预应力混凝土管桩施工.docx

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预应力混凝土管桩施工

预应力混凝土管桩施工

1前言

自1920年澳大利亚人W.R.Hume发明混凝土离心法生产工艺后，几经周折，预应力管桩面世，并由于其自身的优点而具有很强的生命力，发展迅速。

1984年，我国大陆广东省建立起第一家生产预应力管桩的工厂。

2005年全国应用管桩总量达到1.8亿米。

如今，管桩以期经济、环保、施工速度快、质量有保证，作为一种新的地基处理及加固方法在全国已大量使用。

2工法特点

2.1可靠的产品质量和施工质量。

其生产流程包括原料的筛选、砂石清洗、电脑配料、滚焊编笼与张拉、砼布料、离心振动、高温蒸养等工序均有着可靠的质量控制。

特别是在穿越厚度较大的淤泥层时，使用管桩可充分避免灌注桩常见的缩颈、断桩现象的产生。

2.2施工周期短，可省去后期养护时间。

2.3对施工现场环境的破坏小，环保。

2.4与钻孔灌注桩工艺相比，管桩有着显著的经济效益和较高的单桩承载力。

3适用范围

本工法适用于各类管桩的施工，适用于一般工业与民用建筑、铁路、公路、水利、市政、桥梁及构筑物的管桩基础及管桩基坑支护的施工。

适用于杂填土、淤泥、粉土、粉质黏土、砂层、残积土、强风化岩等各种地质条件的管桩施工。

4工艺原理

4.1锤击（柴油锤和液压锤）工艺原理

由柴油燃烧或液压驱动，使锤体中的活塞向上运动一定高度，然后自由落体，产生的冲击力作用到管桩桩顶，使管桩下沉，管桩下沉到一定深度，通过管桩桩身与周围土体的摩阻力与桩尖的端阻力共同作用，以达到设计承载力的施工方法。

4.2静压（抱压式液压压桩机和顶压式液压压桩机）工艺原理

由静压桩机自身的重量，通过抱压管桩桩身或管桩桩顶，使管桩下沉到一定深度，通过管桩桩身与周围土体的摩阻力与桩尖的端阻力共同作用，以达到设计承载力的施工方法。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程（虚线框中为需要换土的工程才有的施工工艺步骤）

