（中交路桥建设有限公司总承包分公司）
摘要：在现有锤式管桩施工技术的基础上，本文从高速公路房屋建筑工程施工的角度，进一步研究和探讨了锤击式预应力混凝土管桩的施工方法，通过前期技术调研、工艺对比、理论分析、监控量测、数据分析，建立一套完整的施工方案，为后续同类或相似工程提供经验参考，也为行业标准的规范和优化提供依据。
引言
目前，预应力混凝土管桩广泛应用于桩基工程中，根据成桩方法可分为预制桩和浇注桩。现浇桩通常用于高层建筑，但在施工过程中，可能会出现质量问题，如破桩，颈缩，井底松土，沉积物厚度过大等，预制桩可以在保证工程质量的同时，有效缩短工期，施工过程中基本不受外界环境影响，抗裂抗剪及抗压能力较强，能提升工程效率，广泛应用于建筑、道路、水利等多个行业。在高速公路房屋建设中（如收费大棚等），施工将影响道路交通，导致交通拥堵或远距离绕行等问题，影响居民出行，对社会经济发展产生负面影响。因此，在高速公路房屋建筑工程中，选择预制桩和合理的桩基施工方法及其施工参数，保证施工期间质量、提高施工效率对于显得尤为重要。本文在现有研究的基础上，以清西大桥及接线工程项目为背景，从高速公路房建工程的角度研究桩基的施工方法和技术，一方面探索高速公路房建工程是否适合用预应力混凝土管桩施工，另一方面研究在通车条件下如何进行高速路房建工程的桩基施工，在此基础上进行理论深化研究，探索施工过程中的重难点，实现方案设计和施工方法的优化。
1 锤击式施工特点
锤击式管桩基础施工方法常用于高层建筑，现阶段关于锤击式预应力钢筋混凝土管桩施工研究已有很大进展，包括对施工过程中的噪声控制，对打桩产生的振动和挤土现象的严格监控，以及相关的检测和防护措施，通过对施工技术的完善，可有效减少锤击式管桩施工过程中对周围环境产生的危害和不利影响，增强施工安全性，提高施工过程的环保性。而静压法[1]较锤击法对施工场地要求高，除须满足场地整平等基本条件外，还应符合现场地面承载力不小于打桩机接地压力1.2倍的要求；静压机移动笨拙，转场费较高，而锤击式桩机移动灵活，转场方便，费用较低。此外，在管桩入土长度控制方面，静压桩易出现超送或欠送，而锤击桩则较容易符合实际施工要求。
锤击式施工采用的打桩机应根据场地条件、工程特点、施工前沉桩工艺试验、管桩截面尺寸及强度、承载力特征值、持力层土性及进入深度等综合选定，打桩锤最好采用液压式或柴油式[2]，，打桩机必须与选用的桩锤匹配，而且桩机必须采用具有足够强度、刚度与稳定性的桩架和底盘，以确保施工质量和安全性。
2施工工艺
管桩基础即为建筑物（结构）基础，由沉入土（岩）层的管桩和连接到桩顶的桩帽组成[3]；锤击式管桩施工是利用锤击设备将管桩打至土（岩）层设计深度的沉桩施工。本次研究综合前期调研、工艺对比、理论分析、监控量测、数据分析的方法，结合工程重难点和实际需求开展研究，并在实际工程应用中不断监测和改善施工技术，最终建立了一套较完善的预应力管桩施工优化工法，研究思路如图1所示。
图1 锤击式预应力管桩基础施工工艺研究思路
经过对锤击式预应力混凝土管桩的施工工艺的详细分析和研究，使该工法能够普及和应用于相同或类似地质情况的高速公路房屋建筑桩基工程，对后续的高速房建工程有很好的借鉴和参考价值，并为我国相关预应力管桩工程设计及施工技术规程提供基础性数据和方法。
2.1 预制桩
随着预应力混凝土管桩施工技术的逐渐成熟，现阶段管桩基础施工技术已广泛应用于建筑（工业、商业、民用）、轨道、道路、水利及大型设备基础工程等方面的建设，本次研究根据管桩结构、特点、力学性能等指标及实际工程需求，选用先张法预应力混凝土管桩。
先张法预应力混凝土管桩直径一般有300、400、500、600，管桩型号分为 A、 AB、 B、 C型，具有单桩承载力高、强度高、抗裂抗弯性能好等优点，桩身竖向承载力高，通常设计值为1000~5000 KN，预制桩身所用混凝土强度的等级不低于 C80。先张法预应力混凝土管桩[4]选用高强度低松弛凹螺纹预应力钢棒，预制桩方法采用先张法预应力工艺，该工艺能提高混凝土的有效预应力，并保证预制桩抗裂抗弯性能远优于普通混凝土预制桩；管桩具有结构密实，适用范围广，桩基质量可靠的优点；管桩单位造价便宜，兼具成桩长度灵活、运输吊装方便、接桩快捷、施工速度快、功效高、工期短、文明环保等优点。 实际工程中，应根据当地地质分布状况，选择适宜的管桩规格，包括管桩直径、强度、壁厚及桩尖类型等
