工程地质勘查0801毕业论文
湖北国土资源职业学院
专科毕业设计（论文）
题目：管桩加固湿陷性黄土地基施工设计
学生姓名：付胜班级：工勘0801
系部：资源勘查系专业：工程地质勘查
指导老师：刘永祥职称：12
评阅老师： 12 职称：12 2011 年 5 月 25 日
摘要
本篇论文主要分析了湿陷性黄土的基本机理和地基处理方法。湿陷性黄土泛指饱和的结构不稳定的黄色土，在自重压力或自重压力与附加压力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著下沉的现象。它的这种特性，会对结构物带来不同程度的危害，使路基及结构物大幅度沉降、折裂、倾斜，严重影响其安全和使用。因此对于湿陷性黄土地基要进行有效地加固处理。通过分析这种特殊地基的基本特性，针对此种地基，采用管桩基础进行加固。从而引入了管桩施工的优点及缺陷以及施工工艺。管桩作为一种新桩型以其桩身质量可靠、承载力高、施工速度快、现场整洁、较为经济等优点越来越得到广泛的应用。但由于管桩的应用时间不长，在研究和应用等方面都还存在着不少亟待解决的问题。简要分析了管桩的承载力以及影响承载力的因素。最后通过一个实例说明了管桩施工的要点和一般步骤，了解到在实际施工过程中施工进度和成本意识的重要性！在这次设计中运用在大学期间所学理论知识对设计进行了整体把握。加深了对理论知识的理解。文中如有不当之处，望指正！
关键字：湿陷性黄土、管桩、预应力管桩
Abstract
This paper analyzes the collapsible loess foundation of the basic mechanism and treatment. Collapsible loess saturation refers to the yellow unstable soil, the pressure in the self-respect or self-pressure and under additional pressure, soaked by water, the soil structure of the rapid destruction of a significant phenomenon of the sinking. It's these characteristics, the structure will bring about varying degrees of hazards, roadbed and structures so that a substantial settlement, fracture, tilt, have seriously affected their safety and use. Therefore, in collapsible loess foundation reinforcement to effectively deal with. By analyzing this the basic characteristics of a special foundation for such a foundation, based on the use of reinforced pipe. Construction of the pipe so as to bring the strengths and shortcomings, and construction technology. pile as a new type of pile for its reliable quality, high capacity, speed of construction, site clean, more economic and other advantages of the application of more and more widely. However, due to the application of pipe is not long, in research and applications are still many problems calling for urgent solutions. A brief analysis of the bearing capacity of the pipe, as well as the factors that influence bearing capacity. Finally, through an example of the main points of the pipe construction and general steps to understand the construction process in the actual construction progress and the importance of cost-conscious! In this design at the university during the application of the theory of knowledge to grasp the overall design. Deepened the understanding of theoretical knowledge. If the text is anything wrong with the hope that correction!
Keywords: loess collapsible; Pipe; Prestressed Pile
目录
第一章绪论 (6)
一、管桩的优点与现状 (6)
二、湿陷性黄土基本机理及地基处理 (7)
1、黄土的湿陷机理 (8)
