摘要：预应力管桩应用于软土地基处理方面一直在快速增长，在短短几年的时间里迅速挤身于几大软基处理方式的行列，并取得了令人满意的效果，其应用前景将是十分广阔。本分析预应力管桩运用至软土地基中的加固基本流程，同时还介绍了一些质量控制措施，以及静压法施工的一些注意事项及常见问题与对策。
关键词：静压；软基；质量控制；预应力管桩；静压法；施工质量控制
PHC桩为预应力管桩的简称，制作工艺复杂，需由专业厂家完成的一种空心、细长的预制混凝土构件。加入高效的减水剂、磨细料，通过离心脱水后，还需要经过两次蒸汽养护（一次常压、一次高压）。这种新型桩基在八十年代引入国内后，广泛运用于国内的各大建筑中，同时其优点众多，如耐压性极好、且具有较强的穿透力，单一的一根桩柱可以承受较大的压力，价格也实在，在施工时可以大大减少工期，保持现场的干净，深受业主以及设计者的喜爱。在城市道路建设方面，预应力管桩应用于软土地基处理方面一直在快速增长，并取得了令人满意的效果。然而在使用中，却仍常见很多养育的问题，如偏移、爆裂等，增加了不少成本。
预应力管桩施工方法的打桩方法可分为静压沉桩方法和锤击沉桩方法。这两种方法相比，静压预应力管具有卓越的技术、成本效益，施工效率高、施工现场的噪音小等许多优点，已被广泛应用于城市快速路桥头软基处理工程中。
一、“PHC桩”结构特点
“PHC桩”翻译成中文既 “预应力高强度混凝土管桩”。从这个名称上可以看出这类桩体的结构特点了，即包含了“预应力”、“高强度”、及“圆管形”这三个显著桩体特征。
由于这类桩体以前主要是用于房屋建筑的基础处理，在最近几年才逐渐被引用到城市道路工程这个领域范畴中来，因此，对于预应力管桩了内未能完整适用的标准，只是根据现有的建设部的技术标准来完成现场控制。根据有关规定，预应力管桩由于在生产时，所加的预应力不足，因此所设计时，极限弯矩、抗裂弯矩等不同，一共分成四类，即A、B、AB、C。
其优势如下：
一是单一根的桩具有极高的承载力。构成桩身的混凝土等级是C80，性能高，所制作的方法是先张法。由于承压力高故抗裂弯矩也较大。例如，用作道路桥涵结构处的软基所采用的φ600的PHC桩，单一一根的桩其最大范围的承载力在2500～3200KN。再加上其与钢桩相比，造价只是钢桩的1/3～2/3，单位承载力造价较省。
二是具有良好的抗弯抗裂性。预应力管桩主筋是阴螺纹钢筋，这一种钢筋低松驰高强度，本身就具有良好的预压应力，同时还具有良好的抗弯抗裂性。预应力管桩人贯入性能好，对于较密实的砂层也可以穿透，并且对于一些复杂的地理条件也可以适用，可让桩端嵌固于比较好的持力层。
三是稳定性可靠。生产时所采用的工艺与方法都是先进的设备与工艺，因此可以更好控制质量，也方便之后的检测工作。
四是可在大范围内运用。由于桩身的防腐性能比较好，且长度、规格都容易调整，设计所选用的范围也比较广，布桩起来也极为容易，工作性能强。而且就算在非常严峻、复杂的环境下，依然可让桩身保持良好，减少爆裂而发生的事故，对于桩端的持力层以及变化较大的环境中，也有很好的适应力。
五是静压施工时，施工现场简洁，无污染、无噪音，能保障文明施工。
二、管桩的施工流程及施工工艺
1、管桩及桩机选择：管桩要求按设计要求选择规格，选择具备资质的专业厂家供应，按标准长度接长组合进行配桩。通常来说，压桩机在选择时，基体承载力取是根据倍管桩极限的1.2～1.5 倍来选择的，运用的是其抱压式，再融合边桩器等等。
2、施工前准备：施工场地确保桩机能够正常移动和垂直稳定运动；在桩基轴线位置画出桩位线，并用短木或钢筋做好定位桩，用白灰做好施工标志。
3、桩机就位：完成放样，压桩机就位时，应对准桩位，启动平台支腿油缸，校正平台处于水平状态，启动门架支持油缸，使门架作微倾15。，以便吊管桩。
4、调整垂直度进行吊桩的定位：栓好钢丝绳→吊桩（吊车完成）→一点法（位置和桩头约有0.29L）→垂直对准中心→启动油缸（稍微启动）→入土50m→启动油缸→压桩。
5、压桩处理：启动油缸→压下管桩（控制速度，一般为每分钟不超过2m）→持花稳定→设计者或监理明确试桩时间。
