问题分析与处理
　　1.桩倾斜
　　插桩初压即有较大幅度的桩端走位和倾斜。碰到此种情况，很可能在地面下不远处有障碍物。处理的措施主要是在压桩施工前将地面下旧建筑物基础、块石等障碍物年底清理干净。
　　2.桩尖达不互设计深度
　　静压管桩施工时，若发生个别桩长达不到设计深度，其原因可能是：
　　（1）桩尖碰到了局部的较厚夹层或其他硬层。
　　（2）中断沉桩时间过长。由于设备故障或其他特殊原因，致使沉桩过程突然中断，若延续时间过长，沉桩阻力增加，使桩无法沉到设计深度。
　　（3）接桩时，桩尖停留在硬土层内，若时间拖长，很可能不能继续沉桩。
　　发生管桩沉不下去时，应冷静分析原因，找出对策才能继续施工，切不要盲目加大压桩力强行沉桩。
　　四、施工注意事项
　　(1)“重锤低打”能有效降低锤击应力。桩锤对桩头的锤击速度越快，在桩身上产生的应力波强度也越高，即打桩应力与锤击速度成正比，所以为降低锤击应力并保持较好的贯入度，本工程拟采采用较重的桩锤(桩锤重8t)和较低的速度施打。
　　(2)桩头衬垫效应对锤击应力也有直接影响。为延长锤击作用时间、降低锤击速度，并借以降低锤击应力，拟选用软厚适宜的木桩垫。
　　(3)选择合理的打桩施工顺序，能减小桩的侧向位移，对周围建筑物不会有大的影响。
　　(4)桩基侧向位移是软弱地基施工中经常见到的一种现象，根据不同情况进行综合分析，制订出合理的打桩施工方案，并采取相应措施，可以把打桩危害降低到最低限度。
　　五、总结语：本工程桥头软基采取预应力管桩处理，施工速度快、施工所需设备较少，设备周转快，利润率高，可省去后期养护时间，且对施工现场环境的破坏小，经济效益显著。