PCC 桩施工技术初探

师胜杰

（中铁六局集团有限公司海外工程分公司， 北京 100070）

现浇混凝土薄壁管桩（PCC 桩）是吸收了预应力混凝土管桩、振动沉管桩和振动沉模薄壁混凝土防渗墙等技术优点，采用专用施工机械先将内外双层套管形成的空心圆柱腔体，在活瓣桩靴的保护下沉入地基。达到设计深度后在腔内灌砼，振动拔管。桩芯土体与外部土体之间形成PCC 桩。桩与桩间土组合形成复合地基，承担荷载。

1 PCC 桩基施工原理及适用范围

1.1 PCC 桩基成桩机理

PCC 桩基施工技术是根据振动沉模排土、现场灌注混凝土而形成的管桩，主要是依靠打桩机沉腔上部锤头的振动力将环形腔体在活瓣桩靴的保护下打入要求的设计深度，在腔体内浇筑混凝土后振动拔管，桩芯土体与外部土体之间形成PCC桩。

1.2 PCC 桩技术优点与适用范围

（1）技术优点。①施工适用性强：PCC 桩属于刚性桩，桩身强度较高，可达到C20～C25，桩径可达到1.5m，并采用边振动、边加压的沉管方式，处理深度可＞25m。②施工质量易控制。PCC 桩施工工艺简单、过程清晰、可操作性强，混凝土现场质量易控制，便于质量的监督管理。③桩基检测便捷。PCC 桩采用小应变或人工开挖进行检测，检测费用低，一般仅占工程总造价的1～2%。检测周期短、检测范围广。④加固效果显著。PCC 桩采用半排土、半挤土的振动沉管方式，大大提高路基承载力。若桩端至持力层，承载力是粉喷桩的10 倍，且系群桩基础，沉降量小。

（2）适用范围。PCC 桩基适用于处理黏性土、粉土、淤泥质土、松散或稍密砂土及素填土等地基，适用于各种结构物的大面积地基处理。适用范围较广。

2 施工工艺质量控制要点

2.1 PCC 桩机械性能与构造

（1）施工机具的主要技术性能要求：沉桩深度达到25m 以上；桩径为1000～1500mm；管桩壁厚100～150mm；混凝土可多次加料；提升力至少达到30t，压桩力加上高频振动荷载达到100t。

（2）PCC 桩机构造。打桩机械基本组成包括以下几部分：①底盘(含卷扬机等)；②龙门支架；③振动头；④钢质内外套管空腔结构；⑤活瓣桩靴结构：⑥成模造浆器；⑦混凝土分流器。

2.2 施工质量控制要点

（1）施工准备阶段质量控制。做好清表场地平整等工作。

（2）桩机就位及测量控制。按设计坐标对桩位进行放样，桩位允许偏差控制在±200mm 以内。保证桩机活动时无倾斜、地基无沉降。

2.3 混凝土灌注质量控制

（1）混凝土材料控制。混凝土原材料使用要满足国家现行规范的规定，骨料粒径≤25mm，以防止灌浆时堵管。此外，一般采用泵送混凝土，坍落度宜控制在16～20cm。混凝土到场后要进行坍落度试验，检测合格后方可用于施工。

（2）混凝土灌筑过程控制。振动沉管到设计深度时检查套管腔内是否有积水，确认无水后立即进行混凝土浇筑，尽量减少等待时间。灌筑混凝土过程中为确保桩身混凝土质量，要求浇筑高度高出设计桩头标高50cm 作为桩头，混凝土浇注过程要连续，并保证混凝土充盈系数≥1.1。

2.4 振动拔管成桩质量控制

（1）为了保证桩顶和桩身混凝土强度，在软弱土层内的拔管速度宜为0.6～0.8 m/min，在松散或稍密砂土层内宜为1.0～1.2m/min，在软硬交替处应降低拔管速度，速度宜≤1.0m/min，并停拔留振10s。