图5.1管桩工艺流程图

5.2操作要点

5.2.1常见管桩的规格及承载力一览表（见表5.2.1）

表5.2.1常见管桩的规格及承载力一览表

外径（mm）

壁厚（mm）

砼强度等级

承载力特征值KN

节长（m）

适应楼层（层）

Ф300

65-70

C80

600-900

5-11

3-9

Ф400

90-95

C80

900-1600

5-12

3-15

Ф500

100

C80

1800-2300

5-15

10-25

125

C80

2000-2700

5-15

20-28

Ф550

100

C80

1800-2500

5-15

10-26

120

C80

2000-2800

5-15

20-30

Ф600

105

C80

2200-3000

6-15

20-30

130

C80

2500-3500

6-15

20-35

5.2.2管桩施工方式的选用

管桩可采用锤击（柴油锤和液压锤）、静压（抱压式液压压桩机和顶压式液压压桩机）或引孔打（压）等方法施工。

锤击法打桩施工的优点是穿层能力强、承载力高、施工成本较低；缺点是存在着噪音及振动污染，且易造成桩身开裂、破碎和桩身倾斜。

静压法施工的优点是成桩后承载力直观可预测、噪音和振动不明显，适合在市区人口密集地区施工；缺点是穿层能力差，对机械装备的性能要求较高。

在建筑密集的旧城区或附近存在着对挤土效应敏感的设施的地区施工，则宜考虑预钻孔插桩施工法或相应采取其他辅助沉桩措施。

5.3管桩施工

5.3.1管桩的堆放

现场堆放时场地应坚实、平整，且必须按二点支法设置垫木，支点位置如图一，偏差控制±20cm。

管桩在柴油打桩机附近存放，应单层放置，且须设支垫。

在静压桩机附近或距柴油打桩机15m以上存放时，不宜超过4层（D400mm）和3层（D500～D600mm），底层必须设支垫。

图5.3.1管桩堆放示意图

5.3.2管桩的吊运

单节管桩吊运可采用两头钩吊法，竖起时可采用单点法，如图5.3.2。

多节管桩焊接后的吊运和起吊应重新计算最佳吊点位置和吊点数量。

5.3.3试桩

桩试验的目的：

1、为“静压压桩机压力表在何值时可停止压桩？

”提供数据参考。

2、避免定制的管桩（根据设计桩长和地质报告定货）远大于实际施工时的打（压）桩长度，节省多余部分桩的费用、截桩费用和工期。

图5.3.2管桩的吊运

3、避免定制的管桩（根据设计桩长和地质报告定货）远小于实际施工时的打（压）桩长度，重新购买将会延误工期。

5.3.4打桩前的准备

1、认真检查打桩设备各部件的性能，以保证正常作业。

2、检查管桩外观质量，注意在运输过程中有无损伤，管桩标记是否清晰。

3、根据施工图绘制桩位编号图。

4、测定和标出场地上的桩位，其偏差不得大于20mm。

5、在桩身上划出以m为单位的长度标记。

5.3.5垫层

锤击法打桩（送桩）施工时，桩头和桩帽（送桩器）之间应使用厚度不小于120mm的竖纹硬质木或硬纸板垫层，并需及时更换。

静压法送桩施工过程中，桩头和送桩器之间也应设置厚度适当的垫层。

现在比较普遍的做法是用经济而又方便筹集的草垫替代竖纹硬质木或硬纸板作垫层，一般施一支桩需要2-3张草垫，且经锤击压实后的厚度不宜小于12cm。

5.3.6打桩顺序编排原则

1、根据桩的密集程度以及周围建筑物的关系

若桩较密集，且距建筑物较远，场地开阔时，宜从中间向四周进行；若桩较密集，场地狭长，两端距建筑物较远时，宜从中间向两端进行；若桩较密集，且一侧靠近建筑物时，宜从毗邻建筑物的一侧开始，由近向远进行。

2、根据桩的入土深度，以先长后短。

3、根据桩的规格，以先大后小。

4、根据建筑物的高层与低层的关系，宜先高后低。

5.3.7管桩的垂直度控制

1、管桩施工时，应在桩机正面和侧面按正交方向分别架设经纬仪（桩机本身具有垂直度监测装置，可不用另外架设经纬仪），监控下桩垂直度，整桩垂直度偏差不得大于1/200L（L为桩长），对于首节桩施工，尤应特别注意，发现偏移或倾斜时，应及时校正；必要时，宜拔出重插（垂直度控制验收控制在1%以内）。

2、由于环形截面对于偏心受压较为敏感，在施工过程中，桩棰、桩帽、桩身中心线应重合，应最大限度避免偏心施压或偏心锤击的产生。

当桩身倾斜度超过0.8%时，应找出原因并设法纠正；当桩尖进入硬土层后，严禁用移动桩架等强行回扳的方法纠偏。

5.3.8焊接接桩应符合现行行业标准《建筑钢结构焊接规程》JGJ81的有关规定外，尚应符合下列规定：

1、管桩接长时，已在桩头高出地面0.5—1m处进行。

2、接桩时，上下节桩段应保持顺直，错位偏差不宜大于2mm。

3、对接前，清理干净接驳面和坡口。

4、焊接时，可采用手工电弧焊或粉芯焊丝自保护半自动焊，先对称点焊4-6点，再由两个焊工对称施焊；焊接层数不得少于二层，内层焊必须清理干净后方能施焊外一层；焊缝应饱满连续。