2、湿陷性黄土地基的处理方法 (9)
3、结语 (11)
第二章：管桩承载力分析 (12)
1、管桩的承载特性 (12)
2、管桩的受力分析 (13)
3、管桩设计施工中的问题及质量控制 (14)
第三章：预应力管桩施工方案 (16)
1 、施工流程 (16)
2 、操作工艺 (16)
3 、施工质量标准 (20)
4、常见问题及处理法 (22)
第四章：管桩施工组织设计实例 (26)
1、工程概况 (26)
2、工期及施工目标 (27)
3、施工准备情况 (27)
4、施工总体布署 (28)
5、施工组织机构及管理网络 (29)
6、主要施工工艺及方法 (29)
7、针对本工程特点采取的特殊................................. .32
8、季节性施工措施 (32)
9、实现质量目标的措施 (33)
10、工期保证措施 (37)
11、安全生产和文明施工措施 (38)
12、降低成本，提高经济效益措施 (40)
13、计划投入的主要施工机械设备及材料进场计划表 (40)
14、施工进度计划及劳动力安排一览表 (41)
第五章：结语 (43)
参考文献 (44)
致谢 (45)
第一章绪论
一、管桩的优点与现状
管桩作为一种地基处理及桩基础形式从上个世纪初产生到现在已经得到了很大的发展，在各种建筑基础中得到广泛地应用，并发挥着巨大的作用。从国外管桩的发展来看，从1920年澳大利亚发明了离心法制作混凝土制品、1925年日本引进这种技术用于钢筋混凝土管桩，在1962年开发预应力混凝土管桩(PC管桩)，到现在已有八九十年的历史，目前管桩已朝着全面取代传统实心桩方向发展。我国是1944年开始生产混凝土离心(RC)管桩，到50年代末期研究成功预应力抽筋管桩，即采用后张法对桩身混凝土施加预应力。近15年，我国生产的预应力混凝土管桩无论从产品性能和产量上都达到了世界前列，呈现出布局面广，产品品种、规格齐全，生产技术成熟，配套应用技术日趋完善等特点。据资料反映，2004年福建省实际利用预制高强混凝土管桩就达2500万米。为了更合理利用管桩这一技术、有效地推广使用管桩，对管桩进行研究是极为必要的。
管桩的种类分为：钢管桩、预制混凝土管桩及钢管混凝土管桩。钢管桩及钢管混凝土管桩具有高强度、抗冲击疲劳性能好、贯入能力强、便于割接、质量可靠、运输方便、沉桩速度快及挤土影响小等优点，但造价高，约为预应力混凝土管桩的3－10倍。因此，一般只在必须穿越砂层或其它桩型无法施工和质量难以保证、或工期紧迫等情况下使用，或者是一些重要的特种工程的基础上，如海上钻井平台，港口平台等工程中使用。预制混凝土管桩之所以得到迅速发展和广泛的应用，主要是由于具有以下优点：(a)施工工期短，施工方便、不受季节限制，工业化生产：(b)对施工场地无污染，若采用静压式施工更无噪音，符合绿色环保施工要求；(c)经济效益可观，同样的地基处理效果(竖向承载力及水平承载力)所使用的混凝土比实心桩节省30％－60％且抗腐蚀能力强，工作性能同钢管桩基本相似。(d)对持力层起伏变化较大的地质条件适应性强，一般情况下，软土、粘性土、粉土、砂土及全风化岩体等地层条件均可采用。因此像高层建筑、码头工程、桥梁工程、高速公路、铁道工程等除必须采用钢管桩的特殊基础外，在工程中钢管桩已大部分被预制混凝土管桩所代替。现在我国预制混凝土管桩使用量已经相当可观。
管桩作为一种新桩型以其桩身质量可靠、承载力高、施工速度快、现场整洁、较为经济等优点越来越得到广泛的应用。但由于管桩的应用时间不长，在研究和应用等方面都还存在着不少亟待解决的问题。而工程实践的发展已远远超过理论研究水平，使得管桩的应用受到严重制约。本文总结了管桩的承载力特性和受力分析、影响管桩承载力的因素以及提高管桩承载力的方法、施工中常见问题以及防治措施。但文中所涉及到的诸多问题目前都还没有得到圆满的解决，因此还需要通过大量的科学研究和工程实践来做进一步探讨，本篇论文将着重讨论预应力混凝土管桩的施工技术。
1.1管桩加固湿陷性黄土地基的优点
管桩复合地基加固湿陷性黄土地基有较好的加固效果,具体表现为:
(1) 桩顶托板中心的土压力是随加载及时间不断上升的过程;托板边缘受力状态复杂但总体表现出先上升后下降的过程;桩间土压力变化规律同托板边缘一致,但变化幅度小。
(2) 土工格栅的设置有助于桩土应力分担比的调节,有利于降低桩土沉降差。
(3) 管桩复合地基有利于减小总沉降量
二. 湿陷性黄土基本机理及地基处理
1.2中国湿陷性黄土的特征我国湿陷性黄土的分布
黄土在我国北部各省分布很广泛，也是地球上黄土分布最广的一个地区。作为黄土的一个类别的湿陷性黄土，在黄土区域里分布的也比较普遍。概括的说，我国黄土(包括黄土状岩石)面积为六十四万平方公里。如果将分布在地表上层部位的晚更新世和全新世堆积的黄土划为湿陷性黄土的话，估计它的面积可达三十八万平方公里左右，占我国黄土地区总面积的百分之六十以上(一)我国湿陷性黄土的区域分布
1)东北区：湿陷性黄土主要分布在松辽平原的西南部。本区中部、北部和南部各地均有黄土状岩石分布，这里的黄土状岩石据有关资料，很少见有湿陷性，或者湿陷性不强烈。
2)华北区：湿陷性黄土主要分布在燕山甫麓，太行山东麓，泰山与鲁山北部山麓。这一区域里，湿陷性黄土多在河谷之中或者山前、山间的低缓丘陵之上。例如北京西山斋堂的马兰期黄土就是在永定河支流清水河河谷阶地上。再如山东鲁中低山丘陵上的淄博地区某工程，不久以前发生了建筑物地基湿陷事故。本区湿陷性黄土分布不算广泛。
3)黄河中游地区(即三门峡——龙羊峡之间黄河及其支流)
1.3湿陷性黄土基本性质
湿陷性黄土泛指饱和的结构不稳定的黄色土，在自重压力或自重压力与附加压力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著下沉的现象。它的这种特性，会对结构物带来不同程度的危害，使路基及结构物大幅度沉降、折裂、倾斜，严重影响其安全和使用。
