论述预应力混凝土管桩施工技术沿海软土地基中的应用

预应力混凝土管桩施工技术沿海软土地基中的应用
张生洪
摘要：先张法预应力混凝土管桩已从设计、生产、施工到桩身检测，有了全方位服务，并在我国的沿海大中城市软土地基施工中得到推广应用，具有良好的经济效益和社会效益。

关键词：预应力混凝土管桩软土地基管桩制作施工应用
一、前言
软土地基工程大量分布于我国沿海地区一带，这种地基其土的变形、承载力和液化问题受到了工程专家的普遍关注，二十一世纪伊始，各地大兴土木，尤其沿海城市的旧城改造和商业广场“CBD”工程起动，在沿海软土地基中应用预应力混凝土管桩技术做地基基础，已被建筑界视为首选方案，主要是该桩型具有自身强度高、抗压性能好、耐打击性能、施工速度快、桩基质量稳定、现场施工文明、
工程造价经济等一系列优点。

而过去一般高层建筑基础大都采用钻孔灌注桩及钢筋混凝土预制方桩，这些桩基形式大部分都因工程造价高、环境污染严重、成型质量不稳定等缺陷而受到限制。

目前城市建设委员会根据沿海软土地基特点和工程建设发展的需要，组织设计、施工、监理、开发建设单位共同参编《先张法预应力混凝土管桩》设计图集，先后投资数家管桩生产厂，年生产能力达160万米以上，能生产φ300～φ600各种类型的管桩投放市场。

二、先张法预应力混凝土管桩适用范围及应用技术
（一）管桩适用范围
1、本图集管桩适用于工业与民用建筑物、构筑物等的低承台桩基础。

2、本图集管桩适用于抗震设防烈度≤7度的地区，大于7度的地区应用要进行专门验算。

3、本图集管桩主要考虑承受竖向压力，当承受水平荷载或用作抗拔桩（如锚桩等）时，应由设计计算来确定选用。

（二）管桩的分类
管桩的分类表1
注：根据设计要求，也可生产其他类型的管桩，设计人员应根据管桩的选用表进行复核。

（三）管桩的制作与试验
1、管桩的制作
（1）采用先张法预应力工艺，预应力钢筋（丝）的张拉控制应力应符合设计要求，当施工中预应力筋需要超张拉时，可比设计要求提高5％，并应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204－2002的规定。

（2）采用离心工艺成型，离心作用按慢速、中速、高速三个阶段进行，以保证混凝土密实，经离心成型的管桩，应分别采用常压蒸养和常压+高压蒸养的工艺过程，以保证管桩达到100％混凝土设计强度。

（3）混凝土脱模强度不得低于35Mpa。

（4）各桩段的技术质量要求应符合施工规范和图集规定。

2、管桩的试验
（1）离心混凝土强度外观质量及尺寸检查，抗弯试验和检验规则均按GB13476－92规定执行。

（2）管桩的单桩竖向极限承载力标准值检验应通过现场静载试验确定。

（四）管桩的选用
〔一〕设计人员选择管桩的截面、型号、桩长（段）和桩尖类型时应考虑下列四种情况：
1、应结合地质条件，工程上部结构类型、荷载大小及沉桩设备（静压、锤击）。

2、摩擦型桩的长径比（桩总长L/桩外径φ）不宜大于100，端承型桩且须穿过一定厚度较硬土层时，其长径比不宜大于80。

3、每根管桩的接头一般不宜超过4个。

4、应经过分析、计算后同时满足三个条件：
（1）R≤R
P
式中R——根据地质参数计算的单桩竖向承载力设计值（KN）
R
P
——根据预应力筋配筋计算的桩身竖向承载力设计值（KN）
（2）Q
UK ≤Q
PK
式中Q
UK
——通过现场静载荷试验（或可靠的高应变试验）确定的单桩竖向极限承载力标准值（KN）
Q
PK
——根据预应力筋配筋计算的单桩竖向极限承载力标准值（KN）
（3）M≤M
K 、M
U
≤M
UK
（必要时应核算）
式中M、M
U
——选用的管桩其承担的抗裂弯矩值、极限弯矩值（KN－M）
M
K 、M
UK
——根据预应力钢筋配筋计算的抗裂弯矩值、极限弯矩值（KN
－M）
〔二〕选用举例：
某20层公寓楼要求单桩竖向承载力设计值大于3000KN，需穿过一定厚度的较硬土层，到达持力层顶面为41.80m，要求作静载荷试验，锤击桩。

1、根据题意如：上部荷载较大，但桩身要穿过硬土层，对照单桩承载力要求选用PHC，A型桩。

混凝土直径φ550，壁厚100较合适。

桩长选定44m（包括伸入持力层4d计），a型开口桩尖。

2、通过计算R和工程桩的静载荷试验复核，满足R≤R P、Q UK≤Q PK。

3、桩身分四节，各段长度的确定符合接桩位置、运输条件等要求。

选用编号为：PHCφ550（100）A——10.10.12.12a。

当第三、四节为壁厚70mm时，则编号为PHCφ550（100，100，70，70）A——10.10.12.12a。

（五）管桩的吊装、运输与堆放
1、管桩的吊装：吊装宜采用两支点或两头勾吊法，装卸时应轻起轻放，严禁抛掷、砸撞、滚落，两吊点（两支点法）应距桩端0.21L（L为桩段长度）。

