林竹庭
中铁十七局集团第五工程有限公司 广东江门 529000
摘要： 为了保证高强预应力管桩(PHC管桩)施工质量，确保 PHC管桩加固软土地基的效果。通过 PHC管桩在广东某高速公路软土地基工程的施工，PHC管桩施工过程的质量控制要点及注意事项进行了详细阐述。加固后路基沉降量达到要求，达到了预期的加固效果。
关键词：路基；高强度预应力管桩；质量控制
1．前言
PHC 管桩是由侧阻力和端阻力共同承受上部荷载，可选择强风化岩层，全风化岩层，坚硬的粘土层或密实的砂层(或卵石层)等多种土质作为持力层，且对持力层起伏变化大的地质条件适应性强，因此适应地域广，建筑类型多。广泛应用于60 层以下的多种高层建筑以及工业与民用建筑低承台桩基础，铁路、公路与桥梁、港口、码头、水利、市政、构筑物，及大型设备等工程基础。珠三角地区软基分布广，软基层深度较大，路基软基处理施工多采用预应力管桩。因施工不规范、施工过程质量控制不到位等原因，部分公路管桩的群桩效应未充分发挥，工后沉降较大，对行车舒适性和形成安全造成不同程度的影响。如何保证和提高PHC管桩施工质量是确保路基软基处理效果的重要研究内容。本文通过广东某高速工程实践，总结出了公路路基高强度预应力管桩施工的质量控制要点和方法，希望对同类工程有一定的参考意义。
2.工程概况
某高速龙溪互通立交F匝道FK0+000~BK0+326.6段路基为填方路基段，根据工程地质报告提供的资料，该段地基处理方案主要考虑处理地表以下的淤泥、淤泥质粘土层、淤泥质粉质粘土及粉细砂等土层，处理层厚度一般要求穿透软土层。该段软土路基处理层深度为33m，采用高强度预应力管桩进行软基处理，管桩设计长度34.6米，桩基进入持力层1米以上。管桩采用PC-A300（70）桩，选用平底十字型钢桩尖。桩间距为2.4m，按正方形布置。桩顶设计1.3*1.3米钢筋混凝土托板，上铺设两层碎石垫层，每层厚30cm，上铺两层双向钢塑土工格栅形成复合褥垫层，桩、托板与复合褥垫层整体共同承担上部荷载并对荷载向下扩散通过桩向深层地基传递，缓解基础底面的应力集中。桩基采用锤击法进行施工。
3.桩基施工工艺
锤击法 PHC管桩施工的工序流程见图1。
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4. 施工质量控制
4.1施工前排水
管桩为预制打入桩，其在打入过程中会产生很大的超静孔隙水压力，造成已打入桩的歪斜、上浮等，不利于保证工程质量，因此在打入管桩之前先打入塑料排水板。塑料排水板的作用为是-方面快速消散打桩过程中的超静孔隙水压力,另一方面协调桩土变形。
4.2 管桩的验收、吊运、堆放
(1）管桩的进场验收
管桩进场后，应按照《先张法预应力砼管桩》（GB13476-2009）的国家标准或广东省的地方标准对管桩的外观、桩径、长度、壁厚、桩身弯曲度、桩端头板的平整度、桩身强度以及桩身上的材料标识等按规范进行验收，并审查产品合格证明文件，把好材料进场验收关。抽查数量不得少于2%的桩节数且不得少于2节。当抽检结果出现一根桩节不符合质量要求时，应加倍检查，若再发现有不合格的管桩，该批管桩不准使用并必须撤离现场。
（2）管桩的吊运
管桩吊运时，宜选用平板拖车运输，在运输过程中应采取可靠地措施以确保管桩不受损伤，装卸采用吊机作业。单节管桩可用专用吊钩钩住管桩两端内壁直接进行水平起吊，吊绳与管桩夹角应大于45°。管桩起吊运输过程中应平稳轻放，以免受振动、冲撞。
（3）管桩的堆放
① 现场管桩堆放场地应平整坚实，排水条件良好。
② 当管桩在场地内堆放时，单层或2层叠放管桩，不宜超过2层叠放管桩。
③ 叠层堆放管桩时，应在垂直于管桩长度方向的地面上设置2道支撑垫木，支撑垫木支点应设在距两端0.21倍桩长处，两支点之间不得有突出地面的石块等硬物，见图2；在最外缘处的管桩应在垫木处永木楔塞紧以防滚动。当在桩位附近准备施工时宜单层放置，且必须设支垫。