2.2 管桩施工要点
在应用先张法预应力混凝土管桩进行施工的过程中，一般流程为： 准备工作（包括管桩入场、桩锤选择等）测量定位喂桩对接送桩收锤。在管桩基础施工过程中通常存在以下要点：
（1）应根据实际施工环境和工程需要合理选择桩锤。绝大部分的桩锤选择工作均优先遵循重锤低击的原则，并选择合理的对应贯入度。为避免过度锤击导致桩身损坏，须控制每支桩的总锤击数，特别需要注意最后1m沉桩锤击数 [5]。
（2）打桩过程中，锤击装置的桩帽、锤垫与桩垫可在有效传递冲力的同时防护桩头和锤头，既能防止管桩端头损坏，还能够延长锤击装置的使用寿命，因此进行设备安装时，必须按施工要求严格设置和使用。桩帽选材宜选择钢板或铸钢，并注意于其内侧预留一定净空。垫层选材时应选用弹性材料，如具有一定弹性的水泥纸袋、胶合板或硬纸板等，垫层厚度应保证均匀一致，满足被压实后垫层厚度为120~150 mm的要求。锤击施工过程中，应定时检查打桩装置的使用情况，及时更换已损坏或失效的装置。
（3）施工场地应平整并能满足桩机承载力要求，防止施工过程中桩机下沉或倾斜。同时应保证主要进出道路的交通顺畅，确保道路的排水状况良好。
（4）准确定位植桩。在施工场地测量定位桩中心点位，并准确标出，测定误差不能超过20mm，首节管桩植入时应对准定位点的中心并保证管桩垂直植入土层。
（5）桩身植入土（岩）时，必须全程严格监测桩身垂直度，并保持桩锤、桩帽、桩身这三部分装置的中心线一致，首节管桩倾斜率应小于0.5%，整支管桩倾斜率不能超过0.8%[6]。
（6）管桩焊接时，应保证驳接面清洁、干燥，焊接层数不少于两层，同时保证焊缝连续饱满。焊接完成后，禁止用水辅助冷却，必须自然冷却超过1分钟后才可以继续打（压）桩。
（7）收锤、终压与送桩。在满足单桩承载力要求且不破坏桩体前提下，按设计规范和场地条件选择合理的收锤标准或终压力、送桩深度等施工控制指标；送桩时务必配置专用送桩器以保证施工质量。
2.3 施工流程研究与设计
本研究针对高速公路房建工程，基于现有管桩施工规范要求，结合实际施工重难点和工程要求优化和改进了锤击式预应力混凝土管桩的施工方法。研究根据工艺试验指标制定详细的施工工艺过程（见图1），通过解决具体实施过程中产生的问题来改进施工过程，并收集相关数据指标。
（1）施工准备：在施工场地合理安置管桩后，按米对桩身进行单位长度标识，同时进行桩位编号并准确测量放样。准备工作完成后，根据施工现场条件和打桩原则确定打桩顺序。打桩原则包括：若施工场地测定的桩位分布较密集，且距离周边建筑物较远，同时施工场地四周开阔无障碍物，则应从场地中部往四周扩散进行打桩；若施工场地的桩位分布较密集，且需打桩区域的某侧距离邻近建筑物较近时，则应从该侧开始由近及远进行打桩；此外，根据管桩入土纵深宜按先长后短的原则进行，根据管桩规格则应按先大后小的原则进行，根据施工场地整体桩基的分布密度则应按先密后疏的原则进行。
图2锤击式预应力管桩施工工艺流程示意图
（2）喂桩：桩机就位后开始喂桩，全程注意监测并保证桩身垂直度符合要求。本次研究采用柴油锤打桩，喂桩前期采用空锤打桩，中期应重锤低击，并保持桩锤、柱帽、桩身中心线统一。在较厚的粘土或粉质黏土层中喂桩时，应尽量减少打桩间歇时间，保证每支管桩施工一次性连续完成[7]。
（3）管桩对接：对接可以选择桩顶端板的圆周坡口槽焊接或者机械啮合接头连接的方法，上下桩焊接时应选择手工电弧焊或二氧化碳气体保护电弧焊。接桩时，先打入土（岩）层的管桩需预留一定长度的桩身高于地面，其长度应大于0.5m且不超过1.0 m[8]，且应在两桩之间设置导向措施，保证接口处上下节管桩的位置对称，中心线一致（错位不宜大于2 mm），接头位置应清理干净且保持干燥，焊缝应连续饱满。焊接完成后应自然冷却，方可继续施打，接头部位应涂刷防腐材料（如沥青漆、环氧树脂等）。
