本文对预应力混凝土管桩的生产制作和技术特性、静压法预应力管桩的施工、质量控制及常见问题处理进行论述。
   关键词预应力管桩;制作;施工;质量控制;问题处理
   一、引言
   近年来,随着新型静力压桩机械的开发,压桩力的大幅度提高,以及高强度、高性能混凝土的开发应用,预应力混凝土管桩在桩基工程中得到越来越广泛的应用,受到建筑界的普遍青睐,特别是在软土地基的长江三角洲、珠江三角洲地区,甚至呈现出取代钻孔灌注桩的趋势。
   二、预应力混凝土管桩的生产制作和技术特性
   预应力混凝土管桩(以下简称管桩)分为后张法管桩和先张法管桩。后张法管桩采用离心→碾压→振动复合工艺成型,管桩外径800-1200mm,壁厚120-150mm,每节长约4-6m,混凝土强度等级C80以上,横截面上均匀地预留20个Φ30的通长预留孔,使用前将多节管桩接起来,每个孔内穿一股高强钢绞线,张拉后对孔道注浆,使之成为一根长桩,最长可达60-70m。后张法管桩多用在海洋、港口和码头工程。先张法管桩的制作工艺包括钢筋笼制作,高标号混凝土制备、主筋预应力张拉、布料合模、离心工艺成型、蒸汽养护六大工序。钢筋笼制作是对管桩主筋高精度切断,墩头后用自动滚焊编织机滚焊成笼。预应力张拉是用千斤顶张拉管桩的纵向主筋并锚定在端头板上。离心工艺成型,蒸汽养护达到强度。预应力混凝土管桩(PC管桩)的混凝土强度等级不低于C50,预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)的混凝土强度等级不低于C80。先张法管桩由圆筒形桩身、端头板和钢套箍组成。
   管桩沉桩方式主有捶击法、静压法、预钻孔法和中掘法等,而以捶击法和静压法用得最多。捶击法沉桩震动剧烈,噪音大。近年来,为适应市区施工需,各地相继开发出新型大吨位静力压桩机械和压桩工艺,最大压桩力达5000-6000KN,能将600管桩压到设计需的持力层,从而大大推动了管桩的应用。
   三、预应力管桩的施工及质量控制(静压法)施工工艺桩位测量定位→桩机就位→吊桩→对中→焊桩尖→压第一节桩→焊接接桩→压第N节桩→送桩→终压→(截桩)。
   1、压桩前的准备工作
   1)管桩进场应检查出厂合格证和检验报告,并对桩身的外观质量进行全数检查。管桩堆放不得超过4层。
   2)复核桩位的轴线、标高准确性;检查压桩机的型号、压力表、配重;根据地质情况和桩尖深度至桩顶标高确定桩长。
   3)正式打桩前,应组织施工、监理、设计、等单位在施工现场进行工艺试桩,以确定重的施工参数。 2、压桩1)压桩顺序,应遵循减少挤土效应,避免管桩偏位的原则。一般说来先深后浅,先大后小;应尽量避免桩机反复行走,扰动地面土层。
   2)压好第1节桩至关重。首先调平机台,准确定位、对中,压桩时用经纬仪和吊线锤在两个垂直方向监控桩的垂直度,偏差不大于0.5%。
   3)合理调配管节长度,避免接桩时桩尖处于或接近硬持力层。每根桩的管桩接头数不宜超过4个;同一承台桩的接头位置应相互错开。 4)随时检查压桩压力、压入深度,如设计对压桩压力有求时,偏差应在±5%以内。 5)遇到下列情况之一时,应暂停压桩,并及时与设计、业主等有关方研究、处理 a. 压力值突然下降,沉降量突然增大;b. 桩身混凝土剥落、破碎;c. 桩身突然倾斜、跑位,桩周涌水;d. 地面明显隆起,邻桩上浮或位移过大;e. 按设计图求的桩长压桩,压桩力未达到设计值;f. 单桩承载力已满足设计值,压桩长度未达到设计求。 6)按设计求或施工组织设计,管桩施工前,宜在场地上先行施工砂袋桩,袋装砂井施工完成后进行管桩施压,不得交叉作业。砂袋桩的布置及密度,应满足地基深层竖向排水和减弱挤土效应的求,其桩长宜低于地下水位以下,且大于管桩的1/2。 