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4.4管桩施工
（1）桩尖
（1）桩尖宜在工厂焊接；工地焊结时应在堆放时焊接，桩尖与桩端板面的错位不应大于2mm；严禁在管桩悬吊就位时仰焊或是点焊。
（2）焊好的桩尖应自然冷却后，方可插桩，手工电弧焊的自然冷却时间不应少于5分钟。
（2）沉桩
1）桩架平稳地架设在打桩部位，用钢缆拉牢，打桩机的安装，必须按照有关程序或说明书进行。
2）桩机就位。打桩机就位时，对准桩位，垂直稳定，确保在施工中不倾斜、移动。
3）打桩前，应在桩身一面标上每米数标记，以便了解沉桩过程中的贯入量、作沉桩记录。
4）沉桩应确保桩锤、桩帽或送桩器与桩身在同一轴线上，并随时检查桩的垂直度，当桩身垂直度偏差超过0.8％时，应找出原因设法纠正；当桩尖进入硬土层后，严禁移动桩架等强行回扳的方法纠偏。
5）沉桩过程中，宜重锤低击，适当控制锤击数，以防止桩身疲劳破坏。
6）根据地质情况，对有溜桩可能的桩预先采取措施，防止造成机损和断桩事故。所以应先认真分析地质资料，施工时宜控制锤击能量，防止桩身出现过大的拉应力；在软硬土相间的土层中沉桩，当桩尖将进入软土层时，可采用间断锤击，控制锤击能量；如出现溜桩现象，应立即停锤。
7）当打桩过程中遇到贯入度突变、桩头桩身混凝土破裂、桩身突然倾斜跑位、锤击数过多以及地面明显隆起、临桩上浮或位移过大时，应暂停打桩，并及时与设计、监理等共同分析原因，采取相应措施后在续打。
8）沉桩过程中应按照要求填写沉桩记录。
9）打桩的顺序按下列原则确定：
① 根据桩的密集程序，打桩顺序可采取从中间向两边对称施打；或从中间向四周施打；或从一侧向另一侧施打。
② 根据基础设计标高，以先深后浅进行施打。
③ 根据桩位与原有建筑物的距离，宜先近后远进行施打。
（3）接桩
① 接桩前，再次复核桩位，及时校正。
② 下节桩宜露出地面0.5-1.0m，以方便焊接作业。下节桩的接头处宜设导向措施，错位偏差不应大于2mm。如下节桩身略有倾斜（垂直度偏差小于1%），上节桩身应与下节桩身保持顺直，两端面应紧密贴合，不得在接头处出现间隙，严禁在接头间隙中填塞铁片、铁丝、焊条头等杂物。
③ 焊接时，管桩对接前上下端板表面应用铁刷子清洁干净，坡口处应刷至露出金属光泽。
④ 焊接层数宜为3层，不得少于2层。内层焊渣必须清理干净后方可在外层施焊。焊接时要由两人同时对称施焊，焊缝应饱满连续，焊接部分不得有咬边、焊溜、夹渣、气孔、裂缝、漏焊等外观缺陷。烧焊结束后，应冷却5～8分钟（二氧化碳保护焊除外），严禁用水冷却或焊好即打。
⑤ 手工电弧焊宜采用E4303或E4316电焊条，应具有出厂合格证，其质量应满足国标《碳钢焊条规范》GB/T5117-1995的规定，第一层焊接时焊条直径不应大于4mm。
⑥ 出现下列情况是应采取防护措施或停止施工：
a、电弧焊接时，风速大于等于8m/s；
b、相对湿度大于90％；
c、下雨
（4）送桩
“送桩（工具）”的中心线与桩身吻合一致方能进行送桩。送桩深度一般不宜超过2m。
（10）当桩的打入深度和贯入度达到设计要求时，一般要求最后三阵（10击为一阵）的平均贯入度不大于设计规定，并且三阵（10击为一阵）的贯入度不能递增。同时根据地质资料核对桩尖入土深处的地质情况，符合设计要求后，方可收锤，移动桩机。
（11）打桩时由专职记录员做好施工记录。开始打桩时，记录每沉落1m所需的锤击数并记录桩锤下落的平均高度。当下沉接近设计标高和贯入度要求时，在一定的落锤高度下，以每落锤十击为一阵击阶段，测量其贯入度并登记入表。
（5）截桩
1）截桩时机和高度宜考虑桩基检测操作的便利性。
2）截除时，应采用锯桩器截割，严禁用大锤横向敲击或扳拉截断。
3）截桩后应用水准仪测量桩顶标高，其与设计标高偏差为±10mm。
5.常见问题分析及质量控制措施
5.1桩身断裂现象
（1）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，同时当锤跳起后，桩身随之出现回弹现象。