（4）送桩：若施工场地的地表以下存在厚淤泥土层，送桩纵深不能超过2m;复打时的送桩纵深不能超过1m；若地表以下无淤泥土层、持力层埋深基本一致且厚度不小于4 m或持力层表面存在厚度较大的全风化岩层、硬塑-坚硬粘土层或中密-密实砂土层时， 送桩纵深不能超过6 m；当桩端持力层为遇水易软化的风化岩层时，应采用高度控制在1.5~2.0m的C30混凝土封堵孔底。
（5）收锤标准：结合现有规范和实验检测，对收锤标准进行优化改善。针对现有规范未明确规定的施工收锤标准，本研究根据试验桩检测数据，将桩端持力层、打桩后期的最终贯入度或沉桩最后1-3 m内单位长度（m）的锤击数作为主要控制指标，得出锤击式打桩施工的收锤技术要求为最终贯入度不能少于20 mm/10击。
（6）桩机移位和桩头处理：将桩机转移至下一桩基处时，若桩基在软弱地质土上进行施工，为避免挤密效应，宜采用跳桩施工。进行桩头处理的最优方法目前为使用电动锯桩器进行，若需采用手工截桩则禁止使用大锤敲击或强行扳拉。针对管桩顶部与承台的连接有以下技术要求：承压桩的填芯纵深应同时满足不小于3倍管桩外径、不低于1.5m；抗拔桩的填芯纵深则不能低于3m； 填芯混凝土应采用无收缩混凝土或微膨胀混凝土，强度等级应比承台、承台梁高一个等级，且不应小于C30；管桩顶部嵌入承台内的长度应控制为50-100mm，管桩端部的填芯混凝土通过内插钢筋的方式与承台连接。
3 实例分析
本次研究以广东清远清西大桥及接线工程房建工程为依托，根据不同场区选择合适的预制桩和合理的桩基施工方法及其施工参数，进行锤击式管桩施工。图3（a）为试桩过程，图3（b）进行管桩试验，图3（c）、（d）为管桩施工完成后示意图。
图3 施工工艺应用实例
通过实际应用发现，锤击式预应力管桩施工方法技术在持力层起伏较大的地质环境中适应性较强，桩机拆装倒运方便，过程中接桩快捷可靠、施工速度快，工期短，不仅能够提高管桩施工效率，还能节约施工人员投入和工期投入，降低项目施工成本。 该项目一般施工量为30根/天，合计长度约500 m/天，若不受外部条件限制， 可增加至40根/天，合计长度约600 m/天； 施工现场整洁、文明；施工过程监理检测方便、工程质量相对稳定可靠。
4、社会经济效益
本文研究的锤击式预应力混凝土管桩施工工艺有利于改善施工环境，能避免重复施工，管桩施工方便快捷，通过合理分配购置管桩时间和打桩顺序，可有效缩短施工时间，保证施工工期。空心成桩便于检测管桩长度，且适用于粉土、粘土、人工填土、淤泥质土、砂土、黄土等多种土层，适用性较强。此外，桩基的快速完成既可为后续工序预留时间，还能为高速通车收费提供时间保障；所需打桩机数量少，可节省人工费和机械租赁费用；该工艺中选用的预应力混凝土桩的中空型设计可节省材料；保证工期前提下可研究最适合高速公路房建工程（一般为低层或多层建筑物）在特殊地质条件下的基础施工方式；可采用高应变检测代替堆载试验检测桩身的完整性，可有效节省检测费用和检测时间。
5 结语
本文研究的锤击式预应力混凝土管桩施工工艺施工方便，技术要求低，施工质量容易控制，在相同土层地质条件下单桩承载力最高，施工成本较静压桩施工低，施工工期较其他沉桩工艺短，可推广至其他高速公路相同或类似地质情况房屋建筑工程中的桩基工程，对后续的高速房建工程及桩基施工方法方面的专业化和标准化有很好的借鉴和参考价值。
参考文献
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[8]DB21T1565.预应力混凝土管桩基础技术规程[s].辽宁科学技术出版社:辽宁省土木建筑学会,2015.
论文作者:蒋晶明 王华军 孔伟 胡磊 任玉辉
论文发表刊物:《新材料·新装饰》2018年6月下
论文发表时间:2018/11/21
标签：管桩论文; 预应力论文; 混凝土论文; 桩基论文; 方法论文; 场地论文; 工程论文; 《新材料·新装饰》2018年6月下论文;