湿陷性黄土物理性质随深度增加而变化的特点,一般情况下具有以下特点：
(1)容重随深度增加而变大；
(2)比重与深度变化关系不大；．
(3)含水量与地下水埋藏、地表水和大气降水渗入等的影响有密切的关系，但通常也有随深度增加而变大的趋势；
(4)孔隙比随深度增加而变小；
(5)塑性状态指标与深度变化的关系不明显
1.4黄土的湿陷机理
湿陷性黄土按其湿陷机理可分为高可溶盐的湿陷性黄土和高空隙率的湿陷性黄土，由于这两类湿陷性黄土的湿陷性机理不同，因此应对湿陷性黄土地基有可靠的鉴定和正确的认识，并采取必要的工程措施防止或消除它的湿陷性。
湿陷性黄土除了具备黄土的一般特征外，粒度成份以粉土颗粒为主，约占50%以上，具有肉眼可见的孔隙，它呈松散、多孔结构状态，孔隙比很大，天然剖面上具有垂直节理，含可溶盐(碳酸盐、硫酸盐类等)较多。垂直大孔性、松散多孔结构和遇水即降低或消失的土颗粒间的加固凝聚力是它发生湿陷的内部因素，而压力及水是外部条件。关于黄土湿陷性的鉴别，地基湿陷程度的判别，可以室内压缩实验为主，并以此提出工程上评价湿陷性的定量指标【5】。
为了正确反映湿陷性黄土地层的湿陷程度，并联系结构物和地基实际，合理地采用有效的防护措施，可用地基内各土层的湿陷系数，求得地基的计算湿陷量△s。
△s＝∑δs i2h i
式中：δs i—地基内第I层湿陷性黄土的湿陷系数；
h i—第I层湿陷性黄土的厚度(m)。
湿陷性黄土地基的湿陷等级如表1。
表1湿陷性黄土地基的湿陷等
级地基的计算湿陷量(m) 湿陷等级
0.05＜△s≤0.15 Ⅰ
0.15＜△s≤0.35 Ⅱ
△s＞0.35 Ⅲ
△s只是湿陷性黄土地基的定性指标，它并不代表地基的真实湿陷量。由于我国黄土上部土层的湿陷性比下部土层大，而地基上部土层受水浸湿的可能性又较大，因此在上式中地基的计算湿陷土层厚度一般定为从基底算起至其下5m为止。由于被地下水浸泡的那部分黄土层一般不具有湿陷性，当5m内已见地下水，则算至平均年地下水位为至。在5m深度内如有非湿陷性黄土层，则不将此层土的湿陷量累计在内。湿陷性黄土地基的湿陷等级越高浸水后可能产生的湿陷量就越大，对结构物的危害也越大，因此TRANBBS设计措施要求也越高。
另外，我国建筑规范还规定当基底下面土层包含有自重湿陷性黄土，可按下式判别是否属自重湿陷性地基。
△z s＝∑δ2s i2h i
式中：△z s—地基的计算自重湿陷量(m)；
﹝s i—第I层土在上覆土的饱和自重压力下，测得自重湿陷系数；
h i—第I层土的厚度(m)。
上式计算深度可自基础底面算至基下10m为止。但其中△z s﹝s＜0.015的土层不累计。
根据大量的室内外试验对比确定，当△z s≤0.07m时可定为非自重湿陷性黄土地基；△z s＞0.11m时为自重湿陷性黄土地基；△z s为0.07—0.11m时，可结合当地实践经验确定。
在黄土地区修建结构物，应首先考虑选用非湿陷性黄土地基，它较经济可靠，如确定基础位于湿陷性黄土上，则应尽量利用非自重湿陷性黄土地基，因为这种地基的处理与自重湿陷性黄土地基相比，要求较低。
1.5地基处理原则【19】
1)强度要求：满足地基土在上部结构的自重及外荷载作用下不致产生局部或整体剪切破坏
2)变形要求：满足地基土在上部结构的自重及外荷载的作用下不致产生过大的沉
降，特别是超过建筑物所能容许的不均匀的沉降。
3)动力稳定性要求：满足地基土在动力荷载（如地震荷载）作用下不致发生液化、失
稳和震陷等灾害。
4)透水性要求：满足地基土的地下水不会由于施工而造成渗漏量或动水压力超过容
许值，发生涌土、流砂、边坡滑边等事故。
5)特殊土地基安定性要求：满足湿陷性黄土等特殊土上的建筑物不会由于不良土性
而发生损坏。
1.6湿陷性黄土地基的处理方法【5】
湿陷性黄土地基处理的方法很多，在不同的地区，根据不同的地基土质和不同的结构物，地基处理应选用不同的处理方法。在勘察阶段，经过现场取样，以试验数据进行分析，判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土，以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别后，通过经济分析比较，综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素。最后选择一个最合适的地基处理方法，经过优化设计后，确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。所采用的有垫层法、强夯法、灰土桩挤密法、深层搅拌桩法、振冲碎石桩法等。本文根据近几年在公路建设中所见所闻，浅述一些自己的看法和建议与同行共同讨论。
1.6.1灰土和素土垫层法
1.6.1.1将基底以下湿陷性土层全部挖除或挖至预计的深度，然后以灰土或素土分层回填夯实。垫层厚度一般为1.0～3.0m。它消除了垫层范围内的湿陷性，减轻或避免了地基因附加压力产生的湿陷，可以使地基的自重湿陷表现不出来。这种方法施工简易，效果显著，是一种常用的地基浅层处理或部分湿陷性处理方法，经这种方法处理的灰土垫层的地基承载力可达到300KPa(素土垫层可达200KPa)且有良好的均匀性。
1.6.1.2施工中应注意的问题：(1)地基土的含水量，对于含水量较大，或曾局部基坑进水者，要采取相应的措施(如凉晒等)，严格控制灰土(或素土)的最佳含水量，对接近
最佳含水量时，宁小勿大，偏大时土体强度则显著下降，变形明显增大。(2)垫层处理的宽度要达到规范要求，使碾压设备能充分碾压到位，还使形成的垫层压实度产生差异。
(3)严把质量关，施工中碾压分层的厚度不宜大于30cm，并逐层检测压实度，达到设计规范要求。
1.6.2强夯法
1.6.
