静压预应力混凝土管桩在高层建筑基础中的应用.doc

`静压预应力混凝土管桩在高层建筑基础中的应用
曹瑞娟 王继宏 山西潞安工程有限公司
摘要：高强度预应力混凝土管桩（ＰＨＣ）以其桩身混凝土强度高，适应性广，耐冲击性能好，穿透力强，具有承载力高，抗弯抗裂性能好，施工快捷、方便，质量稳定可靠，耐久性好等优点，而被广泛应用于高层建筑基础。 
关键字：静压 混凝土管桩 压桩接桩 检测
高强度预应力混凝土管桩（ＰＨＣ）以其桩身混凝土强度高，适应性广，耐冲击性能好，穿透力强，具有承载力高，抗弯抗裂性能好，施工快捷、方便，质量稳定可靠，耐久性好等优点，而被广泛应用于高层建筑基础。近几年来国家对环境保护要求越来越严格，在现有的地基基础处理方法中，由于静压桩工法对环境不造成污染：不需使用泥浆作冲洗液，不需要排放废浆污染环境；施工中使用静力液压桩机，不造成噪音污染。施工效率高，平均一台静压桩机月生产能力1～1.5万米，施工后不需干固期，可直接进行上部施工，施工周期短。单桩承载力直观可靠等优点，在城市人口密集地区的旧城改造和对环境有严格要求的建设项目中被广泛应用。
1 工程概况
潞安·颐龙湾商住小区，占地面积293.07亩，总建筑面积约50万平方米。项目位于长治市西侧，东至西一环路，南至跃进车辆厂，西至站前北路，北至府后西街。本工程采用框剪结构体系，基础采用高强预应力混凝土管桩。混凝土管桩直径为D=400，壁厚为90，C80高强预应力混凝土管桩桩身容许承载力为［Ｒ］＝1800kPa，承载力标准值Rk=1200-1800kN，桩长约15-28米。接桩采用焊接，桩头锚入承台内100mm。 
2 场地工程地质条件
依据岩土工程勘察报告，支护范围内地基土主要由第四系全新统人工堆积层（Q42ml）、第四系全新统冲洪积层（Q41al+pl）、第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）及第四系中更新统冲洪积层（Q2al+pl）组成，岩性以杂填土、湿陷性粉质粘土、粉质粘土、砾砂为主。
第①层：杂填土（Q42ml）
杂色，主要分布于场地北部，由大量砖块、灰渣等建筑垃圾及生活垃圾组成。该层物质成份杂乱，结构松散，均匀性差。
第②层：湿陷性粉质粘土（Q41al+pl）
褐黄色，仅在场地北部B-7～B-17、1#楼、综合会所地段及B-4～B-6北部地段缺失，含云母、煤屑、氧化物等，可见虫孔，一般具中等湿陷性。可塑～硬塑状态，中等～高压缩性，无摇振反应，稍有光滑，干强度及韧性中等。压缩系数a1-2介于0.286～0.788MPa-1之间，平均0.495MPa-1；静力触探比贯入阻力Ps厚度加权平均值为2.0MPa；实测标贯击数4.0～10.0击，平均5.7击。
第③层：粉质粘土（Q41al+pl）
黄褐色，仅1#、2#、5#、6#、11#、41#～48#、143#、145#钻孔缺失该层，含云母、煤屑、氧化物、零星姜石等，局部夹薄层粉土。可塑～硬塑状态，中等压缩性，无摇振反应，光滑，干强度及韧性中等。压缩系数a1-2介于0.126～0.312MPa-1之间，平均0.205MPa-1；静力触探比贯入阻力Ps厚度加权平均值为2.5MPa；实测标贯击数5.0～13.0击，平均8.0击。
第④层：砾砂（Q41al+pl）
褐色～黄褐色，仅分布于场地北部1#～21#、23#、44#钻孔地段，矿物组成以长石、石英为主，混夹较多卵石、圆砾及少量粉土，卵砾石母岩以灰岩为主，呈圆～亚圆形。饱和，稍密～中密状态，颗粒级配良好。静力触探比贯入阻力Ps厚度加权平均值为11.3MPa；实测标贯击数10.0～19.0击，平均13.6击；动探N63.5修正击数5.1～10.0击，平均8.0击。
第⑤层：粉质粘土（Q3al+pl）
黄褐色，含云母、氧化物、钙质结核等，局部夹薄层粉土。一般呈可塑状态，中等压缩性，无摇振反应，稍有光滑，干强度及韧性中等。压缩系数a1-2介于0.139～0.497MPa-1之间，平均0.292MPa-1；静力触探比贯入阻力Ps厚度加权平均值为2.4MPa；实测标贯击数7.0～17.0击，平均12.2击。
第⑥层：粉质粘土（Q3al+pl）
黄褐色～灰褐色，含云母、氧化物、贝壳及大量钙质结核。可塑～硬塑状态，中等压缩性，无摇振反应，稍有光滑，干强度及韧性中等。压缩系数a1-2介于0.131～0.499MPa-1之间，平均0.271MPa-1；静力触探比贯入阻力Ps厚度加权平均值为3.1MPa；实测标贯击数13.0～24.0击，平均18.5击。
3 施工工艺 
3.1施工机械选用
 由于工期较紧，且地处城区，不适宜进行打入式施工，故采用ZYJ800静力压桩机入桩施工，以桩长为主、按设计荷载2倍的压力压下时，卸载后复压1~2次的最后贯入度为辅的双控指标。待基础工程施工完毕后，再按实际情况依照《建筑桩基技术》（JGJ94-94）的要求进行静荷载试验检验单桩承载力。 
3.2工艺流程

