静压预应力混凝土管桩的主要施工方法和质量控制
【摘要】当前，建设工程预应力混凝土管桩的应用较为广泛，因此，因此预应力混凝土管桩的施工质量问题也倍受关注。本文就预应力混凝土管桩采用静压法施工的主要施工方法、施工要点、施工过程的质量控制措施、常见质量问题作分析与探讨。
【关键词】静压管桩 施工方法 质量控制
前言
预应力混凝土管桩是采用先张法预加应力的离心成型的混凝土环形截面桩，目前，应用最为广泛的是预应力高强混凝土管桩（代号PHC）。该桩按其混凝土有效预应力或管桩的抗弯性能分为A型、AB型、B型、C型，其他施工方法一般采用静压法和锤击法。由于静压法施工具有在环境保护，文明施工等方面的优点，故而得到广泛的推广和应用。
1.静压管桩的主要施工方法
1.1主要是施工工艺流程；测量放线→桩机就位→首节桩起吊就位→复核调整桩位→桩端入土→初步加压→检查校正桩身垂直度→正式沉桩→观测校正桩身垂直度→压至桩顶距地面0.5-1.0m时，再吊入上一节桩就位→接桩→继续沉桩→做好压力值记录→沉桩移机到下一根桩位。
1.2测量放线：施工前应根据施工总平面图，在不受施工影响的地方设置建筑物的轴线控制点和水准基点，经复核无误后放出建筑物轴线，根据桩基平面图中心线点到建筑物轴线的距离放出桩位中心线，并对桩纵横中心线相交的的桩圆心点进行标识。桩位测量放线后需报现场监理人员进行复核。
1.3管桩进场堆放：管桩混凝土设计强度须达到100%后方可运输进场，堆放时按不同规格、长度及压桩顺序分别堆放，并做好标示，条件许可时宜采用“即用即送”的组织方法进行供桩。
1.4管桩起吊：管桩应起吊固定在桩机上，起吊时捆绑应牢固，起吊点应符合力学原理要求，在距桩顶端0.2m出设置吊点，吊索与桩之间应加衬垫，吊绳子与管桩夹角大于45°。
1.5管桩就位及初步加压：通常利用附设在桩机上的起重臂和吊钩将桩吊运到桩机中部的竖向圆形夹具中，用夹具的液压系统和与桩径相符的弧形夹片将桩嵌固在装架上。对于首节桩可采用移动桩机，使桩中心点对准地面桩位的标识点的方法就位，在桩端入土初压至桩身基本稳定后，校正垂直度进行正式沉桩。
1.6接桩：接桩分端板焊接连接和机械接头连接，目前普遍采用焊接连接，当下一节桩施压到离地面0.5-1.0m时，起吊上一节桩，与下一节桩对接好并对其垂直度复核无误后开始施焊，待焊接符合要求及焊缝基本冷却后，在继续施压沉桩，直到施工完毕。整个沉桩、接桩、送桩过程宜连续进行，并应根据地质资料各节桩的长度，避免在桩端接近设计持力层进行接桩。
1.7沉桩记录与成桩：沉桩过程中的记录包括管桩就位记录、垂直度、入土深度、每节桩的长度、接桩长度或最终桩顶标高相应的压力值、贯入度等参数，而后即可成桩。当需要用送桩器成桩时，高于地面的桩身应截出后，才能移机下一根桩位。
2.静压管桩的施工要点
2.1施工场地必须符合静压管桩的施工条件，施工前应先清除地上和地下的障碍物，场地应平整，排水良好，地面 应符合沉桩时的承载能力。当地面较为松软时，应采取铺道渣或较好的沙石土压实，确保地面承载力部小于80KN/㎡。
2.2合理选择沉桩设备，并预先检修完好，静压桩机的机架和配重量应大于沉桩中压力的1.1倍。
2.3沉桩顺序应按“先中间厚四周、先密集桩后稀疏桩、先长桩厚短桩、先大直径桩后小直径桩、先大承台桩后小承台桩”的原则，同时应结合工程地质条件、场地与周围建筑物、地下管线的关系，兼顾施工方便综合考虑，确定更为合理的沉桩顺序。
2.4采用压力蒸汽养护的管桩，在沉桩时，除养护期不少于1d、强度不低于设计值外，桩身混凝土的表面温度不宜高于气温的20°C。
2.5桩机移动就位后，应将桩机调整平稳并垂直于地面后，才能起吊就位管桩。