2.1强夯法亦称动力固结法，通过重锤的自由落下，对土体进行强力夯实，以提高其强度，降低其压缩性，该法设备简单，原理直观，适用广泛，特别是对非饱和土加固效果显著。这种方法加固地基速度快，效果好，投资省，是当前最经济简便的地基加固方法之一。
1.6.
2.2施工中注意的问题
(1)首先在设计阶段，应考虑湿陷性黄土处于哪一种类别、等级，以及场地等因素，因为强夯的夯击能量，夯点布置，夯击深度，夯击次数和遍数等因场地而异，土的含水量、孔隙比及夯击的单位面积夯击能对湿陷性黄土的强夯有效加固深度起着重要的作用。在经过试夯后确定出设计参数，确定施工设计方案，因此不经试夯确定施工参数往往会给工程造成后患。
(2)由于强夯影响深度内土的含水量差异，会导致局部处理效果不佳，对于此种情况必须采取土的增湿或减湿措施，以免出现橡皮土情况。如有此种情况，应立即停止夯击，当凉晒一定时间后，在夯击坑内加入碎石类的粗骨料，继续夯击。
(3)施工中在控制关键工序上严把质量关，因为一份设计提供后，锤重、落距、夯点布置等是没有随意性的，而唯一可能被人为改变的是夯击次数，因在试夯时根据最后夯击的沉降量来确定夯击次数的，当别的参数已确定后，它就成为影响处理的唯一因素，所以施工中应以它为质量控制的关键工序管理点。
(4)强夯结束后，检测的重点是判定它的有效加固深度是否达到设计要求，因为有效加固深度的第一标准应是消除湿陷性，也就是以δs＜0.015作为判别指标。所以检验手段应采用探井取不扰动土试样进行检测。当这一指标达到要求后，一般情况下对承载力的要求等也均可满足。
1.6.3深层搅拌桩法
1.6.3.1探层搅拌桩是复合地基的一种，近几年在黄土地区应用比较广泛，可用于处理含水量较高的湿陷性弱的黄土。它具有施工简便等优点。深层搅拌桩的固化材料有石灰、水泥等，一般都采用后者作固化材料。其加固机理是将水泥掺入粘土后，与粘土中的水分发生水解和水化反应，进而与具有一定活性的粘土颗粒反应生成不溶于水的稳定的结晶化合物，这些新生成的化合物在水中或空气中发生凝硬反应，使水泥有一定的强度，从而使地基土达到承载的要求。
深层搅拌桩的施工方法有干法施工和湿法施工两种，干法施工就是“粉喷桩”，其工艺是用压缩空气将固化材料通过深层搅拌机械喷入土中并搅拌而成。因为输入的是水
泥干粉，因此必然对土的天然含水量有一定的要求，如果土的含水量较低时，很容易出现桩体中心固化不充分、强度低的现象，严重的甚至根本没有强度。在某些含水量较高的土层中也会出现类似的情况。因此，应用粉喷桩的土层中含水量应超过30%，在饱和土层或地下水位以下的土层中应用更好。
湿法施工是将水泥搅拌成浆后注入土中的方法。水泥浆通过柱塞式泥浆泵强制注入，除非特殊情况很少断浆，施工中一般采用预搅下沉时就喷浆的工艺，因此桩体的均匀性比干法施工好。但喷浆增加了水泥土的含水量，强度会受到一定影响，实际应用时需根据土的工程性质，尤其是含水量情况作出适当的选择。
1.6.3.2施工中应注意的问题
(1)必须在设计或施工中采取有效措施来保证搅拌桩复合地基各参数能达到各自的设计值，否则设计的可靠度会降低，如桩端为硬土，或桩长超过临界桩长时， (桩间土承载力拆减系数)取值高于规定，就必须采取设置褥垫层或其他方法使桩间土发挥较高的强度，选用较高的桩体强度时，就必须采取增加水泥用量、掺加外加剂、复搅等措施，才能保证设计与预期的实际结果比较一致。
(2)施工中为达到强度要求，有必要进行复搅。复搅是在桩的一部分或桩的全长重复搅拌一次，其作用是：①改善桩体的均匀性，如第一次注浆不均匀时，可通过复搅调节，提高桩长方向上的均匀程度，同时，也使桩截面内的均匀性得到改善。②现场不同桩段有不同的水泥掺入比，使不同桩段有不同的桩身强度。 (3)加强施工管理，因为桩体的固化材料需由压缩空气作载体，而气体流速、流量受土层情况的影响，人工难以调节，所以施工机械应采用带有自动控制喷浆、喷粉的装置，以消除施工中一些人为因素，便于监督检查，避免由于喷浆和喷粉不均匀或者喷浆量、喷粉量未达到设计要求而发生断桩问题。
