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PHC管桩锤击法施工常见问题及预防措施

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：郭付印

[导读] 摘要：高强预应力混凝土管桩（PHC）因其单桩承载力高、节约材料，经济性好，施工便捷，近些年来在我国开始得到大量应用。

        河南省交通规划设计研究院股份有限公司河南郑州 450000
        摘要：高强预应力混凝土管桩（PHC）因其单桩承载力高、节约材料，经济性好，施工便捷，近些年来在我国开始得到大量应用。锤击沉桩是PHC管桩的较为常见的施工工艺，尤其对长大直径管桩，沉桩效率较高，但锤击沉桩过程中经常出现桩身倾斜、桩身开裂、桩顶破裂等问题。本文结合项目工程实例总结了PHC管桩锤击法施工常见问题，初步分析了产生问题的原因，并提出了一些可行的预防措施，为以后PHC管桩锤击法施工提供可以借鉴的依据。
        关键词：PHC管桩；锤击；施工常见问题；预防措施
        前言
        采用离心和预应力工艺成型的圆环形截面的预应力混凝土桩，简称管桩。桩身混凝土强度等级为C80及以上的管桩为高强混凝土管桩（简称PHC管桩），PHC管桩广泛应用于市政、桥梁、铁路、公路、水利、港口、工业与民用建筑等领域。
        锤击沉入法是PHC管桩常见的施工工艺，即利用锤击设备将管桩打至土（岩）层设计深度的沉桩施工方法。
        工程实例
        某高速公路，全线设计管桩基础桥梁30多座，管桩型号根据桥梁跨径不同设计为PHC800AB130与PHC700AB130两种，管桩长度约10万延米。根据该项目地勘资料显示，全线其中有130km左右地质情况主要以粉质黏土为主，粉质黏土状态为可塑及硬塑，其中约有20km地质情况以中密、密实中粗砂为主，中间夹杂有粉质黏土夹层。根据地质条件、管桩类型、环保要求等因素，全线管桩施工采用16T、20T液压锤进行施工。
        锤击施工中常见问题及预防措施
        锤击沉桩靠冲击力对管桩进行沉桩，对管桩桩身影响较大，实际施工中常出现一些问题，现将管桩锤击沉桩工艺常遇见的问题、可能原因及预防措施进行论述，为以后工程施工提供借鉴。
        1、桩身断裂
        （1）现象
        桩在沉入过程中，桩身突然倾斜错位，当桩尖处土质条件没有特殊变化，而贯入度逐渐增加或突然增大，同时在桩锤跳起后，桩身随之出现回弹现象。
        （2）原因
        1）桩节的长细比过大，桩身沉入时稳定性较差，沉入又遇到了较硬土层。
        2）桩身制作时弯曲超过规定，沉入后桩身发生倾斜或弯曲。
        3）桩入土后遇到大块坚硬的障碍物，把桩尖挤向一侧。
        4）稳桩时不垂直，打入地下一定深度后，再用移动桩架的方法强行校正，使桩身产生弯曲。
        5）多节桩施工时，相接的两节桩不在同一轴线上，产生了偏心。
        （3）预防措施
        1）施工前应对桩构件要进行检查，发现桩身弯曲超过规定或桩尖不在桩纵轴线上的不宜使用，桩的长细比不宜过大。
        2）在桩刚插入地面时，如发现桩不垂直应及时纠正，桩打入一定深度后发生严重倾斜时，不宜采用移架方法来校正。接桩时，要保证上下两节桩在同一轴线上，接头处应严格按照操作要求执行。
        2、桩顶碎裂或桩身开裂
        （1）现象
        在沉桩过程中，桩顶出现砼掉角、碎裂、坍塌甚至桩桩顶钢筋部外露打坏，桩身出现裂缝。
        （2）原因
        1）桩身制作时，混凝土配合比不合适，振捣不密实，桩身强度达不到要求，模板合缝漏浆严重等。
        2）锤击数过多，导致桩头疲劳破损。
        3）遇到软硬突变、孤石等较硬地层，但打桩机仍然采用较大落锤距离，锤击力度过大导致破碎。
        4）桩沉入时桩身不垂直，桩顶面倾斜，桩顶与桩帽的接触面不平，造成桩顶面局部受力而碎裂。
        5）沉桩时，桩顶未加桩垫、或村垫已损坏、或桩垫厚度过小，使桩顶直接承受过大冲击荷载。
        6）锤重选择不当，锤击施工宜遵循“重锤轻击”的原则，桩锤小，桩顶受打击次数过多，桩顶混凝土容易产生疲劳破坏；桩锤大，落锤距离控制不当，桩顶砼承受过大的打击力，发生碎裂。
        7）地下水位较高时，桩身未预留排气孔，且打桩机桩帽也未设置排气孔。
        （3）预防措施
        1）应根据工程地质条件，桩断面尺寸及形状，合理地选择桩锤。
        2）沉桩前应对桩构件进行检查，检查桩顶凹凸情况，桩顶平面是否垂直于桩轴线，桩尖有否偏斜，桩身强度及合缝位置的密实度，保证桩顶与桩帽的接触面紧密，平整，桩身质量满足要求。
        4）桩顶要加桩垫，桩垫失效或不符合要求时及时更换。
        5）施打前，应对照地勘报告，及时采取技术措施预防不良地质的危害。
        6）管桩预制时，须在每节桩桩端附件位置预留不小于3cm的排气孔，减少锤击过程中管腔内压缩空气的膨胀力。