3.3 主要施工工艺
1)测量定位：由业主提供坐标主控制点及高程控制点，并出具书面移交手续，压桩前先放好桩位，并经检查、复核、报验合格后方可施工。
2)桩尖就位、对中、调直：用压桩机自身配备的起重机将桩垂直吊入压桩机的夹持框内，起动压桩机的纵向和横向行走油缸，将桩尖对准桩位；起动压桩油缸将桩压入土中1米左右停止，用吊锤及主机驾驶室内水平仪调整桩在两个方向的垂直度。第一、二行程压桩是否垂直，是保证压桩质量的关键。
3)压桩：通过夹持油缸将桩夹紧，然后压桩油缸伸程，将压力施加到桩上，根据压力表读数以判断桩的质量和承载力是否达到设计要求。
4)接桩：当下一节桩压到露出地面0.5～1.0米时，接上一节桩。采用端板焊接连接，接桩时上下桩段保持对直上下端板表面用铁刷子等清理干净，并清除油污和铁锈.焊接时先在坡口周围上对称点焊4~6点，待上下桩节固定后再分层施焊，施焊时对称进行。焊接采用二氧化碳保护焊，焊接层数宜为三层，内层焊渣必须清理干净后方可施焊外一层，焊缝应饱满连续,且根部必须焊透，等焊接接头自然冷却后再继续沉桩。
5)送桩：如果桩顶接近地面，而压桩力尚未达到规定值，则可以用专制的送桩器进行送桩。
6)压桩结束：当桩长达到设计要求或压力表读数达到规定值，便可停止压桩。
4 质量控制要点
4.1预应力管桩的起吊与运桩
1)管桩出厂时，桩的强度应达到设计100%，入场时要提供管桩出场合格证明。
2)桩起吊时应采取相应措施，桩的两端应有适当的保护，设保护圈，保证桩身质量。
3)水平运输时，应做到桩身平衡放置，无大的振动，严禁在车上以直接拖拉桩体方式代替水平运输。
4)桩的堆放应符合下列规定：
a、桩的堆放场地必须平整、密实、排水畅通。
b、支点设置合理，两侧应用木楔塞住，防止滚动，堆放层数不宜超过四层。
4.2 压桩施工控制
1)压桩施工时的桩位对点误差应控制在20mm以内。
2)桩身入土后的垂直度应控制在0.5%之内（一节10米桩垂直度控制在50mm之内），利用桩机上的全方位水平仪或垂线进行全方位控制，主要以全方位水平仪为主，垂线为辅。
3)压桩过程中要连续观测，发现桩身垂直度发生偏差和桩身位移时，要及时通知主机操作人员进行调整，确保每根桩的垂直度的误差控制在规范之内。开工前将场地区域、分段平均标高报监理，施工中利用小卷尺测量送桩器的送桩深度，并做好详细记录，桩顶标高控制在10cm范围内，并在施工中利用水准仪进行抽查。
4)对施工过程中发现以下异常情况，应及时与业主、设计院、监理取得联系，商量对策及时解决：
a、压桩时桩身发现有严重裂缝或桩身突然断裂。
b、压桩时桩身发生严重倾斜且无法调整。
c、压桩时桩位发生位移超过10cm。
d、送桩深度已达到设计标高，但压力表读数偏小。
e、送桩深度未达到设计标高，但压力表读数已达到设计压力或大于设计压力。
4.3 接桩施工控制
焊接时上下桩段应保持对直，错位偏差不大于2mm，焊接前应先确认管桩接头是否合格，上下端板表面用铁刷子等清理干净，坡口处应刷至露出金属光泽，并清除油污和铁锈。焊接时先在坡口周围上对称点焊4~6点，待上下桩节固定后再分层施焊，施焊必须对称进行，焊接层数为三层，内层焊渣必须清理干净后方可施焊外一层，焊缝应饱满连续，且根部必须焊透。焊接接头应在自然冷却后才可继续沉桩，严禁用水冷却或焊好后立即沉桩。
5、桩基检验与检测
采用高强度预应力混凝土管桩，每台班施工约400延米，无噪音，施工速度快，成本低，其桩基检测质量情况如下：
1)桩基质量无损检查：采用低应变动力检测反射波法进行检测。检测的目的主要通过动测方法检查桩基的质量，包括桩身的完整性（桩身断裂、桩身各节的连接情况）及混凝土的质量（混凝土的胶结情况）和动测推算单桩承载力等。工程施工完毕后实测纵波波形曲线规律性较好，未见明显的桩间反射波异常，且均可观测到桩底反射波信号，表明桩身完整，连接良好，未出现明显的桩身质量问题（检测结果表略），动测推算的整桩混凝土的平均抗压强度及单桩承载力能达到设计要求，均评为一类桩即良好桩。
2)静荷载试验全部采用工程桩进行，在考虑了动测结果、施工情况、平面分布等因素后，每栋楼选取了三根桩进行承载力检测。结果表明：三根桩在各荷载的作用下，桩顶沉降量较小，而且Q－s曲线平稳，说明承载力达到设计要求。但卸载后，发现沉降的回弹力偏小。 
6 结语
静压预应力混凝土管桩在高层建筑地基中的应用证明，采用预应力混凝土管桩质量有保证，可以大幅度缩短施工工期，可以降低土建的工程费用。目前，预应力混凝土管桩工艺技术已经相当成熟。预应力混凝土管桩尤其是高强预应力混凝土管桩是高层建筑中一种较好的桩基础之一，可以给业主方带来良好的经济效益和社会效益，它将会有更新的发展。

参考文献
[1] JGJ94—2008，建筑桩基技术规范【S】
[2] JGJ79—2004，建筑地基处理技术规范【S】

[3]《先张法预应力混凝土管桩》【GB13476-1999】
[4] 国家建筑标准设计图集【03SG409】