6、接桩：使用焊接方法接桩。接桩前应将桩的端板和桩套箍套端板坡口处表面的铁锈清除干净，直到焊前表面有光泽金属才开始焊接。接桩一般在桩端离地面约1m左右进行，上下两端板轴向错位量应小于2mm，坡口根部相差间距应小于4mm。焊接道数不少于3道，焊缝应满焊，确保焊缝高度。在接桩过程中，上下节桩如果存在间隙用楔形铁片全部垫实焊牢。接桩后应自然冷却焊接部超过15分钟，然后继续沉桩直至终压。
三、管桩施工质量控制措施
质量控制需要由完善的管理制度作为基础，要有完整的质量技术作为保证。
第一，根据图纸来严格实施，同时也要根据合同的要求进行。对于有关施工的规范以及质量标准进行分项的工程实施。
第二，对于高强在的混凝土预应力要更好好管桩的质量控制。运用到现场的管桩需要根据有关规定检查，管桩的质量、规格 均要与设计要求答合。同时还要配合说明，开展施工时，其混凝土的强度一定要满足设计需求的百分百。对于不合格的一定要清退。
第三，桩在运输中的起吊堆放时，一定要平稳，让桩身保持平稳且不会受到损伤。同时在放样时要对固定基准点，做好保护工作。同时当桩机就位时，其用经纬仪在桩机两个方向相互垂直处观测，看其中心线与设计的桩处是不是在同一条垂直线上，其偏差不可超出所规定的范围内。
第四，做好压村的处理。在正式实施前先明确其标准，一般来说，需要以桩长、压桩力做好双和控制的施工。
第五，做好焊接接桩。焊条性能需要符合有关规定，同时还要开具证明。在焊接时，两边对称而且均匀时，要同时进行施焊处理、在做第二道时，其焊缝要符合设计的需求，其质量、监理等有关单位也要做好相应的工作。
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第六，截桩：露出地面或未能送至设计桩顶标高的桩，即必须截桩，截桩要求用截桩器，严禁用大锤横向敲击、冲撞。
四、管桩静压法施工中注意事项以及常见问题与对策
（一）选择工作垫层材料
工作垫层的主要作用是优化原有地表承载力，让桩机在施工时，可以走的得多平稳，且不会对之后的施工造成影响。例如，如果所选用的材料含有比较多的大块石时，会对管桩施工的垂直度、桩位造成影响。但如果材料是过细的，则承载力效果不明显，因此材料选择时一定要合适，材料的粒径是可以稍大但不可有大块的片石。
（二）堆放管桩材料
堆放时要根据规格、长度，分别进行堆放，场地要坚实、平整，让桩堆在堆放之后，不会达有深陷的情况，最下层和地面接触的地方，需要稍加高，可用垫木（木枋要耐用）的方式实现。桩下垫木设置有两道，其支承点位置在两点吊位的位置上，同一层两道的垫木顶面确保在同个水平线上。如果需要有重复堆放时，每一层都要设置好垫木，同时确保各层木的上、下是对齐的，且堆放层数最多为三层。
（三）挤土效应
1、原因分析：（1）桩径，桩间距设计。桩径、桩间距都直接决定了埋桩的单位体积，即体积压缩土壤的量。两者关系在原则上体现为：桩间距应不低于3.5倍桩径。因此，应当为尽可能多的改变结构构件布局和受力形式，扩大桩距，以减少密集群桩承台。（2）土壤地质条件。施工现场的土壤条件影响着土壤的压缩性和压实效果。在软土地基中，特别是在敏感软土或淤泥质饱和地区，土体会发生侧向位移和隆起。（3）施工工艺。施工技术对打桩效果和挤土桩端距的影响很大，主要包括：施工速度、降低地基土压力、确定桩承载力和终压、观测池的形成、预防措施等。
2。预防措施：首先清除地表杂填土，开挖抗挤沟，设置应力释放孔，合理安排打桩顺序，根据施工场地周围环境及挤土程度，先封闭施工，后长距离施工，必要时还应控制每天的桩数。如果允许管桩内腔灌入土中，采用明桩尖也可以有效地降低挤土效果。应适当控制打桩速度。每天打桩速度过快，过多的桩会导致土的剪切和固化时间的破坏，土中的孔隙水压力没有明显降低，土的应力没有消散，加重了压实效果。钻探土壤，减轻土壤压力。在减压孔施工中，还采用螺旋钻预钻孔辅助打桩，减少桩排土量，减少沉桩对地基土的挤土效应，以实现取得较低的超静孔隙水压力的目的。可根据探测出的软土层深度和厚度情况，分开一定距离打减压孔（钻孔出土），以便及时减轻沉桩挤土效应所造成的土体压力影响。
（四）管桩倾斜