5、焊后自然冷却时间不得少于8分钟；严禁用水冷却或焊好即打（压）。

5.3.9施工过程中的控制

1、桩帽或送桩帽与桩周围间隙应为5-10mm。

2、静压压桩机压力表的数值应控制在桩设计极限荷载值120%—140%以上比较适宜。

3、桩身极限抱压值不应大于桩身极限值的1.2倍。

4、在较厚的粘土、粉质粘土层中施打管桩，不宜采用大流水打桩施工法，应将每一根桩一次性连续打到底，尽量减少中间休歇时间。

5、桩数多于30根的群桩基础，应从中心位置向外施打，承台边缘的桩，待其它桩打完并重新测定桩位后，再插桩施打。

6、如实、及时、准确地做好管桩施工记录。

7、桩身上涌和断桩现象：

由于管桩为挤土桩，当桩数较多且桩距较密时，通常会伴随桩身上涌现象出现；而当桩身下部嵌固较牢时，容易出现桩身拉断现象。

解决办法就是施工管桩前先在桩位处钻引孔，然后再压桩。

8、需要送桩时，应使用专用送桩器送桩，严禁以桩送桩。

5.3.10砼管桩对最后贯入度或终压力的规定

1、PC桩总锤击数不宜超过2000，最后一米锤击数不宜超过250；PHC桩总锤击数不宜超过2500，最后一米锤击数不宜超过300；最后以三阵十击贯入度20mm—50mm为收锤标准。

2、静压桩终压力与单桩极限承载力的经验关系：

当6m≤入土桩长≤8m时，入土部分的静压桩竖向极限承载力=2倍的单桩竖向承载力特征值=0.60-0.80倍的终压力值；当8m<入土桩长≤15m时，入土部分的静压桩竖向极限承载力=2倍的单桩竖向承载力特征值=0.70-1.00倍的终压力值；当15m<入土桩长≤23m时，入土部分的静压桩竖向极限承载力=2倍的单桩竖向承载力特征值=0.85-1.00倍的终压力值；当入土桩长>23m时，入土部分的静压桩竖向极限承载力=2倍的单桩竖向承载力特征值=1.00-1.15倍的终压力值。

5.3.11截桩

桩打好后，保护好高出地面桩头，截桩头宜用割桩机（锯桩器）截割，或用手锤人工凿除。

若采用人工截桩，应先将不需截除的桩身端部用钢箍抱紧，然后沿钢抱箍上缘剔凿沟槽、逐步凿除，钢筋用气割割齐，严禁用大锤横向敲击或机械力强行扳拉截桩。

5.3.12静载试验

试验设备安装必须稳定牢固，加载时不应产生倾斜或偏心，千片顶垫层座应与桩顶全部按触贴合，均匀受力。

试验时应特别留意桩头的局部抗压问题，避免局部抗压破坏。

若桩顶经过截桩处理，应采取在桩内壁浇注砼或桩头用钢套箍加固的方法加固桩顶，其顶面必须处理平整。

6材料与设备

6.1管桩的种类、代号、规格、型号及编号

6.1.1管桩的种类及代号

1、普通管桩：

1）钢筋混凝土离心管桩（RC桩）

2）预应力钢筋混凝土离心管桩

2、预应力管桩:

1）后张法预应力混凝土管桩（雷蒙特桩）

2）先张法预应力混凝土管桩

3）预应力高强混凝土管桩（PHC桩）

4）预应力混凝土管桩（PC桩）

5）预应力混凝土薄壁管桩（PTC桩）

6.1.2管桩的规格及型号

1、按外径分为300mm、400mm、500mmm、600mm四种规格；

2、按管桩桩身混凝土有效预压应力值及抗弯性能分为：

A型（4MPa）、AB（6MPa）型及B（8MPa）型三种型号；

3、按桩尖分为十字型桩尖和开口型桩尖两种类型；

4、按外观质量及尺寸偏差分为：

优等品、一等品和合格品。

6.1.3管桩的编号

XXX—XXXXX（XX）—XXX

管桩类别代号PHCAa

PCAB型号桩长桩尖类型b

B外径（壁厚）（无桩尖可不注）

图6.1.3管桩编号示意图

（注：

a为十字型钢桩尖，b为开口型钢桩尖。

）

6.2施工设备的选择

6.2.1筒式柴油打桩机锤重选择表：

表6.2.1筒式柴油打桩机锤重选择表

柴油锤型号

25型

32-36型

40-50型

60-62型

72型

80型

冲击体质量（t）

2.5

3.2、3.5、3.6

4.0、4.5、4.6、5.0

6.0、6.2

7.2

8.0

锤体总质量（t）

5.6-6.2

7.2-8.2

9.2-11.0

12.5-15.0

18.4

17.4-20.5

常用冲程（m）

15-2.2

1.6-3.2

1.8-3.2

1.9-3.6

1.8-2.5

2.0-3.4

适用管桩直径（mm）

Φ300

Φ300-400

Φ300-500

Φ500-600

Φ600

Φ600

桩尖可进入的

岩土层

密实沙层

坚硬土层

全风化岩

密实沙层

坚硬土层

全风化岩

全风化岩

全风化岩

全风化岩

全风化岩

常用控制贯入度（mm/10击）

20-40

20-50

20-50

20-50

30-70

30-80

单桩竖向承载力特征值范围（kn）

600-1200

800-1600

1300-2400

1800-3300

2200-3800

2600-4500

6.2.2静力压桩机选择表

表6.2.2静力压桩机选择表

压桩机型号

160-180

240-280

300-360

400-460

500-680

最大压桩力（kn）

1600-1800

2400-2800

3000-3600

4000-4600

5000-6800

适用管桩直

径mm

Φ300-400

Φ300-500

Φ400-500

Φ400-500

Φ500-600

桩端持力层

中密-密实砂

层，硬塑-坚硬粘土层，残积土

密实砂层

坚硬粘土层

全风化岩

密实砂层

坚硬粘土层

全风化岩

密实砂层

坚硬粘土层

全风化岩

强风化岩

密实砂层

坚硬粘土层

全风化岩

强风化岩

桩端持力层标贯值（n）

20-25

20-35

30-40

30-50

30-55

穿透中密-密实砂层度（m）

约2

2-3

3-4

5-6

5-8

单桩竖向承载力特征值范围（kn）

1000-2000

1700-3000

2100-3800

2800-4600

3500-5500

7质量控制

7.1管桩施工允许偏差

表7.1管桩施工允许偏差

垂直度允许偏差%

桩位允许偏差Cmm

单排、双排条形桩基沿垂直轴线方向

单排、双排条形桩基沿平行轴线方向

桩数为1-3根桩基中的桩

桩数为4-16根桩基中的桩

桩数大于16根桩基中的桩

最外边的桩

中间桩

0.5%

100

150

100

1/3桩径

150

1/3桩径

7.2筒式柴油打桩机施工质量控制

7.2.1认真进行图纸及施工方案的学习，落实层层技术交底制度，按计划要求精心施工。

加强职工的质量意识教育，认真做好管桩进场验收工作，严格做好施工操作人员的岗前培训，使其熟悉施工工艺、操作规程和质量要求，确保工程质量，做好测量控制，保护好测量标志，定位准确，并经常进行复测和检查，保证各项位置正确。