7)桩压好后桩头高出地面的部份应及时截除,避免机械碰撞或将桩头用作拉锚点。截除应采用锯桩器截割,严禁用大锤横向敲击或扳拉截断。 8)需送桩的管桩,送至设计标高后,地面遗留的送桩孔洞,应立即回填覆盖,以免桩机行走时引起地面沉陷。 9)预应力管桩的垂直度偏差应不大于1%。 3、接桩 1)接桩时上下节桩段应保持顺直,错位偏差不应大于2mm。 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)为保证焊接质量,电焊条用E43,有出厂合格证。电焊工应持证上岗。施焊时,宜先在坡口周边对称点焊4-6点,再分层施焊,施焊宜由两个焊工对称进行。 4)焊接层数不得小于2层,内层焊渣清理干净后方可在外层施焊。焊缝应饱满连续,焊接部分不得有咬边、夹渣、气孔、等外观缺陷,焊缝加强层宽度及高度均应大于2mm。 5)尽可能缩小接桩时间,焊好的桩接头应自然冷却(时间应>8min)后,方可继续压桩。4、终压 1)正式压桩前,应按所选桩机型号对管桩进行试压,以确定压桩的终压技术参数。 2)终压技术参数一般采用双控,按设计求,以标高控制为主、送桩压力控制为辅或相反。一般土层,以控制桩端设计标高为主,贯入度可作参考;当桩端达到坚硬土层,以贯入度控制为主,桩端标高可作参考。贯入度已达到而桩端未达到时,应复压3阵,每阵应持荷0.5-1.0分钟,贯入度应小于设计值或试验确定值。
   3)终压后的桩顶标高,应用水准仪认真控制,其偏差为±50mm。
   四、管桩施工常见问题的原因及预防措施
   1、桩身断裂管桩管壁薄、混凝土标号高,施工不注意易产生断裂。
   原因①混凝土强度不够,壁厚不均匀,桩身弯曲超标,桩尖偏离桩的纵轴线较大,桩在堆放、吊运中产生裂纹或断裂未被发现,沉桩时发生倾斜或弯曲;②接桩焊缝不饱满,焊后自然冷却时间不够,两节桩不在同一轴线上,产生了曲折;③地质土层软硬变化或有坚硬障碍物时,把桩尖挤向一侧;④施工场地不平造成压桩时机身不平稳。
   措施 ①对桩身质量进行全面检查,测量管桩的外径、壁厚、桩身弯曲度等,发现桩身弯曲超标或桩尖不在桩纵轴线上的不宜使用。②稳桩中发现桩不垂直应及时纠正,桩压入一定深度发生严重倾斜时,不宜用移架方法来校正。接桩保证两节桩在同一轴线上; ③施工前清理桩位下的障碍物,必时对每个桩位用钎探了解;④保证施工场地平整坚实,施压过程机身平稳不晃动。
   2、桩顶位移在沉桩过程中,相邻的桩产生横向位移和桩身上浮。
   原因①桩遇到大块坚硬障碍物把桩尖挤向一侧;②多节桩施工,相接的两桩不在同一轴线上,产生弯曲;③桩数较多,土饱和密实,桩间距较小,沉桩时土被挤到极限密实度而向上隆起,邻桩浮起;④软土地基施工较密集群桩时,因沉桩引起孔隙水压力把相邻桩推向一侧或浮起。
   措施①施工前清理桩位下的障碍物,检查桩构件,发现桩身弯曲超过规定或桩尖不在桩纵轴线上的不宜使用;②在稳桩过程中,发现桩不垂直及时纠正,接桩时保证两节桩在同一轴线上;③采用井点降水、砂井和盲沟等降水或排水措施;④沉桩期间不得开挖基坑,需沉桩完毕后相隔适当时间方可开挖。
   3、沉桩达不到设计深度桩设计是以最终贯入度和最终桩长作为施工的终控指标,施工时出现桩长达不到设计深度。
   原因①勘探资料粗,勘探点少,对局部硬夹层、软夹层及地下障碍物了解不够;②中断沉桩时间过长,桩尖停留在硬土层内,沉桩阻力增加;③群桩施工穿越较厚的砂夹层,因其结构不稳定同一层土的强度差异很大,砂层越挤越密。
   措施详细查明地质情况,正确选择持力层或标高,合理选择施工方法及压桩顺序。
   五、结束语
   纵观我国桩基工程现状,可以预见,随着静压管桩技术的推广应用和发展,以及管桩生产制作工艺的不断提高,新型大吨位静力压桩机和高强度、高性能混凝土的进一步开发,管桩的自身优势将得到更大的发挥。