(4)现场施工中应勤于检查，严格监督。深层搅拌桩属于一种柔性桩，桩身检测较困难，施工时质量有疏忽，就可能发生断桩现象。目前用低应变动测法检测搅拌桩的质量得到了肯定，可用此法或结合抽芯取样检测法控制质量。
1.7结语
上述几种湿陷性黄土地基的处理方法，近年来在公路建设中被广泛使用，都取得了良好的效果。随着科学TRANBBS技术的迅速发展，对新型材料的研究使用，对湿陷性黄土地基的处理方法越来越多，也有了一定的施工经验。在近十几年开始采用的有孔内深层强夯法CFG(水泥粉煤灰碎石桩)法、夯坑置换法、压力灌浆法等，都不失为好方法。但不管是采用那种方法，只要有严密的质量控制手段，都可能经济而有效地获得期望的效果。我在本文中的一些看法是基于公路建设书本中的见闻积累，文中有不妥之处，望指正。
第二章管桩承载力分析
1 管桩的承载特性
管桩的底桩端部的桩尖(靴)形式主要有十字型、圆锥型和开口型。前两种属于封口型。采用封口型桩尖的管桩其承载力主要由桩周的侧摩阻力及桩端的端阻力组成；采用开口型桩靴的管桩则在沉桩过程中桩身下部1/3－1/2桩长的内腔被土体充塞，挤土效应较弱(与沉管桩、静压实心混凝土桩比)，对周围建筑物及环境影响小，具有较高的环保性能。但是内腔土塞却为管桩提供了内侧摩阻力，使得管桩的承载力的组成变得更为复杂。影响管桩承载特性的因素很多，比如桩侧土性、桩端土性、桩径、开口管桩的壁厚、人土深度、施工顺序等。预制混凝土管桩通常只具备开口桩的功效。
2 管桩的受力分析
2．1 管桩的竖向承载性状和单桩极限承载力确定管桩竖向承载力的方法很多，最可靠的方法是静力载荷试验法，目前比较常用的公式有两类：一是以土的物理力学指标和大量的试桩资料为依据，经统计分析建立桩侧和桩端阻力与土类指标之间的关系；另一类是以土的力学性能指标如土的标准贯入击数为依据，我国、欧洲及美国API－RP2A 的地基基础规范均采用第一类公式。其表达式为
Pu=U∑fili+RA【1】
式中：Pu——单桩轴向极限承载力
R ----桩尖土的极限端阻力强度
fi——第i层土的桩侧极限摩阻力强度
li——桩身穿过第i层土的长度
U ---桩身横截面周长
A ---桩端横截面面积
由于各地地质条件不同，地质结构比较复杂，桩的类型又多，沉桩工艺也多种多样，很难用单一形式的公式来反映工程实际。
从文献进行的破坏荷载试验得知，当桩顶竖向受压时，桩身上部首先产生垂直应力和弹性变形，并向桩身下部传递，自上而下逐步建立摩阻力，桩身处于弹性压缩阶段。当荷载较小时，变形量较小，桩基基本没有发生位移，桩端阻力为零。随荷载增加，当垂直应力传递到桩端时，桩端土逐步压缩，桩土相对变形加大，桩侧摩阻力进～步发挥。在加荷载最后阶段，随着桩端阻力的不断增加，桩顶部位侧阻力首先达到极限(摩阻力趋于定值)，并向下逐步扩大极限阻力的分布范围，在此过程中相对于荷载增量，作为抗力的摩阻力增量所占比例愈来愈小，而桩端阻力增量所占的比例则愈来愈大。最终导致桩端土出现塑性区并迅速扩展。桩因急剧下沉而失效，桩端土的刺入破坏先于桩身强度破坏。此时桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。
2．2 管桩的水平承载性状和单桩极限承载力【1】
随着我国工程技术的迅速发展，大陆架浅海石油的勘探和开发技术的进步以及陆上
高层建筑的发展，使得这些管桩不仅要承受巨大的竖向载荷，还要承受巨大的水平载荷。而桩在侧向载荷作用分析是工程中非常重要但却尚未圆满解决的问题。文献采用卧式千斤顶施加水平力试验来测定单桩水平载荷，施加的水平荷载分级一般取预估水平极限荷载的1/10－1/15，每级荷载施加－后，恒载4min测桩的水平位移值，然后卸载至零，停2min测出桩的残余水平位移值，至此完成一个加卸载循环，如此循环5次便完成一级荷载的试验观测。多级加荷后，出现下列情况之一时可停止试验：1)桩身折断；2)水平位移超过40mm或达到设计要求的水平位移允许值。当桩身应力达到极限强度时的桩顶水平力使桩顶水平位移超过20－30mm，或桩侧土体破坏的前一级水平荷载，即是单桩水平极限承载力标准值。
2．3 影响管桩承载力的因素
2．3．1 偏斜