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        3、沉桩达不到要求
        （1）现象
        管桩设计时是以最终贯入度和最终桩长为施工的控制条件的，根据地质条件，常以一种控制标准为主，以另一种控制标准为参考，有时沉桩达不到设计的最终控制要求。
        （2）原因
        1）地质勘测资料不够详尽，尤其是对持力层位置揭示不准确，致使设计考虑持力层或选择桩存在误差。
        2）地质条件比较复杂，存在局部硬夹层、或存在地下障碍物，如大块石头、砼块等。
        3）由于群桩沉桩时的挤密效应，后面沉入的桩无法沉到设计标高。
        4）桩锤选择太大或太小，使桩沉不到或超过设计要求的控制标。
        （3）预防措施
        1）详细探明工程地质情况，必要时应补勘。为正确选择持力层或标高提供依据。
        2）根据工程地质条件、桩断面及自重，合理选择施工机械、施工方法及打桩顺序。
        4、桩顶移位或上浮
        （1）现象
        在沉桩过程中，相邻的桩产生横向位移或桩身上浮。
        （2）原因
        1）桩入土后，遇到大块坚硬障碍物，把桩尖挤向一侧。
        2）两节桩或多节桩施工时，相接的两节桩不在同一轴线上，产生了偏心，桩位发生偏移。
        3）桩数较多，土壤饱和密实，桩间距较小，在沉桩挤土效应较为明显，相邻的桩挤压浮起或发生偏移。
        4）在饱和的软土地基施工较密集的群桩时，由于沉桩引起孔隙水压力迅速增大把相邻的桩挤向一侧或浮起。
        5）桩在预制时，桩身存在弯曲，或者有桩尖时，桩尖与桩轴线不重合或桩尖存在倾斜，沉桩时发生桩位偏移。
        （3）预防措施
        1）施工前应对桩构件要进行检查，发现桩身弯曲超过规定或桩尖不在桩纵轴线上的不宜使用。
        2）在桩身刚插入地面时，如发现桩不垂直应及时纠正。
        3）接桩时，要保证上下两节桩在同一轴线上，接头处应严格按照操作要求执行。
        4）采用井点降水、砂井或盲沟等降水或排水措施，减少沉桩过程中的孔隙水压力。
        5）沉桩时应根据地质条件，确定合理的施工打桩顺序，
        6）根据地质情况，合理控制桩间距。
        5、接桩处松脱开裂
        （1）现象
        接桩处经锤击后，出现松脱开裂现象。
        （2）原因
        1）管桩连接处端板表面没有清理干净，留有杂质、雨水油污等。
        2）管桩连接处端板不平整，存在较大空隙，致使焊接不牢。
        3）焊接质量不好，焊缝不连接，不饱满或有夹渣。
        4）焊接完成后，未按规定进行冷却即进行锤击施工。
        5）两节桩不在同一直线上，接桩处产生曲折，锤击时接桩处产生集中应力而破坏连接。
        （3）预防措施
        1）接桩前对管桩连接处端板部位上的杂质、油污等必须清理干净，焊接处用钢刷刷至露出金属光泽，保证连接部件清洁。
        2）管桩连接处端板焊接焊缝须连续、饱满，焊接完成后应对焊缝进行检查。
        3）接桩时，两节桩应在同一轴线上，焊接预埋件应平整服贴，焊接后，锤击数次，应再进行检查。
        4）焊接完成后应按照有关规定进行冷却，冷却方式及冷却时间须满足要求，得冷却完成后再进行锤击施工。
        总结
        锤击沉桩工艺沉桩效率高、对不同地质条件适应性较好，实际施工中需根据地质情况、管桩型号等因素合理选择施工机械，控制好施工过程中桩身垂直度及焊接质量，合理确定打桩顺序。
        参考文献：
        [1]GB 13476-2009，先张法预应力混凝土管桩[S]
        [2]吴珍雄，徐向羽.浅谈锤击打入式PHC管桩施工技术[J].大众科技，2009（7）.
        [3]刘宇文.预应力管桩施工常见问题及其对策[J].广东土木与建筑，2004（07）.
        [4]梁汉炯.锤击预应力管桩施工问题分析与处理[J].广东建材，2007（5）.