2.6采用抱压式桩机沉桩时，应避开桩身两侧的合缝位置，同时应防止抱压力过大造成桩身横向压坏。
2.7当桩端进入硬土层且发生倾斜时，不得采用移动桩架的方法纠偏，应尽可能拔出桩身，排除故障后在进行沉桩或采取其他补救措施。
2.8应采用平稳、缓慢而连续的沉桩方法，当发现难以沉桩或桩身倾斜时，应暂停沉桩，排查原因，采取可靠措施后才能继续沉桩。
3.静压管桩的施工过程质量控制措施
3.1管桩质量检查和验收:进行施工现场的管桩应符合设计要求的产品合格证、产品说明书和相应的质量检查报告，对设计有桩头的管桩、管桩的尺寸允许偏差值、管桩的外观质量检验等应组织检查和验收，不符合要求的应责令更换。
3.2底桩的定点：应在测量放线与定桩位的基础上，在每根桩的圆心处插入上端固定有红布条的段钢筋进行标识，短钢筋上端与地面平，使沉桩的偏位尽可能减小。
3.3桩身垂直度控制：通常用两台经纬仪，在相互成90°的两个方向进行过程监测。当第一节桩就位插入地面时，应利用经纬仪配合静压桩机将桩两个方向的垂直度偏差校正到不大于0.5%的桩长，然后正式沉桩。当桩身垂直度偏差超过1%时，应找出原因设法纠正；当桩尖穿过软土土层后，严禁采用移动桩架的方法进行纠偏。
3.4接桩：接桩前，应保证上下两节桩顺直。当采用焊接时，两桩桩心的错位偏差不宜大于2mm，焊接应优先采用二氧化碳气体保护焊，焊接层数宜为三层。焊接前管桩端板表面应保持清洁，端板坡口上的浮锈应清除干净，表面成金属光泽，坡口根部间歇应小于2mm后方可焊接，焊接应对称同时进行。焊接完毕后，一般自然时间不小于8min。
3.5成桩过程：沉桩过程遇到硬土层时不能用力过大，否则管桩会因其抗弯能力不强而容易折断；抬架时也要轻抬轻放，否则也容易造成桩身开裂或发生桩架倾斜倒塌事故。同时，为了便于控制终止沉桩，必须详细记录沉桩过程的压力值与桩入土深度，了解桩端持力层深度是否满足设计要求以及桩穿过个土层的压力值。
3.6终压力的确定：当桩的压力值已达到设计的终压力时，而桩端尚未达到设计的持力层时，可适当加大压桩力，但压桩力不能大于管桩桩身竖向极限承载力设计值的1.6倍，以避免压桩力太大发生桩身破裂或倾斜的质量问题。
4.静压管桩施工常见质量问题分析与处理
4.1沉桩达不到设计要求
管桩施工是以最终贯入度和最终标高作为施工的最终控制。一般情况下，以一种控制标准为主，以另一种控制标准为参考，有时沉桩达不到设计最终要求的沉桩控制参数。
原因分析：一是地质勘测资料与实际工程地质存在偏差，发生配桩长度不准确，使沉桩达不到成桩设计要求的相关控制值，如桩顶标高、终压力、贯入度等。二是由于设备故障等原因使沉桩过程突然中断时间过长，桩周阻力增大，难以沉桩待设计要求的持力层。
防治措施：应探明工程地质情况，必要时应做补充地质勘察，合理选择持力层和成桩的相关控制值。并根据有关要求合理选择成桩设备，在沉桩过程中发生异常情况时，应冷静分析原因，找出对策，不能盲目加大压桩力强行沉桩，以防止桩身断裂。
4.2邻桩上浮或桩头位移
在沉桩过程中，相邻的桩可能因挤土效应而产生桩身上浮或横向位移现象。
原因分析：一是静压管桩属于挤土桩，在沉桩过程中存在挤土效应会使地面隆起，特别当土层是饱和性软土、桩距较密、桩数较多时，土被挤到极限密实度而向上隆起，后施工的桩便会对先前施工或相邻的桩产生向上的拉力，使其桩身上浮或被推向一侧。二是施工中桩位被挤压偏离或标志丢失，造成桩位错位较大。三是选择的沉桩顺序或行车路线不合理。
