预应力管桩在复合地基工程中的应用

冯小刚

(中铁十八局集团 第五工程有限公司，天津 300450)

预应力高强混凝土管桩(Prestressed High-strength Concrete Pipe pile)，即PHC管桩是在近代高性能混凝土(HPC)和预应力技术的基础上发展起来的混凝土预制构件。作为一种新型的基桩，20世纪90年代以来，预应力管桩在广东沿海地区广泛应用于工业与民用建筑、桥梁、港口码头、水利工程等。据不完全统计，PHC管桩在广东基桩工程中占70%以上。PHC管桩能够获得如此大的应用市场，其主要原因是它具有耐打、耐压，穿透能力强，单桩竖向承载力高，抗震性能好，耐久性好，造价适宜，施工工期短，施工现场文明整洁等特点。本文结合广州江高—石井污水处理厂的复合地基工程，对PHC管桩的施工工艺和在施工过程中常见的几种异常情况的处理方法，进行了简要的分析说明，可为同类工程提供参考。

1 工程概况

江高—石井污水处理厂位于广州市白云区大朗村。厂区内改良生化池地貌属山前平原，场地较平坦、宽阔，现为菜地和桃树林，地基土大部分为人工素填土和淤积土。改良生化池基础摩擦端承桩采用 φ400 mm的预应力管桩，PHC桩混凝土等级为C80，型号为AB型，桩壁厚度为95 mm，开口型钢制桩尖。污水处理厂区内改良生化池总计为2个池共2 132根预应力管桩，单桩竖向承载力特征值要求≥1 000 kN。PHC管桩基础设计示意于图1。

根据地勘资料反映，场地内各岩土层自上而下分述如下:

1)人工填土:松散(软)，土质不均匀，不能作为天然地基基础持力层。

2)粉质黏土:整个场地内均匀分布，呈可塑状态，有一定的强度，层厚变化较大(0.5～8.0 m)，无软弱下卧层时可做天然地基基础持力层。

3)粉细砂:在场地的部分地段有分布，呈松散 ～稍密状态，强度较低，局部会轻微液化，一般不能做天然地基基础持力层;中粗砂:在场地的部分地段有分布，呈稍密～中密状态，有一定的强度，无软弱下卧层时可做天然地基基础持力层;砾砂:在场地的部分地段有分布，呈稍密～中密状态，强度较高，可做天然地基基础持力层。

4)强风化层:整个场地均有分布，呈坚硬土状，半岩半土状和碎块状，强度较高，预制桩的端阻力特征值的经验值q=3 500～4 000 kPa，是预应力管桩基础理想的桩端持力层。

5)泥岩中风化:岩心较破碎，呈碎块状和短柱状，层面埋深13.1 m，属软岩，岩体破碎，本层可以作为预应力管桩或钻孔灌注桩桩端持力层。

6)泥质粉砂岩中风化:层面埋深7.3～17.1 m，岩心较破碎，多呈短柱状和碎块状，属软岩，岩体破碎，可以作为预应力管桩或钻孔灌注桩桩端持力层。

以下为灰岩等。

2 PHC管桩静压沉桩施工要点

2.1 吊桩和沉桩

1)起吊管桩时，先拴好吊桩的钢丝绳及索具，然后用索具捆绑住桩的上端，起动机器起吊管桩，使桩尖对准桩位中心，缓缓放下插入土中。

2)桩尖插入桩位后，使其入土一定深度，再调整桩的垂直度，用线锤或经纬仪纵横双向校正。桩在入土前，应在桩架或桩身上设置尺寸标记，以便在施工中观测、记录。

3)管桩施工过程中，桩身的垂直度偏差不得大于1%，当桩身倾斜率超过1%时，应找出原因并设法纠正。

4)沉桩过程中应观察桩的进尺情况和垂直度。适当限制压桩速度，沉桩速度一般控制在1 m/min左右;当地基表层中存在大块石等障碍物时，要避免压偏;当桩尖进入硬土层后，严禁移动桩架等强行回扳的的方法纠偏;在较厚的黏土、粉质黏土层中应将每一根桩一次连续打到底，尽量减少中间停歇时间，若停歇时间过长，桩周土固结，极易造成沉桩困难。