偏斜桩是指随着桩周土的水平运动，桩与土之间产生的水平压力导致桩身产生水平挠曲和弯矩，致使桩偏斜的被动桩。预应力管桩偏斜后，其极限承载力要低于铅直桩的极限承载力。偏斜预应力管桩的承载力减少程度不仅与其偏斜的程度有关，且与其所处的土层性质、入土桩长、桩与承台布置等均有一定的关系。
当遇到超过偏斜限量值的桩时，无论其是否发生裂缝，均应进行纠偏扶正处理，将其倾斜度控制在允许的范围内。较浅的(一般2－3m)可以将桩倾斜反向土方挖除后扶正；较深的可以用钻孔取土、高压水冲取土等方式将桩倾斜反向一侧土取出后扶正。然后对纠偏扶正的桩进行检测，看其是否在纠偏施工中发生异常情况，如无异常可进行下步施工。
2．3．2 裂缝
浅部裂缝——一般裂缝位置多发生在深度4－6m，也有的在3m以内，出现这种情况多数是桩裂缝部位的下部有相对比较坚硬的土层。深部裂缝一裂缝位置发生在8－10m，出现此种情况多是地基土上部软土层较厚。裂缝的存在势必影响到桩基竖向永久性受荷特性，为确保桩基工程的安全使用，需对桩基进行加固处理。如接桩、补桩，一定情况下还需经计算确定。
2．3．3 偏心载
竖向荷载的偏心是预应力混凝土管桩产生弯曲荷载的重要原因，荷载的偏心也势必影响桩的竖向承载力。预应力混凝土管桩基础常采用柱下多桩承台，严格地讲，承台下大多数桩都处于偏心承载状态，对于偏心承载桩如何对桩的承载能力做出正确的评估，桩在正常使用极限状态下所能承受的偏心距临界值是多少，竖向荷载偏心距与桩的承载能力有何关系，这是预应力混凝土管桩基础设计要特别考虑的问题。
文献根据材料力学原理和现行钢筋混凝土结构设计规范的规定，提出预应力混凝土管桩在偏心荷载(或在桩顶水平位移)作用下内力与位移的计算方法，包括纯弯状态下桩身抗裂弯矩临界值；在轴心力和弯矩共同作用下桩身抗裂弯矩的极限值；桩顶允许承载
力与竖向力偏心距(或桩顶水平位移)之间的相互关系式等。
3 管桩设计施工中的问题及质量控制
3．1 挤土效应
在沉桩过程中，土体向四周排挤，使周围的土受到严重的扰动，主要表现为径向位移，桩尖和桩周一定范围内的土体受到不排水剪切以及很大的水平挤压，产生较大的剪切变形，形成具有很高孔隙水压力的扰动重塑区，降低了土的不排水抗剪强度，促使桩周邻近土体会因不排水剪切而破坏，由于群桩施工中的迭加作用，会使已打入桩和邻近管线产生较大侧向位移和上浮。桩群越密越大，土的位移也越大。
施工遇到挤土效应采取的防治措施是：①合理安排沉桩顺序、控制每日打桩的数量，减少孔隙水压力的迭加：②采用先开挖基坑后沉桩的施工工序，可减少地基浅层软土的侧向位移和隆起，有利于降低沉桩所引起的超静孔隙水压力，从而减少地基深层土体变位。③在场地设置袋装砂井或塑料排水板，创造排水条件以降低孔隙水压力。④预钻孔辅助沉桩。
3．2 浮桩
浮桩现象是静压管桩挤土效应的一种表现形式。该问题表现得很隐蔽，并且往往是等到压桩工程完工后做静载检测时才发现，而此时桩机可能已退场。此时再来处理就非常被动。比较好的处理措施是：提前选取有代表性的桩进行测量监控，在桩施工结束后应立即用水准仪测量记录其桩顶标高，并在整个施工过程中定期复测，通过比较来检查桩身是否有上浮现象。如果发现有上浮现象，则需采取前面提过的控制压桩速率、重新调整压桩路线或钻孔取土等措施，减少挤土效应进而控制桩身上浮现象。如果采取上述措施后仍不能解决桩身上浮现象，则可采用复压的补救方法进行处理。
3．3 沉桩达不到设计要求
沉桩达不到设计的最终控制要求主要原因是：①勘探点不够或勘探资料粗糙，对工程地质情况不明，尤其是对持力层起伏标高不明，导致设计考虑持力层或选择桩长有误。
②设计持力层选择不当，预应力管桩持力层宜选择强风化层，以达到较高承载力。但当强风化层埋深较深时，考虑到桩长限制，不得已选择全风化层作持力层时，承载力将受较大影响，特别是全风化层有遇水易软化特点，地下水可能通过桩管内从桩尖渗入，大大降低桩端承载力。③设计对单桩承载力预估不准，导致实际桩长与压桩力不匹配。④桩身断裂致使不能继续施压。
防治措施为首先详细探明工程地址地质情况，必要时应作补勘，正确选择持力层或标高；施工采用合适吨位桩机；根据工程地质条件，合理选择桩的施工方法及打桩顺序，避免断桩，确保桩身质量。科学设计，通过试桩确定合理终压标准。