7.2.2在基桩开始施工前，须请建设单位有关人员及监理人员到现场进行试桩，以检验施工工艺及设备是否满足设计要求。

7.2.3桩机就位必须准确，开钻前要调整桩机桩臂竖直，锤击过程中要确保桩机不得移动。

7.2.4当管桩进入硬土层时，桩机司机要注意管桩变化。

开始要轻轻打下，认真检查，若有偏差应及时纠正，必要时要拔出重打锤击速度要严格按照要求进行。

7.2.5现场采用两台DJ2型经纬仪从两个垂直方向校正管桩垂直度。

7.2.6要做好现场的成品保护。

7.2静力压桩机施工质量控制

7.2.1测放控制网：

根据甲方提供的水准、高程点，在施工场地设置半永久性的桩位控制网点和水准点。

测量控制点设置后，四周应加设醒目的保护标志围栏，并认真做好记录。

7.2.2测放桩位：

根据控制网点和设计图纸的尺寸确定桩位，桩位要用小木桩或短钢筋作为标记，小木桩或短钢筋顶端不超出地面，并用红色的线绳拴住。

凡测放桩位后，应设保护标志，不允许人员及车辆随意进入。

7.2.3复查桩位：

桩位施放由测量组测放，在施工前，必须经过质检员复测并经甲方及监理复核、签字方可进行压桩施工。

压桩前施工班组对桩位进行复核，无误后方可施压。

7.2.4桩机就位：

在桩机就位时，应按照操作仪表调正、调平桩机，然后根据施工前测放的桩位用定位板或用石灰把和桩同形的圆周划出，移动桩机至桩位，将桩钳口中心对准这个圆周，再次调正调平桩机，使桩机准确就位。

误差不得大于1/200，保证桩插入垂直度及平面位置准确。

7.2.5静压沉桩：

桩准确就位后，启动电机、使全液压系统工作，将钳口夹紧管桩实施抱夹压桩，每次压桩深度约1.8米，往复工作直至压桩完毕，在压桩过程中应随时注意静压桩机的平稳度，保证工程桩垂直入土。

7.2.6压桩过程中，一根桩应连续施压（包括送桩）完毕，不得人为中途停压，但遇有下列情况时，必须立即停止施工：

1、压力值突然增大到设计压力值。

2、桩身严重倾斜

3、桩身弯曲或桩头严重损坏

4、桩周大量涌水或地面严重隆起

一旦发生上述情况，必须汇报有关部门及时处理，处理完毕后方可继续施压。

7.2.7送桩

1、送桩前复查水准控制点，由专人仔细计算送桩深度并经2人以上相互核算。

2、送桩杆上要有明显的标高标志，每班施工后，另一班施工要重新设定送桩器标高标志，并将原标志涂抹掉。

7.2.8停压标准：

以标高和压力值双控。

1、桩顶达到设计标高，且压力值满足设计要求。

2、桩顶高于设计标高1.0m以上，压力值已达到设计要求。

3、桩顶达到设计标高，但压力值未达到设计压力要求，应继续施压至设计压力标准，并立即通知设计单位。

8安全措施

8.1安全目标

在施工期间无任何事故发生。

8.2技术措施

8.2.1现场成立安全管理领导小组，设置专职安全员，严格要求，杜绝人员伤亡事故的发生。

8.2.2严格遵守威海地区有关建筑施工安全管理规定，遵守安全操作技术规程。

8.2.3执行岗位前安全教育和安全交底制度，做好记录，执行安全检查，并定期评比总结。

8.2.4人员进入现场必须佩戴安全帽，高空作业系安全带。

8.2.5设立电工值班制度，非电工不得随意安装电器及接线，电工随时检查电路情况，及时排除隐患。

8.2.6机械操作工、电气焊工、电工等特殊作业工种人员应持证上岗。

8.2.7现场应设置消防器材，并保证消防器材有效，执行保卫消防制度，专人负责。

8.2.8打桩过程中，要有专人指挥，现场人员密切配合，避免出现事故。

8.2.9临设及仓库等远离高压线及变压器1.5m以上。

8.2.10打桩前前必须认真检查制动，滑车，吊索拉绳是否牢固有效，防护装置是否齐全，各部螺丝有无松动磨损，间隙过大，润滑是否良好，操作杆是否灵敏，仪表指针是否在规定的范围内，并经试转合格后，方可正式操作。