2、管桩运输：运输过程中支点应满足两支点法的位置，且两支点附近应以楔形掩木固定基垫，防止滚动。

管桩运输应选择专业运输队运输管桩。

3、管桩的堆放：堆放场地应坚实平整，应有排水措施，应按两支点法进行堆放，最下层支点宜放在垫木上，且应在同一水平上，堆放层数应符合表2规定。

堆放层数规定表2
（六）管桩的施工
1、沉桩方法：适用于锤击、静压等沉桩方式，当采用锤击法时，应合理选用桩锤，应根据桩的直径、壁厚，打入深度，工程地质条件及桩密集程度等条件选用，当采用静压时，应根据上述条件按额定的总重量合理选用配重，一般可在1.5～2倍承载力标准值之间选择。

2、施工要点：
（1）当桩的混凝土强度等级达到100％设计强度，且蒸气养护后在常温下停6h后方可沉桩，采用锤击法沉桩时，应适当延长常温下的自然养护期，一般2～3d时间。

（2）沉桩时桩身应垂直，插入时的垂直度偏差不得超过0.5％。

应在距桩机不受影响范围内，90度方向设置经纬仪各一台校准。

（3）锤击法沉桩时应选用适宜的桩锤、桩帽和衬垫。

套桩头的桩筒内径以大于桩径20～40mm为宜，筒深度为300～400mm，桩帽应有排气孔。

沉桩时桩锤、桩帽或送桩应和桩身在同一中心线上，宜重锤低击，开始落距应较小，待入土一定深度并桩身稳定后再按要求落距进行。

应连续施打，每根桩停歇时间不宜太长。

（4）接桩均采用钢端板焊接法，桩段顶端距地1m左右就可接桩，接桩前先将下段桩清洗干净，加上定位板，然后把上段桩吊放在下段桩端板上，依靠定位板将上、下桩段接直，桩间如有间隙应用楔型铁片全部填实焊牢，拼接处坡口槽电焊应分层对称焊接，焊接时应采取措施，减少焊接变形，焊缝应连续饱满（满足三级焊缝），焊条宜选用E43**型，焊后应清除焊渣检查其饱满程度，接桩宜在桩尖穿过较硬的土层后进行，接桩时上下段桩中心线偏差不宜大于5mm，节点弯曲点高不得大于桩段的0.1％。

每个接头焊接完毕，应冷却一分钟后方可锤击。

（5）管桩一般不包截桩，若遇特殊情况必须截断上部多余部分桩身时，不得使用大锤硬砸，应使用截桩机械或手工方法，先将桩身下部一定范围用钢抱箍抱紧，或用混凝土堵住，再沿其上缘用钢钎在桩身四周对称凿穿后再用锤打下，凿出的钢筋应用气割法切断。

（6）基坑开挖时，机械挖土机不得碰及桩身，应采用人工挖除桩间余土。

（7）确定管桩保护措施，保护土方边坡稳定，深基坑应采用多级接力挖土，科学计算分层厚度和作业坡度。

（七）管桩与承台连接方法
1、当管桩桩顶标高高于承台底标高h时（h≤150mm）
2、当管桩桩顶标高于承台底标高h时（h≥150mm），需截去多余部分，伸入
承台只要50～100mm即可。

3、当管桩及标高低于承台底标高h时（h<φ）
4、当管桩顶标高低于承台h时（φ≤h≤2φ）
三、管桩的应用
预应力混凝土管桩是国家建设部重点推广项目，也是建设科技重点推广项目，根据沿海软土地基基础的特点，积极推广应用预应力混凝土管桩基础，经过十多年的设计、施工，管桩施工技术不断完善、成熟，并产生了较好的经济效益和社会效益。

现举例如下：
该工程建筑面积为57566m2，地下二层，主楼29层，主楼工程桩采用ф800钻孔灌注桩202根，裙房工程桩则选用ф500预应力管桩共334根，施工采用静压法，低应变检测一类桩达到81％，无三类桩，静荷载测试结果均符合设计要求，目前桩基稳定。

四、结论
经过近十几年的管桩生产与施工经验，证明管桩基础设计选用范围广，桩基
沉降小，桩长搭配灵活，生产速度快，施工工期短，工程造价低等诸多优点，采
用静压沉桩可免除桩基施工噪音、震动，使用开口桩尖能大幅度减少挤土的影响，适宜在不同的周边施工环境中应用。

还有一个最大特点：桩长和桩身质量检测方便，桩基质量稳定，致使业主单位、监理单位、施工单位放心，促使管桩迅速推广应用。