3．4 断桩
断桩是预制混凝土管桩施工中常常遇到的问题，其产生的主要原因主要有：①使用了厂家生产的未经检验的不合格的桩；②桩尖碰到地下障碍物管桩被蹩断：③管桩施工
中垂直度没有控制好；④管桩由软弱土层突然进入硬土层，桩机压力迅速升高，桩身受到瞬间冲击力而引起；⑤基坑施工中，由于软土推挤隆起，基坑壁侧向移动造成断桩。
施工中若发现有断桩，就要采取补强加固方案处理。对预应力管桩浅层断桩可采用接桩。对深层断桩的接桩(包括部分错位桩纠偏后接头)要抽干桩内积水，确认桩的倾斜在允许范围内，放人钢筋笼，钢筋笼应伸到断桩下3m，用高等级混凝土灌注。接桩后要进行承载力检测。当断桩处错位，无法复原时，应重新补桩。对工程事故应分析问题的原因、补桩的可能性和对已施工桩的影响，考虑其它可利用条件以及经济和工期等要求。
第三章 预应力管桩施工方案
1 施工流程
2操作工艺
（1）测量定位
根据设计图纸编制工程桩测量定位图，并保证轴线控制点不受打桩时振动和挤土的影响，保证控制点的准确性。
根据实际打桩线路图，按施工区域划分测量定位控制网，一般一个区域内根据每天施工进度放样10～20根桩位，在桩位中心点地面上打入一支φ6长约30～40cm 的钢筋，并用红油漆等标示。桩机移位后，应进行第二次核样，核样根据轴线控制网点所标示工程桩位坐标点（X 、Y 值），采用极坐标法进行核样，保证工程桩位偏差值小于10mm ，并以工程桩位点中心，用白灰按桩径大小画一个圆圈，以方便插桩和对中。
工程桩在施工前，应根据施工桩长在匹配的工程桩身上划出以米为单位的长度标记，并按从下至上的顺序标明桩的长度，以便观察桩入土深度及记录每米沉桩锤击数。 采用全站仪进行管桩定位放线
测量放线
预制钢筋混凝土桩规格控制桩轴线和标高
几何尺寸强度桩基就位起吊预制桩植桩接桩打桩送桩检查验收试桩转移桩机
（2）桩机就位
为保证打桩机下地表土受力均匀，防止不均匀沉降，保证打桩机施工安全，采用厚度约2～3cm厚的钢板铺设在桩机履带板下，钢板宽度比桩机宽2m左右，保证桩机行走和打桩的稳定性。
桩机行走时，应将桩锤放置于桩架中下部以桩锤导向脚不伸出导杆末端为准。根据打桩机桩架下端的角度计初调桩架的垂直度，并用线坠由桩帽中心点吊下与地上桩位点初对中。
（3）管桩起吊，对中和调直
①管桩应由吊车将桩转运至打桩机导轨前，管桩单节长≤20m转运采用专用吊钩勾住两端内壁直接进行水平起吊，管桩单节长＞20m应采用四点吊法转运。
②管桩摆放平稳后，在距管桩端头0.21L处，将捆桩钢丝绳套牢，一端拴在打桩机的卷扬机主钩上，另一端钢丝绳挂在吊车主钩，打桩机主卷扬向上先提桩，吊车在后端辅助用力，使管桩与地面基本成45°～60°角向上提升，将管桩上口喂入桩帽内，将吊车一端钢丝绳松开取下，将管桩移至桩位中心。
③对中：管桩插入桩位中心后，先用桩锤自重将桩插入地下30～50cm，桩身稳定后，调正桩身、桩锤、桩帽的中心线重合，使之与打入方向成一直线。
④调直：用经纬仪（直桩）和角度计（斜桩）测定管桩垂直度和角度。经纬仪应设置在不受打桩机移动和打桩作业影响的位置，保证两台经纬仪与导轨成正交方向进行测定，使插入地面时桩身的垂直度偏差不得大于0.5％。
管桩起吊对中
（4）打桩
①打第一节桩时必须采用桩锤自重或冷锤（不挂档位）将桩徐徐打入，直至管桩沉
到某一深度不动为止，同时用仪器观察管桩的中心位置和角度，确认无误后，再转为正常施打，必要时，宜拔出重插，直至满足设计要求。
②正常打桩宜采用重锤低击，锤重根据设计图纸及地质钻探资料选择。
③打桩顺序应根据桩的密集程度及周围建（构）筑物的关系：
a、若桩较密集且据周围建（构）筑物较远，施工场地开阔时宜从中间向四周进行。
b、若桩较密集场地狭长，两端距建（构）筑物较远时，宜从中间向两端进行。
c、若桩较密集且一侧靠近建（构）筑物时，宜从毗邻建（构）筑物的一侧开始，由近及远地进行。
d、根据桩入土深度，宜先长后短。
e、根据管桩规格，宜先大后小。
f、根据高层建筑塔楼（高层）与裙房（低层）的关系，宜先高后低。
管桩施打
（5）接桩