2.2 接桩

1)采用焊接接桩法。下节桩桩头须设导向箍以保证上下桩节找平接直，对接前管桩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，然后沿圆周对称点焊八处，待上下节桩固定后再拆除导向箍，继而分层施焊。每个接头的焊缝不得少于两层，每层焊缝的接头应错开，焊缝应饱满。施焊完毕须自然冷却8 min后方可继续施压。

2)下节桩施压后露出地面0.5～1.0 m时即可接桩。接桩时，上下桩节中心线偏差≤2 mm，节点弯曲矢高不得大于0.1%桩长，且不大于20 mm。

2.3 送桩

静压送桩的质量控制应符合下列规定:

1)测量桩的垂直度并检查桩头质量，合格后方可送桩，压桩、送桩作业应连续进行;

2)送桩应采用专用钢制送桩器，不得将工程桩用作送桩器;

3)当场地上多数桩的有效桩长小于或等于15 m或桩端持力层为风化软质岩，需要复压时，送桩深度不宜超过1.5 m;

4)当桩的垂直度偏差小于1%，且桩的有效桩长大于15 m时，静压桩送桩深度不宜超过8 m;

5)送桩的最大压桩力不宜超过桩身允许抱压压桩力的1.1倍。

2.4 稳压

当桩进入持力层时，应根据地质资料核对桩尖入土深处的地质情况，然后以设计桩长和最终稳定压力为控制条件(双控)，当压桩机终压力达到单桩竖向承载力设计值的1.8～2.5倍时，可终止压桩。最终稳定控制次数可取3～5次，每次约1 min。符合设计要求后，方可移动桩机。沉桩、稳压后的桩群如图2所示。

3 PHC管桩静压沉桩施工异常情况处理

3.1 穿过较密集卵砾石层的处理

改良生化池设计采用静压法施工，施工过程中发现部分桩由于卵石层较密集，虽然可以穿过卵石层，但是对桩身质量、桩端头板及焊接部分可能会造成损害，而出现三类桩。为了确保沉桩质量，通常的处理方法有以下三种:①当桩尖到达硬夹层时，由于卵石层受振动及侧向挤压，摩擦力渐增，可以停止施打一段时间(一般为10～20 h)，使被压密卵石层应力得到逐渐释放，其摩擦力就有回复原状的趋势，摩擦力相应减少，静压时桩更容易沉入;②认真查阅勘察资料(或进行钻探)，确定出卵石层的厚度，验算其是否能达到作为持力层的标准，同时对该桩进行单桩承载力试验，看其是否能满足设计要求，如果不满足设计要求，对该桩进行补桩;③使用钻机提前钻进一个一定直径的钻孔，以减小沉桩时卵砾石层对桩身的侧摩阻力，使管桩顺利穿过硬夹层。

通过详细分析工程勘察资料，根据地层情况综合采用以上三种方法进行处理，使得各桩都满足了设计要求。

3.2 爆桩头的处理

爆桩头产生的原因有以下几种:①管桩质量太差;②搬运、吊装或堆放过程中碰撞损坏;③桩头混凝土不密实(桩头处箍筋较密);④打桩过程的施工方法不当，静压速度过快;⑤桩帽太大、太小、太深等桩头尺寸偏差太大或桩帽衬垫材料不符合要求;⑥遇孤石或硬岩面时继续猛压或遇厚度较大的硬夹层需贯穿。

在施工过程中，通常的处理方法是在烂桩附近补桩。

3.3 桩身突然倾斜的处理

桩身突然倾斜的原因有以下几个方面:①地质勘察工作没有做到位;②在施打大面积密集群桩时，造成先打入的桩挤土产生倾斜;③当桩压入地下3 m发生倾斜超出允许偏差时，未按规程拔出重压;④基础开挖顺序不合理，导致 PHC桩在挖土过程中产生倾斜;⑤施工时未对杂填土进行清理或清理不彻底，导致桩机倾斜而致使桩身突然倾斜。

