摘要：本文以珠海港高栏港区神华煤炭储运中心一期工程装卸系统及基础工程的管桩斜桩施工为例，主要介绍在陆地上使用滚滑式打桩机打设较大斜度PHC管桩的可行性，通过我们制定的相关技术措施，从而保证了施工过程中对其质量的控制。
关键词：PHC管桩斜桩；可行性；平面位置控制；倾斜度控制；对接焊缝控制；偏差
1.工程概况
项目位于广东省珠海市珠海港高栏港区内。本工程主要为珠海高栏港区神华煤炭储运中心一期工程装卸系统及基础工程的土建部分。项目主要包括堆取料机基础、转接机房及皮带机基础、钢筋砼通廊和3个变电所房建四个部分。
为满足皮带机基础特殊的竖向及水平向受力关系，综合考虑桩基施工效率及施工成本，经与设计院沟通，并通过设计验算及现场试桩，最终确定采用与铅垂线倾斜11.3°（1:5）的斜型与直型锤击PHC预应力高强C80混凝土管桩相互搭配的桩基形式，用以抵抗皮带机驱动部分的较大水平荷载及相关设备产生的竖向荷载。
PHC管桩斜桩施工方法为锤击沉桩，沉桩采用标高及贯入度双控，要求最后连续三阵的贯入度控制在<4mm/击。桩型选择PHC 600-130-AB及PHC 600-130-B型。混凝土强度等级为C80，桩身混凝土抗渗等级不低于S10。有效桩长根据地质状况控制在50-54m之间，桩端标高置于-46.4m- -50.4m，进入粗粒砂持力层中的深度不小于1.5m，设计倾斜角度为11.31度（倾斜度1:5）,单桩竖向极限承载力标准值应≥4300kN。
与直立锤击法相比，在桩位平面测量、接头焊接、场地条件、倾斜度控制等方面，斜桩的要求更为严格，控制方法也较直桩复杂。
以下就结合本工程实际施工情况对倾斜锤击的工艺进行具体介绍。
2.桩机的选择
由于本工程斜桩直径较大，达到600mm。且单节管桩长度较长，最长达到14米，桩基倾斜角度大。因此，为保证整个施工过程中桩机的稳定及施工安全，桩机的选择尤为重要。经多方调研，一般桩机最大倾斜角度仅能达到7°，而本工程要求倾斜度要达到11.31°（倾斜度1:5）。我们通过对现有滚滑式桩机进行改装，包括加长桩锤行走轨道及加长导架支杆液压杆长度，较好的解决了倾斜度不够的问题。
同时，考虑到桩机改装后倾斜度加大引起的重心问题，我们在选用桩锤时也尽可能选用小型号的桩锤以降低桩锤本身的重量。通过查阅广东省《锤击预应力管桩基础技术规范》并结合本工程实际情况，我们最终选择D62型柴油锤，锤体重约13吨。
3.桩机的相关技术参数
4.抗倾覆验算
为保证整个桩基施工过程中的安全性，我们在工程开工前，即对经改装后的桩机进行了抗倾覆验算，以确定可施工的最大桩长L。抗倾覆验算如下：
以桩机的后滑滚为支点，顺时针方向扭矩为正，逆时针方向扭矩为负。由于桩机桩架成后仰状态，所以有向后倾覆的趋势。当桩机所有受力的扭矩之和为正，证明不会发生倾覆。根据桩机的受力情况列方程
M=G1*L1+G2*L2+G3*L3-T*L4
G1为4m长的桩机底盘的重量G1=8*4/11=2.91吨；
G2为桩架的重量;
G3为桩锤的重量，将重力分解为对桩机的作用力T3（垂直桩架），及对地面的斜向下的压力N3;
G4为管桩的重力，将重力分解为对桩机的作用力T4（垂直桩架），及对地面的斜向下的压力N4;
只有对桩机的作用力T3/T4,及桩锤反冲作用的摩擦力才有使桩机倾覆作用，作用力N3/N4作用在地面上，没有对桩机产生作用力。
桩锤对滑道的正压力F=(G3+G4)*san11.31
桩锤与滑道之间最大摩擦系数μ按照0.3计算（如图1） 桩机受力分析图（图1）
如果桩机满足不向后倾覆，则M≥0。因此我们根据不等式确定本桩机在打设11.31°时的最大桩长。假设桩长为L,每米桩长重0.5吨。
G1*L1+G2*L2-T3*L3-T4*L4-F*μ≥0
2.91*5.5+7*4.7-13*0.2*（4+L-7.5*2）-0.5L*0.2(L/2-7.5*0.2)-（13+0.5L）*0.2*0.3 *7.35≥0
解得：L≤19.6m
桩机导架高22m，桩机底座高1.4m，桩锤高8m，所以此桩机施打最大桩长L=22+1.4-8=15.4m＞14m，符合要求。经过抗倾覆的计算，桩机满足本工程施工要求。
5.成桩质量控制
斜桩在施工过程中，入土位置和设计桩位不在同一位置，倾斜度无法用仪器直接控制，上下节对接时，易出现错位，焊缝难于控制。为了斜桩施工质量得到保证，我们对平面位置，倾斜度，对接焊缝质量的控制，制定了相关措施。
5.1平面位置的控制
图2
5.1.1平整场地：清除桩基范围内的地上、地面、地下障碍物；根据桩基的施工要求，修设桩机进出路线、行走道路和施工现场的排水措施，保证桩机施工范围内的场地平整，承载力满足要求。