①当管桩需接长时，接头个数不宜超过3个且尽量避免桩尖落在厚粘性土层中接桩。
②管桩接桩，采用焊接接桩，其入土部分桩段的桩头宜高出地面0.5～1.0m。
③下节桩的桩头处宜设导向箍以方便上节桩就位，接桩时上下节桩应保持顺直，中心线偏差不宜大于2mm，节点弯曲矢高不得大于1‰桩长。
④管桩对接前，上下端板表面应用钢丝刷清理干净，坡口处露出金属光泽，对接后，若上下桩接触面不密实，存有缝隙，可用厚度不超过5mm的钢片嵌填，达到饱满为止，并点焊牢固。
⑤焊接时宜由三个电焊工在成120°角的方向同时施焊，先在坡口圆周上对称点焊4～6点，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊，每层焊接厚度应均匀。
⑥焊接层数不得少于三层，采用普通交流焊机的手工焊接时第一层必须用φ
3.2mm电焊条打底，确保根部焊透，第二层方可用粗电焊条（φ4mm或φ5mm）施焊；采用自动及半自动保护焊机的应按相应规程分层连续完成。
⑦焊接时必须将内层焊渣清理干净后再焊外一层，坡口槽的电焊必须满焊，电焊厚度宜高出坡口1mm，焊缝必须每层检查，焊缝应饱满连续，不宜有夹渣、气孔等缺陷，满足《钢结构工程施工质量验收规范》中二级焊缝的要求。
⑧焊接完成后，需自然冷却不少于1min后才可继续锤击，夏天施工时温度较高，可采用鼓风机送风，加速冷却，严禁用水冷却或焊好即打。
⑨对于抗拔及高承台桩，其接头焊缝外露部分应作防锈处理。防锈处理可采用沥青漆涂刷，待焊缝稍冷却后开始涂刷，共涂刷两遍，每遍厚度约0.5mm，两遍涂刷间隔时间约为1min。涂刷在桩接头铁件上下桩身5cm的范围内。
管桩焊接接桩
（6）送桩
①根据设计桩长接桩完成并正常施打后，应根据设计及试打桩时确定的各项指标来控制是否采取送桩。
②送桩前应保证桩锤的导向脚不伸出导杆末端，管桩露出地面高度宜控制在
0.3～0.5m。
③送桩前在送桩器上以米为单位，并按从下至上的顺序标明长度，由打桩机主卷扬吊钩采用单点吊法将送桩器喂入桩帽。
④在管桩顶部放置桩垫，厚薄均匀，将送桩器下口套在桩顶上，采用仪器调正桩锤、送桩器和桩三者的轴线在同一直线上。
⑤送桩完成后，应及时将空孔回填密实。
（7）检查验收
①在桩帽侧壁用笔标示尺寸，以厘米为单位，高度宜为试桩标准制定最后每阵贯
入度的4～5倍。将经纬仪架设在不受打桩振动影响的位置上对管桩贯入度
进行测量。最后，用收锤回弹曲线测绘纸绘出管桩的回弹曲线，再从回弹曲线上量出最后三阵贯入度。
②当采用送桩时测试的贯入度应参考同一条件的桩不送桩时的最后贯入度予以修正。
③根据设计及试打桩标准确定的标高和最后三阵贯入度来确定可否成桩，满足要求后，做好记录，会同有关部门做好中间验收工作。
④实际控制成桩标准中的标高和最后三阵贯入度与设计及试桩标准出入较大时，应会同有关部门采取相应措施，研究解决后移至下一桩位。
⑤打桩过程中，遇下列情况之一应暂停打桩，及时会同有关部门解决：
a、贯入度突变；
b、桩头混凝土剥落、破碎、桩身出现裂缝；
c、桩身突然倾斜、跑位；
d、地面明显隆起，临桩上浮或位移过大；
e、PC桩总锤击数超过2000，PHC桩总锤击数超过2500；
f、桩身回弹曲线不规则。
（8）管桩基础工程验收程序
①当桩顶设计标高与施工现场标高基本一致时，可待全部管桩施打完毕后一次性验收。
②当桩顶设计标高低于施工现场标高需要送桩时，在送桩前应进行质量评定；待全部管桩施工完毕并开挖到设计标高后，再进行竣工验收，绘制打桩工程竣工图。
3、施工质量标准
1)、施工前应检查进入现场的成品桩，接桩用电焊条等产品质量。
2)、施工过程中应检查桩的贯入度情况、桩顶完整状况、电焊接桩质量、桩体垂直度、电焊后的停歇时间。重要工程应对电焊接头做10％的焊缝探伤检查。
3)、施工结束后，应作桩体质量检验及承载力检验。
4)、常见问题及处理方法
预应力管桩施工即打即隐蔽的工程，出现问题无法在施工完成之后再进行整改，只能采取补桩等措施补救，因此，必须在施工过程中严格控制质量，每一步骤都要按照标准严格进行。
1、桩体倾斜
产生原因：
（1）施打前未按要求双向校核垂直度。
（2）遇有地下障碍物。