浅谈预应力高强混凝土管桩(PHC桩)基础的施工

林耀

摘要：预应力混凝土管桩基础是深入到地下土(岩)层的隐蔽工程，其主要作用是将上部结构的荷载传递到深层较硬的土(岩)层上，保证建(构)筑物的稳定。近年来，随着国民经济建设的迅速发展，越来越多的工程项目采用预应力预应力混凝土管桩基础，以满足建(构)筑物对桩基础承载力和变形，以及抗震性能的要求，保证建(构)筑物安全和正常使用。其预应力混凝土管桩的质量和安全性直接决定着建设项目的安全和使用。

关键词：预应力 PHC桩 施工技术

中图分类号：TU74文献标识码： A

前言：

由于预应力混凝土管桩良好的受力承载性能，较低的经济成本，工期短，施工速度快以及可满足不同桩长等优点，最近这些年在国内外岩土工程中得到了非常快的推广，因此管桩行业也得到了前所未有的发展。现代的国内外预应力混凝土管桩的一般生产工艺大多采用先张法预应力张拉、再离心成型、以及蒸汽养护高压蒸养等等，使管桩的桩身强度等级达到C80以上，大大提高了桩身的承载力和耐久性，这样高强的的预应力管桩具有很好的抗裂性能和很高的抗剪及抗弯性能，同时也能保证管桩在运输过程中保持桩身整体的完好。预应力混凝土管桩由于具有良好的受力性能，因此它一般常被应用于粉土、砂土以及一些承载力较低的软土地区，解决了软土地区工程建设的极大难题。

一、预应力混凝土管桩发展历程

在国外管桩应用比较早，早在1915年就开始对预应力混凝土管桩进行研究，澳大利亚的W. R. Hume通过离心混凝土制造了环形管桩，后来这项技术于1925年传到日本，到1962年日本就开始开发先张法预应力离心混凝土管桩。从现代工程实际来看也证明了日本是当今在预应力混凝土管桩研究，设计及施工等技术最先进的国家。由于预应力混凝土管桩的众多优点，在上个世纪90年代，它不仅在日本产量急剧上升，在俄罗斯、意大利、美国、法国、英国等国家都得到了极大的推广。目前预应力混凝土管桩无论在设计上还是施工上都有一套完整的方法体系，它不仅只有传统的实心桩和空心桩，现在不断地研制出新的产品。

我国最早开始生产离心混凝土管桩是在1944年，到了60年代国家铁道部也曾在桥梁施工中少量使用此桩。到了上世纪90年代，也开始逐步生产后张法预应力混凝土管桩，这一阶段对管桩的型号，生产线以及连接形式都做了很大的改进，同时也自主研发了PHC管桩及PTC管桩生产线。此时我国的预应力管桩在沿海城市得到了极大的发展，应用比较广泛，生产厂家从以前的10多家变成后来的几百家，目前中国是国际上应用预应力混凝土管桩最多的国家，总桩长将近3亿多米，极大地带动了基础工程的向前发展，给祖国现代化建设做出了重大贡献。

二、 PHC桩特点

1、单桩承载力高，设计范围广。在同一建筑物基础中，可使用不同直径的管桩，容易解决布桩问题，可充分发挥每根桩的承载能力。单桩可接成任意长度，不受施工机械能力和施工条件局限。

2、成桩质量可靠，沉桩后桩长和桩身质量可用直接手段进行监测。

3、桩身耐锤击和抗裂性好，穿透力强。采用C80混凝土，强度高;钢筋采用预应力螺旋筋，抗裂性好，因此成桩质量可靠，不易损坏，实际施工中，仅极少桩破裂，补救措施也方便快捷。

4、造价低廉。其单位承载力价格仅为钢桩的1/3一2/3，节省钢材。

5、质量稳定可靠。由于采用工厂预制的生产方式，能利用先进的工艺和设备，质量容易控制，产品质量容易保证，且成桩质最监测方便。

6、施工速度快，工期短。PHC桩在工厂商品化生产，能按施工要求及时供桩，施工前期准备时间短，一般能缩短工期一~二个月。

三、静载和动测试验

预应力混凝土管桩的质量验液压法压桩同锤击法沉桩，平衡装置进行桩的静载试验，检验与试验桩的质量检利用静力压桩机作反力可省去设置锚桩和反力梁等。为了保证工程的质量，必须分阶段进行单桩承载力的静载和动测试验。