8.2.11各部卷扬钢丝绳，不得使用不合格的起重卡具、索具，拉绳等。

8.2.12卷扬钢丝绳排列整齐，不得挤压，缠绕滚筒上不少于三圈。

8.2.13夜间施工要有足够的照明和安全监护人员。

8.2.14阴雨天操作电动机具，应认真检查绝缘是否良好，防护措施是否有效。

8.2.15施工前和施工中严禁作业人员喝酒，酒后严禁作业。

8.2.16当施工中遇异常情况时，应立即停打，摸清地下情况后再行处理，不得强行施工

8.2.17每班作业完毕，将机械擦拭干净，填写机械履行及规定报表，断开电源，司机方可离开。

9环保措施

9.1加强现场管理工作和对全体施工人员的文明教育和管理工作，做到紧张有序，文明礼貌，团结协作，刻苦顽强，遵纪守法。

9.2设置宣传标语和标牌，增强环保意识。

9.3按指定地点在现场设置临时公共厕所，禁止随地大小便，及时清理施工垃圾。

9.4车辆不带泥土出现场，如有泥砂带入场外道路，要及时清扫处理，绝不影响市容环境。

9.5现场食堂内整洁卫生，炊具干净，炊理人员有身体健康证。

生活区周围不随意倒污水、污物、生活垃圾指定地点集中清理。

9.6按照现场总平面布置，设置机具、材料堆放场，钢筋加工场院，做到井然有序，整齐划一。

10效益分析

10.1工期

施工速度快、周期短，可省去后期养护时间。

桩基检测简单、方便，检测速度快。

总工期是普通灌注桩桩基础施工工期的一半。

10.2造价

10.2.1与钻孔灌注桩工艺相比，管桩有着显著的经济效益和较高的单桩承载力。

其经济性主要来源于其较少的材料用料（由于其有着较高的单桩承载力，故单桩长度和桩总数可相应减少）。

一般管桩的承载力是同直径钻孔灌注桩的2-3倍，使建筑物的桩数减少，承台体积减少，基础造价降低

10.2.2施工所需设备较少，设备周转快，利润率高。

10.3社会效益

环保，对施工现场环境的破坏小。

尤其是采用静压工艺后，既避免了噪声扰民，也杜绝了某些现场灌注工艺带来的泥浆外流造成的环境污染以及余土外运等现象。

11应用实例

11.1威海***办公楼由青岛****工业园*****总公司新建，16层，共46860.0平方米。

地质情况自上而下为：

（1）杂填土2米。

（2）淤泥质粉土2-3米。

（3）粉细砂6-8米。

（4）粉质黏土5-6米。

（5）粗砂6-8米。

原设计为直径800毫米的螺旋钻孔灌注桩，桩长25米，780支，单桩承载力特征值为1800KN。

后改为PHC-AB600（110）-20管桩，共计508支，50型筒式柴油锤桩机施工，单桩承载力特征值为3200KN。

工期20天，检测工期10天，共计30天。

桩基础施工节约工期28天。

螺旋钻孔灌注桩预算为570万元，后改为PHC-AB600（110）-20管桩结算价为320万元。

节省资金约250万元，检测费用节省40%，基础承台混凝土总方量节省25%。

螺旋钻孔灌注桩施工后场地留有大量泥土，对环境造成一定污染，采用管桩后场地清洁无污染。

11.2威海****新城小区由威海****房地产开发有限公司新建，共计32栋住宅楼。

地质情况自上而下为：

（1）杂填土1米。

（2）淤泥质粉土4-6米。

（3）粉细砂6-8米。

（4）粗砂6-8米。

原设计为直径400毫米的螺旋钻孔灌注桩，桩长15米，每栋楼200支左右，共计6588支，单桩承载力特征值为350-400KN。

后改为PHC-A400（95）-12管桩，共计3288支，采用三台3000KN静压桩机施工，单桩承载力特征值为900KN。

工期25天，检测工期10天，共计35天。

桩基础施工节约工期53天。

螺旋钻孔灌注桩预算为820万元。

后改为PHC-A400（95）-12管桩结算价为5918400.0元。

节省资金约220万元，检测费用节省一半。

基础承台混凝土总方量节省40%。

螺旋钻孔灌注桩施工后场地留有大量泥土，对环境造成一定污染，采用管桩后场地清洁无污染。

经对比采用管桩后取得了良好的经济、社会效益。