（2）管腔内灌满混凝土后，应先振动10s 再开始拔管，边振边拔，每拔1m停拔并振动5～10s，如此反复直至沉管全部拔出。

（3）在拔管过程中根据土层的实际情况二次添加混凝土，以满足桩顶混凝土标高要求。

（4）距离桩顶5.0m 时宜一次性成桩。

2.5 桩头及桩帽施工质量控制

（1）沉管拔出后清洁并处理桩头，保证设计尺寸和厚度。

（2）待桩身定型后（一般施工后24h 时），根据设计桩帽的尺寸清理桩头部分的土芯，支立模板并浇筑桩帽。

2.6 桩头褥垫层施工控制

桩帽混凝土达到强度要求后，进行褥垫层施工。以越南河内城市轻轨项目为例，设计垫层厚度50cm，各层厚度允许误差±20mm，按以下步骤施工：

（1）铺设第一层碎石，厚度20cm，采用小型推土机或挖掘机进行。采用压路机按照设计要求碾压，局部转角人工夯实。

（3）铺设第一层土工格栅。检查土工格栅的质量，满足设计要求，格栅之间的搭接位置至少要重叠2～3 网格。

（4）铺设第二层碎石，厚度20cm，按设计要求碾压。

（5）铺第二层土工格栅。

（6）铺设最后一层碎石，厚度10cm，按设计要求碾压。

施工完毕后，再复核平面和高程。

3 常见问题及应对措施

PCC 桩在施工过程中可能会存在桩尖达不到设计标高、埋管、断桩、缩颈、桩顶平面位置偏差大、成桩标高偏低、砼用量偏大、冒浆等问题，具体原因分析及应对措施如下：

3.1 桩尖达不到设计标高

原因分析：①局部地质复杂，遇有各类地下障碍物；②施工机械能力不足；③沉管偏斜；④群桩施工影响。

拟采取措施：①选择符合要求的施工机械；②沟通设计员研究修改方案；③及时发现沉管偏斜，校正桩架垂直度；④群桩施工，安排合理施工顺序。

3.2 埋管

原因分析：①起重能力不够；②沉管到位以后耽误时间过长；③地下水位偏高。

采取措施：①选择具有足够起重能力的机械，配置千斤顶等设备辅助；②控制沉管最终贯入度；③在黏土层较厚或者地下水偏低的地段施工时，可在桩管底加焊一道Ф14mm 的钢筋圆箍。

3.3 成桩标高偏低

原因分析：①砼投料不足；②桩位地层属流态淤泥等软弱地层。

拟采取措施：①设法在管内增加投料；②成桩后立即开挖立模，用现场同标号砼接桩。

选择2017年1月—2018年5月我院行全麻气管插管麻醉的肝癌手术患者96例，按照随机数字表法将患者分成两组，每组48例。对照组男26例，女22例；平均年龄（65.2±8.3）岁；平均体质量指数（21.6±2.2）kg/m2。观察组男25例，女23例；平均年龄（65.4±8.5）岁；平均体质量指数（21.5±2.1）kg/m2。经分析，两组患者性别、年龄、体质量等基础资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。本研究已获医院伦理委员会审查批准，患者及其家属自愿签署知情同意书。

3.4 砼用量偏大

原因分析：①遇有地下枯井、坟坑、下水道、防空洞等洞穴，使砼灌注时流失；②在饱和淤泥或淤泥质软土中施工，混凝土灌注时扩散，桩身扩大。

拟采取措施：①先打试桩，分析砼耗用量，在腔管上适当部位设置补料窗口；②了解施工现场情况，存在洞穴预先挖开清理，用素土填埋并夯填。

3.5 冒浆

原因分析：提升速度慢，注浆量大。

拟采取措施：通过适当加快提升速度、减少注浆量进行控制，使孔口微微翻浆即可。

4 检验、试验

4.1 成桩过程质量检查

（1）PCC 桩成桩质量检查应包括成孔、混凝土拌制及灌注等过程的检查：

①对用于拌制混凝土的原材料质量和计量、混凝土配合比、坍落度、混凝土强度等级进行检查。

②桩位的放样偏差检查。

③沉管前检查腔体的垂直度，终孔检查最后30s 的电流、电压值。

④混凝土灌注前对成孔垂直度、孔深、孔底是否有水和泥浆情况进行检查。

⑤对PCC 桩顶标高、桩长、桩位、垂直度偏差、混凝土充盈系数、混凝土强度、拔管速度等应按规定进行检查，并做好记录。

⑥每个台班应留置不少于3 组混凝土试块，现场同条件养护，用来检测桩身混凝土实际强度。

（2）检查项目及相关要求。具体各检查项目及标准要求见表1。

表1 PCC 桩成桩过程检查项目、标准及检查方法

4.2 桩身质量检测要求

成桩14d 后开挖桩芯土，检查桩体成型质量和量测壁厚，开挖深度宜≥3m。检查数量应为总桩数的0.～0.5%，每个单项工程不少于3 根。PCC 桩质量检验标准应符合表2 的规定，并做好记录。

表2 PCC 桩检测项目、标准及检查方法

4.3 桩基检测试验

依据《现浇混凝土大直径管桩复合地基技术规程》（JGJ/T 213-2010）[2]的要求，对采用PCC 桩处理的软基区域，需要按照比例进行静载试验和小应变试验以及单桩复合地基承载力实验。PCC 桩完成混凝土浇筑7d 后可进行小应变试验以检测桩身的完整性，28d 后可以进行单桩静载试验以确定单桩的承载力。在施工难度复杂或者有特殊要求的区域，还要进行单桩复合地基承载力试验，以确定桩和桩周土共同作用下的承载力。

各种试验项目的数量要求分别为：小应变检测数量≥总桩数的10%，对设计等级为甲级或者地质条件复杂，试验数量应不少于总桩数的20%。

对于单桩静载试验和单桩复合地基承载力试验桩，宜为总桩数的0.2～0.5%，每单项工程不少于3 根。

5 结束语

PCC 桩是建筑施工领域新兴的一种软基处理方式，该方法具有承载力高、无泥浆污染、工程造价低、节省混凝土、施工速度快、加固深度大、工后沉降小等优点，近几年在我国推广应用较多，有显著的经济效益和社会效益。随着国家“一带一路”倡议的推动，该技术也冲出了国门，被引进到世界其他国别进行推广应用。