1、原因分析：（1）液压静力压桩机械维修的时间不及时，如液压系统漏油造成桩机支撑不稳下降；（2）静力压桩机重量机器加上所配重量过，桩机所在位置的基础不平整，沉桩过程中桩机容易出现不均匀沉降，桩身容易出现偏移；（3）桩身在施工中不垂直，桩身和桩身不呈直线；（4）施工顺序不合理，导致应力扩散不均匀，特别是深基坑盖附近的桩体太接近，使第一孔一侧的孔洞出现。施工时，桩身很容易滑动。（5）沉桩过程中遇到硬质大型障碍物将桩挤向一边；（6）预钻孔施工方法，钻孔垂直角度偏差较大沉桩的过程中桩又沿着钻孔倾斜方向发生偏移；（7）基坑不当开挖或一次性开挖深度太多，使得桩的一侧承受非常大的土体压力，而导致桩身弯曲变形。
2、防治对策：桩垂直度是评价管桩施工质量的一个重要指标。调整桩的垂直角度成为控制施工质量的关键所在，我们必须加以高度重视。插桩在一般情况下入土30 cm~50cm为宜，然后进行调整。沉桩机驾驶员在施工员的组织和指挥下，做到双方角度尺两个方向上都归零点，使桩机纵横方向保持水平，调校垂直在1%的规范允许值以内才能沉桩。同时确保压桩机本身的水平度，没有明显偏高或偏低现象，以防止打滑。沉桩过程中，要求施工人员随时观察桩身入土进尺的变化情况，当遇到有障碍物防碍沉桩或桩杆偏移时，应及时采取措施，将障碍物钻穿后逐渐调直桩身然后继续沉桩。
（五）桩身破坏
1、成因分析：（1）由于施工过程中出现斜桩或桩端、进桩杆不均匀现象，形成应力集中，导致承台滑动或桩头爆裂。（2）桩机施工压力值设为超高。（3）桩机施工时，擅自移动框架桩，纠正桩位和桩身垂直度，造成断桩；施工结束后，人工打桩，野蛮施工，土方开挖施工不合理。（4）桩料质量存在缺陷。
2、防治方法：一是选择科学、有效的施工方法，保证控制桩不会倾斜。二是对于桩机施工的终止条件要进行良好控制，如纯摩擦桩的其终止的条件是需要以设计桩作为控制的条件，简单来说，长度＞21m，以终压标准为基础。长度=14—21m，其控制条件为终压标准力达至满荷载作为基础，进行开挖之后，运用截桩处理。压力值如果与设计需求不条例，其桩顶标高与设计标高同等，则在1m范围内继续送桩，一直到压力值也设计要求一样时，在施工结束后与有关单位联系拟定相应的解决办法。三是当静压沉桩施工完成，开始进行土方开挖、凿桩施工。但要强调，在土方开挖时，其质量与桩基是否成功有着重要联系。因此施工时一定要小心处理。四是在施工时，需要做好原材料的检查工作。施工桩身上如有损害发生，则运用有效的方法对其开展检查。
桩机施工。
（六）桩顶位移
为有效减小桩顶位移，施工前应清除桩下障碍物，并对桩身构件进行检查。结果表明，桩身弯曲度超过规定值或桩尖不适合在桩的纵轴上使用。在稳桩过程中，如果发现桩身不垂直，应及时修正。接桩时要保证上、下桩在同一轴线上，接头严格按操作要求进行。打桩时不得开挖基坑，打桩后应适当间隔挖掘。具体的地质条件、开挖深度、基坑面积、桩身密度、孔隙水压力的消散等应确定其间距。一般经验表明间隔时间应该是两周左右。
（七）终压标准
在沉桩正常以及材料质量合格的基础上，因为压桩压力所引起的桩身损坏基本也标准控制不合有关系。但因为其脆性破坏和抗拉应力低特点。压力大时由于桩机架的起重不足，造成桩机抬架所产生的冲击力会产生损坏，甚至出现压断桩的情况。所以要合理对停压标准进行控制，这也是非常重要的技术之一。
其停压标准要考虑贯入阻力、桩入土深度。故施工时，一定要多了解有关的设计需求，掌握好入土深度和贯入阻力关系。通常终压的标准为：桩到达持力层，在最后3次贯入阻力原来单桩设计能力的1.8- 2.0倍而积累下的沉深度不超过10mm。然而在实际施工中，这一值是由于施工即时荷载作用下有土体侧向约束的情况来确定。所以终压力比两倍的管桩单桩竖向承载力要大得多。
五、结语
预应力混凝土管桩的混凝土，具有承载高、抗冲击力强、广泛适用性、强度高等等优势，施工的速度非常快，且质量稳定可靠，经过处理的软土地基，不仅地基强度高、均匀沉降效果好，而且施工进度快、经济效益高，管桩位承载力造价低，经济适用。伴随其广泛的运用，以及人们对其研究越来越提升，相信管桩施工技术会不断提升，管桩的静压沉桩施工技术将继续得到改善。
参考文献：
[1] GB/T 13476-1999 《先张法预应力混凝土管桩》
[2] JC888，先张法薄壁预应力混凝土管桩[S]
论文作者:吴银树
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
标签：预应力论文; 管桩论文; 静压论文; 桩机论文; 承载力论文; 方法论文; 混凝土论文; 《基层建设》2019年第13期论文;