5.1.2初测桩位，测设桩位附近1m范围内的平均原地面标高后，按照倾斜角度计算出实际施打的桩位。（如图2）
设计图纸坐标（x0，y0）
实际施打坐标（x，y）
斜桩方位角α,坐标方位角i，
1）、桩尖方向与坐标方位角方向相反
X=x0+（H1-H2）tanαcosi
Y=y0+（H1-H2）tanαsini
2）、桩尖方向与坐标方位角方向相同
X=x0-（H1-H2）tanαcosi
Y=y0-（H1-H2）tanαsini
图3 图4
5.1.3根据测量数据计算，测定出实际桩位，再定出管桩倾斜的方向线（在施打桩位的正后方10m处测量定位一点，然后将桩位点与定位点连线，管桩对准桩位后，调整桩机轴线与此方向线重合）。（如图3）
5.1.4提前用纸片做一个直径为600mm的圆盘，将纸片的圆心与桩位对应，沿着纸片的形状用白灰洒线，白灰线所画的圈就是管桩竖起后所对应的位置。（如图4）
5.2角度的控制
图5
5.2.1在桩架上定位一点，距离桩机底盘面高度为5m处，焊接一个螺母，在螺母上系一个重为2kg的线锤，根据三角函数的关系，确定直角边长为0.98m，在桩机的底盘上，距桩架0.98米处焊接一钢筋头做标记，每次桩架倾斜至线锤在钢筋头左右摆动且最后停留在钢筋头位置，桩架则满足倾斜角度11.31°。（如图5）
5.2.2待管桩、导架，桩机位置垂直度全部调整完成后，轻轻将管桩静压至地面下20cm深，防止管桩侧滑，导架向后倾斜，直至桩机上的线锤达到所做标记的位置。然后在重新调整桩机滑管，保证桩机导架与管桩平行。
5.2.3锤击打桩宜重锤低击，沉桩过程因第一节桩先前贯入度过大只能采用点击方式，待管桩下沉稳定后，然后采用连续锤击方式。如果桩位或者角度发生变化时，及时纠正。
5.3焊缝的控制
5.3.1接桩：每节桩下沉至桩头露出地面0.5m-1.5m时停锤。将桩机导架慢慢竖起，重新提桩。
图6
5.3.2为便于管桩接头对位，在桩头处焊接3个超出管桩钢板2cm的钢筋头，管桩的端头接触点对齐后，慢慢调整桩机导架，导架倾斜至设计角度，确保上下桩轴线重合，倾斜过程不断使用撬棍调整。待上下节桩焊接完成不发生滑移后即可拆除钢筋头。（如图6）
5.3.3接桩时上下节桩身应对中，错位不宜大于2mm，两端面应紧密贴合，不宜在接头处出现间隙。当桩机导架倾斜至设计角度时，管桩接头处仍存在接缝，采用厚薄适当的铁片填实。对称施焊，焊缝饱满均匀。
5.3.4焊接时从低向高处施焊，施焊采用两台焊机对称进行，从而减少焊接变形，并要做好防风措施，做到焊缝内无气泡，不夹渣，保证焊缝质量。Φ600管桩接头焊接时间以22-28min为宜。二氧化碳气体保护焊的接头自然冷却时间不应小于5min。
6.所取得的成效
6.1偏差
管桩施工完成后，将桩头全部挖出，测量实际的桩位平面偏差，标高偏差，及倾斜角度。
表3 桩基测量复核表
根据桩基规范要求，平面位置偏差不大于100mm，标高误差±50mm，倾斜度偏差按照±15%tanα来算(α为倾斜角)，倾斜角度在9.65°-12.95°范围内，均符合规范要求。
6.2成桩质量
通过“珠海市交通工程质量监督检测站”对本工程的全部斜桩进行小应变检测，检测结果全部为一类桩，对其中2PHC-309、-310进行的大应变检测，承载力分别为4640,4575KN,均大于4300KN，符合设计要求。
7.体会及建议
利用斜桩来平衡水平方向荷载不失为一种既经济又安全的方法。因此，有较大的推广价值。结合本工程施工实例，我们有以下几个点完善和改进建议：
7.1改进行走桩机机构
滚滑式斜桩打设机的行走及转向速度较慢，可将桩机行走机构改为自动液压爬行系统及转向系统，不但能提高机械行走的灵活性，降低劳动强度，同时也会大大提高桩机的施工效率。
7.2增设贯入度自动记录系统
考虑到桩机施工过程中，贯入度的测读依靠人工划线控制，控制精度较低。建议设置贯入度自动记录仪，提高贯入度的控制精度。
7.3增设自动测斜系统
本工程中，斜桩倾角的测读依靠挂线锤的方法，测度精度不高，且在测度时需停锤，影响施工效率。建议在桩机上设置自动测斜仪，提高斜度控制精度和桩基施工速度。
8.结束语
通过对PHC管桩斜桩施工方法的研究和确定及对施工桩机的合理改装，克服了PHC管桩斜桩施工难点，取得了较为明显的效果。相比之下，大大提高了施工效率，而且在PHC管桩成桩质量得到保证前提下，克服了PHC管桩自身抗剪能力弱的特点，解决了通常依靠桩基数量和桩基类型达到抵抗水平荷载造成的造价较高的问题，同时也大大降低了本工程的施工成本。
论文作者:代井龙
论文发表刊物:《基层建设》2016年24期8月下
论文发表时间:2016/12/5
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