（2）原因分析
桩身在施工中出现较大弯曲，在反复的锤击下，当桩身不能承受抗弯强度时，即产生断裂。
桩身弯曲的原因有：
①一节桩的长细比过大，沉入时，又遇较硬的土层。
②桩尖烧焊时偏离桩的纵轴线较大。沉入时桩身发生倾斜或弯曲。
③桩入土后，遇到大块坚硬障碍物，把桩尖挤向一侧。
④稳桩时不垂直，遇到大块坚硬障碍物，把桩尖挤向一侧。
⑤两节桩或多节桩施工时，相接的两节桩不在同一轴线上，产生了曲折。
⑥桩锤没垫平，桩在长时间打击中，桩身受到拉、压应力，当压应力值大于桩混凝土抗压强度时，桩身某处即产生横向裂缝，表面混凝土散落，如压应力过大，混凝土发生破碎，桩身即断裂。
⑦桩在堆放、起吊、运输过程中处理不妥也能产生裂纹或断裂。
（3）质量控制措施
对进场桩进行检查，发现桩身有裂纹（超过规定）的不得使用，桩尖要烧在桩轴线上。
在初沉桩过程中，如发现不垂直及时纠正，如有可能，应把桩拔出，清理完障碍物或回填土后重新沉桩。当桩入土一定深度发生严重倾斜时，不宜采用移动桩架来校正。接桩时，要保证上下两节桩在同一轴线上，接头要焊满焊好。
桩在堆放、起吊、运输过程中，要按规操作，发现桩身开裂超过规定时，不得使用。
5.2桩顶破裂现象
（1）在沉桩过程中，桩顶出现混凝土掉角、碎裂、坍塌，甚至桩顶钢筋全部外露打坏。
（2）原因分析
桩身外形质量不符合要求，如桩顶不平，桩顶平面与桩轴线不垂直，桩顶保护层厚等。桩顶与桩帽的接触面不平，替打木表面倾斜，桩沉入土中时桩身不垂直，使桩顶面倾斜，造成桩顶局部受集中应力而破碎。
沉桩时，桩顶缓存垫损坏后未及时更换，使桩顶直接承受冲击荷载。
（3）质量控制措施
沉桩前应对桩身质量进行检查，对不符合规范要求的桩不宜采用。检查桩帽与桩的接触面处替打木是否平整，如不平整应进行处理后才能施工。沉桩时稳桩要垂直，桩顶应加纸垫平，如桩垫失效应及时更换。
5.3沉桩达不到设计要求现象
5.3.1原因分析
(1)由于地质勘探点不够等原因，不能详细探明地下局 部土层分布情况，导致管桩下沉时遇到孤石等障碍物；
(2)地质变化的原因，持力层 的标高面存在高低不同，沉 桩时相邻桩会出现不同贯入度和高差。
(3)由于接桩焊接或打桩机故障造成下沉过程中断，桩 尖在硬土层内停留时间过长，沉桩阻力增加，使桩无法沉到设 计深度。
5.3.2预防措施
(1)与地质资料报告核对，必要时补勘探测，正确确定持 力层或标高。
(2)控制施工过程中停歇时间，避免在硬质土层 中焊接接桩 ，制定合理的配桩组合。
(3)根据工程地质条件，合理地选择施工方法和施工顺序。
(4)仔细查明原因，采用换锤或射水等辅助措施沉桩，但在黏土层禁止采用射水。
4.4桩顶位移现象
在沉桩过程中，相邻的桩产生横向位移或桩身上升。
4.4.1原因分析
（1）桩入土后，遇到大块坚硬障碍物，把桩尖挤向一侧。
（2）接桩时，相接的两节桩不在同一轴线上，产生了曲折。
（3）每天成桩数量太多、沉桩速率太快、布桩过密。
（4）桩位放得不准，偏差过大；施工中桩位标志丢失或挤压偏离。
（5）施工顺序不当，导致应力扩散不均匀。
4.4.2质量控制措施
（1）对进场桩进行检查，发现桩身有裂纹（超过规定）的不得使用，桩尖要烧在桩轴线上。
（2）在初沉桩过程中，如发现不垂直及时纠正，如有可能，应把桩拔出，清理完障碍物或回填土后重新沉桩。当桩入土一定深度发生严重倾斜时，不宜采用移动桩架来校正。接桩时，要保证上下两节桩在同一轴线上，接头要焊满焊好。
（3）减少接桩节数 ，接桩时要确保上下两节桩的轴线在 一条直线上。
（4）制定合理的施工顺序，尽量平衡土体应力分布。
参考文献：
[1] 刘大勇，地基基础工程施工细节详解，机械工业出版社
[2] [代亚辉 ．PHC管桩锤击法施工质量控制[J]．长沙铁道学院学报 (社会科学版)，2010
[3]《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2002)。