上述①是施工过程中产生桩身倾斜的主要原因，如下沉至一定深度时，由于地质倾斜面较大或桩身遇大的卵石下沉造成桩身倾斜。在施工过程中，遇到孤石或障碍物造成桩身倾斜，最后一般会导致管桩断裂，遇到这种情况一般是进行补桩，除非经静载或动测证明单桩承载力可达到设计要求，显示这样的桩基础仍可使用。

3.4 桩身断裂的处理

桩身断裂有以下几个原因:①桩节的细长比过大，沉桩又遇到了较硬的土层;②桩制作时，桩身弯曲超过规定，桩尖偏离桩的纵轴线较大，沉入后桩身发生倾斜或弯曲;③桩入土后遇到大块坚硬的障碍物，把桩尖挤向一侧;④稳桩时不垂直，压入地下一定深度后，再用移动桩架方法校正，使桩身产生弯曲;⑤两节桩或多节桩施工时，相接的两节桩不在同一轴线上，产生了曲折;⑥制作桩的混凝土强度不够。桩在堆放、吊运过程中产生裂缝或断裂未被发现。

桩身断裂预防措施:①施工前应对桩位下的障碍物清理干净，必要时对每个桩位用钎探了解。对桩构件要进行检查，发现桩身弯曲超过规定(L/1 000且>20 mm)的不得使用。一节桩的细长比不宜过大，一般不超过40;②在稳桩过程中，如发现桩不垂直应及时纠正，桩压入一定深度后发生严重倾斜时，不得采用移架方法来校正。接桩时，要保证上下两节桩在同一轴线上，接头处应严格按照操作要求执行;③桩在堆放、吊运过程中，应严格按照有关规定执行，发现桩开裂超过有关验收规定时不得使用。

3.5 沉桩达不到设计要求的处理

原因分析:①勘探点不够或勘探资料粗略，对工程地质情况不明，尤其是持力层的起伏高程不明，致使设计考虑持力层或选择桩长有误，也有时因为设计要求过严，超过施工机械能力或桩身混凝土强度;②勘探工作是以点带面，对局部硬夹层、软夹层不可能全部了解清楚，尤其在复杂的工程地质条件下，还有地下障碍物，如大块石、混凝土块等。压桩施工遇到这种情况，就会达不到设计要求的施工控制标准;③桩身断裂，致使桩不能继续压入。

预防措施:①详细探明工程地质情况，必要时应补勘;②合理选择施工机械、施工方法及压桩顺序;③防止桩身断裂。

3.6 接桩处松脱开裂的处理

原因:①连接处表面没有清理干净，留有杂质、雨水、油污等;②连接件不平，有较大空隙，造成焊接不牢;③焊接质量不好，焊缝不连续、不饱满或有夹渣;④两节桩不在同一直线上，接桩处产生曲折，沉桩时接桩处产生集中应力而破坏连接。

预防措施:①接桩前连接部位上的杂质、油污等必须清理干净，保证连接部件清洁;②检查连接部件是否牢固平整和符合设计要求，如有问题，必须进行修正;③接桩时，两节桩应在同一轴线上，焊接预埋件应平整服贴，焊接后，认真检查一遍，符合要求才继续压桩。

4 结束语

广州污水处理厂采用PHC管桩技术，取得了很好的效果。施工中所有预应力管桩均满足设计要求，质量可控，达到了预期的目标。

［1］刘瑾瑜，刘明虹.简述 PHC管桩施工要点［J］.甘肃科技，2005，21(7):151-152.

［2］中华人民共和国建设部.JGJ 94—2008 建筑桩基技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［3］史佩栋.实用桩基工程手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1999.

［4］徐培军.静压预应力混凝土管桩处理高速公路软土地基施工技术［J］.铁道建筑，2008(7):62-63.