防治措施：当施工中发现桩身上浮时，最有效的方法是采用取土引孔压桩法，即用螺旋钻机在设计桩位取土引孔后随即压入管桩，在压缩性较差的土体中施工，引孔德孔径应比桩径小50-100mm，引孔深度一般应控制在桩长的30%内，并做到引孔随压桩，以免地下水渗入孔内一起塌孔或地下水泡软桩端土层使桩端土承压力降低。同时合理安排沉桩顺序和桩机行走路线，坚持“先中间后四周”的对称施工法，以及结合“先密集桩后稀疏桩、先长桩后短桩”的压柱顺序进行压桩。当采取上述措施后仍无法制止桩身上浮现象时，则可考虑采用原桩复压措施，必要时可经设计调整桩间距。
4.3接桩处开裂
上下两节桩在接桩处出现开裂现象。
原因分析：一是上下两节桩不在同一条直线上，使压桩过程中接桩处焊缝局部产生过大集中应力而开裂。二是采用焊接连接时，连接处端板表面为清理干净，桩端不平整。三是未严格进行分层施焊、焊缝不连续、不饱满及焊接中夹有焊渣等杂物，焊接结束后停歇时间较短或焊缝遇地下水出现脆裂。
防治措施：在管桩接桩前应先复核上下两节桩的桩心错位是否在允许偏差值之内，一般宜设置接桩临时导向箍，使上下两节桩保持顺直。焊接前检查焊条和焊接设备适用是否完好，并利用钢刷将两节桩的端板表面清刷干净。焊接时宜先在坡口圆周上对称点焊接4-6点，待上下节桩固定后拆除临时导向箍，再分层均匀施焊。施焊时宜由两个特证上岗的焊工对称进行。焊接完毕后焊缝应自然冷却，严格用水冷却和焊完即沉桩。
4.4桩身断裂
在沉桩过程中，桩身突然发生较大倾斜而断裂。
原因分析：一是地面突然发生较大的不均匀沉降，桩机和桩身严重倾斜，使桩身受到不能承受的弯矩而折断，二是桩身混凝土存在质量问题，使桩身局部强度不够，沉桩过程中混凝土发生破碎；三是桩的运输、堆放、起吊方法不当，也会产生裂纹或断裂。
防治措施：在初沉桩过程中，如发现桩不垂直应及时纠正，接桩时，要保证上下两节桩的顺直，且压桩的下沉速度不宜太快。同时要对进场的管桩进行严格的检查，桩在运输、堆放、起吊过程中应严格按照设计说明中的要求和操作规程执行。当施工中出现桩身断裂，应会同设计人员共同研究处理办法，根据断裂部位可采取加固措施，不能加固的应采取补桩的方法。
4.5桩身倾斜
桩身垂直度超过允许偏差值。
原因分析：一是场地不平、有较大坡度，桩机本身倾斜，首节桩初压至桩身基本稳定时才能及时校正垂直度，稳桩时桩不垂直，送桩器、桩帽及桩不在同一条直线上，则桩在压入过程中就会逐渐产生较大倾斜；二是基坑土方开挖不当，桩身侧向受力不平衡引起大面积群桩倾斜，特别是表层软土土层厚度大，每次开挖的厚度超过规定，桩身倾斜的可能性更大。
防治措施：场地应平整，对于发现局部平整度差、土质松软时，应在桩机行走路线上加设垫木或其他材料，使桩机底座保持水平。对基坑的土方开挖不当引起倾斜的桩，应组织有关单位进行调查分析，采取桩基联合承台的加固措施或补桩的方法。施工中应严禁边沉桩边开挖，土方开挖应采取分层分段均匀对称进行。对于软土土层，桩周土体高差不得大于1.0m，并注意保持基坑维护结构或边坡土体的稳定。
4.6挤土效应
原因分析：在城市密集区进行静压管桩施工时，沉桩过程挤土效应容易对周围建筑物、地下管线等造成影响和破坏，其影响范围约为桩长的1.2-1.5倍。
防治措施：在可能被破坏的建筑物一侧设置防挤沟，一般采用深1.5-2.0m、上宽2.0m、下宽1.0m的梯形沟，其作用是减少压桩是引起表层土体的水平位移，降低土体内超静孔隙水压力，使挤压力迅速消散，防止建筑物隆起、地下管线位移或受土挤压而破坏等。并合理安排沉桩顺序，在一般情况下，应从中间开始沉桩，对于沉桩可能发生挤土而对周边建筑物、地下管线等造成影响时，应从该侧开始沉桩，同时应控制沉桩速度，压桩下沉速度宜控制在1.0m/min左右。
结束语
随着静压管桩技术的广泛应用，以及对静压管桩的理论研究、设计和施工经验的不断积累，其应用的技术水平也会不断提高，在工程中也将发挥更好的经济效益。