1、静载试验法 管桩的静载试验要模拟实际荷载情况，通过静力加压，得出3根试桩荷载一沉降关系曲线(qs曲线)近似试桩的入土深度，表明均进入持层。荷载分级加载，3根试桩最终累计沉降量根据上述系列关系曲线，综合评定确定其容许承载力，它已较好地反映单桩的实际承载力，满足设计要求。

2、动测试验法动测试验法，又称动力无损检测法，是检测桩基承载力及桩身质量的一项新技术。高应变动力测试法，也是作为静载试验的补充。采用pda打桩仪桩基测试，是利用重锤锤击桩头使桩头产生一个永久性位移而得出桩的极限承载力和桩身结构完整资料。

四、锤击入桩的施工方法

1、施工前的各项准备工作

选择桩锤时，必须充分考虑桩的形状、尺寸、重量、入土长度、结构形式以及土质、气象等条件，并掌握各种锤的特性。桩锤的夯击能量必须克服桩的贯入阻力，包括克服桩尖阻力、桩侧摩阻力和桩的回弹产生的能量损失等。

桩架的设置、安装和准备工作对打桩效率有很大影响。桩架宜选用D-3085型履带行走式桩架，其最大特点是移动灵活，使用方便，运行机构为履带，对路而要求比较低。

根据打桩施工区域内的地质情况和基础几何形状，要合理选择打桩顺序，对周围建筑物采取预防措施。根据桩基施工图进行桩位测设。管桩一般需设计两个支点，其吊点需符合位置要求。管桩堆存需要使用软垫(木垫)。管桩起吊运输中应免受振动、冲撞。管桩从制造成型到打桩施工的间隔时间宜尽量长些，混凝土强度应达到设计强度等级标准值以上，故要求现场要堆存一定量的桩，按“先进场桩先打”的原则，满足管桩的强度要求。

2、打桩阶段技术措施

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。

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，以免管桩受弯受剪。打桩较难下沉时，要检查落锤有无倾斜偏心，特别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。

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而1一1. 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4一6点加以固定，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，焊条符合规范及设计要求，保证焊接质量。

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。

3 、PHC管桩与基础底板连接技术

为有效防止基础上浮并保证基础和桩基的整体协同工作，在筏板基础钢筋绑扎前，采用了如此的作法，从而保证了管桩与基础的连接。土方开挖至设计标高露出管桩后，清理管桩孔内的垃圾及污物，用木夹板作底模，用铁丝悬吊于孔内，钢筋按要求绑扎，用不低于C40的混凝土灌筑，混凝土中微掺UEA膨胀剂(掺量10%)。待基础底板钢筋绑扎时，管桩锚筋与基础底板钢筋要焊牢，基础底板钢筋与管桩桩头也要焊牢。

4、管桩的设计及施工中应注意的事项

管桩造价较高，桩基础设计时须根据上部荷载、工程地质条件等综合考虑，多方案比较后方可采用。同一工程中桩的规格、型号不应太多，以免造成施工困难，特别是注意避免造成施工错误。综合考虑地质情况和桩身强度，确定单桩承载力。管桩为开口桩，根据现场压桩观察分析，在入土过程中，会较快地在桩尖处形成一土楔，使其入土时的挤土情况与闭口桩无异，故在确定单桩承载力时将开口桩按闭口桩考虑。

结语：

综上，高强混凝上预应力管桩具有质量可靠、单桩竖向承载力等优点，在工程应用中PHC桩表现出单桩承载力高、质量稳定可靠、施工速度快、综合效益好等特点。

参考文献：

[1]张忠苗，刘俊伟等.加强型预应力混凝土管桩抗弯剪性能试验研究，浙江大学学报.2011, 6

[2]蔡敏.预应力管桩设计与施工的几个问题，商品储运与养护2008, 5