建筑施工之先张预应力管桩施工

'建筑施工之先张预应力管桩施工7-2-6-1桩规格与适用条件先张预应力管桩，简称管桩，系采用先张法预应力工艺和离心成型法，制成的一种空心圆柱体细长混凝土预制构件。主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成如图7-60所示。图7-60预应力管桩示意1-桩身；2-钢套箍；3-端头板；D-外径；t-壁厚管桩按桩身混凝土强度等级分为预应力混凝土管桩（代号PC桩）和预应力高强混凝土管桩（代号PHC桩），前者强度等级不低于C60；后者不低于C80。PC桩一般采用常压蒸汽养护，脱模后移入水池再泡水养护，一般要经28d才能使用。PHC桩，一般在成型脱模后，送入高压釜经10个大气压、180℃左右高温高压蒸汽养护，从成型到使用的最短时间为3~4d。管桩规格按外径分为300mm、400mm、500mm、550mm、600mm、800mm和1000mm等，壁厚由60~130mm。每节长一般不超过15m，常用节长8~12m，有时也生产长达25~30m的管桩。 预应力管桩具有单桩承载力高，桩端承载力可比原状土提高80%~100%；设计选用范围广，单载承载力可从600kN到4500kN，既适用于多层建筑，也可用于50层以下的高层建筑；桩运输吊装方便，接桩快速；桩长度不受施工机械的限制，可任意接长；桩身耐打，穿透力强，抗裂性好，可穿透5~6m厚的密实砂夹层；造价低廉，其单位承载力价格仅为钢桩的1/3~2/3,并节省钢材。但也存在施工机械设备投资大，打桩时振动、噪声和挤土量大等问题。适用于各类工程地质条件为粘性土、粉土、砂土、碎石类土层以及持力层为强风化岩层、密实的砂层（或卵石层）等土层应用，但不适用于石灰岩、含孤石和障碍物多、有坚硬夹层的岩土层中应用。7-2-6-2打（沉）桩工艺方法要点1．预应力管桩沉桩方法较多，目前国内主要采用锤击法，多采用爆发力强、锤击能量大、工效高的筒式柴油锤沉桩。但这种锤工作时振动和噪声大，有的地区如广东还采用大吨位静压预应力管桩施工工艺，采用4000~6800kN静力压桩机，可压φ500、φ550mm的管桩到设计持力层；亦有的采用预钻孔后植桩的施工工艺，先用长螺旋钻机引孔，然后用打（压）桩机将管桩打（压）到设计持力层。2．预应力管桩常用打（沉）桩工艺流程如图7-61所示。图7-61预应力管桩施工工艺流程（a）测量放样、桩机和桩就位对中调直；（b）锤击下沉；（c）电焊接桩；（d）再锤击、再接桩，再锤击；（e）收锤，测贯入度1-打桩机；2-打桩锤；3-桩；4-接桩3．管桩施工应根据桩的密集程度与周围建（构）筑物的关系，合理确定打桩顺序。 一般当桩较密集且距周围建（构）筑物较远，施工场地较开阔时，宜从中间向四周对称施打；若桩较密集、场地狭长、两端距建（构）筑物较远时，宜从中间向两端对称施打；若桩较密集且一侧靠近建（构）筑物时，宜从毗邻建（构）筑物的一侧开始向另一方向施打。若建（构）筑物外围设有支护桩，宜先打设工程桩，再后打设外围支护桩。根据桩的入土深度，宜先打设深桩，后打设浅桩；根据管桩的规格，宜先大后小，先长后短；根据高层建筑塔楼（高层）与裙房（低层）的关系，宜先高后低。4．管桩施打应合理选择桩锤，桩锤选用一般应满足以下要求：（1）能保证桩的承载力满足设计要求；（2）能顺利或基本顺利地将桩下沉到设计深度；（3）打桩的破碎率能控制在1%左右，最多不超过3%；（4）满足设计要求的最后贯入度，最好为20~40mm/10击，每根桩的总锤击数宜在1500击以内，最多不超过2000~2500击。管桩施打一般多采用筒式柴油锤，其型号选用可参考表7-78。选择筒式柴油打桩锤参考表表7-78柴油锤型号25型32型~36型40型~50型60型~62型70型~72型80型适用管桩规格φ300φ400φ300φ400φ400φ500φ500φ550φ600φ550φ600φ600φ8005．预应力管桩打（沉）桩施工工艺程序为：测量定位→桩机就位→底桩就位、对中和调直→锤击沉桩→接桩→再锤击→再接桩→打至持力层→收锤。6．打桩前应通过轴线控制点，逐个定出桩位，打设钢筋标桩，并用白灰在标桩附近地面上画上一个圆心与标桩重合、直径与管桩相等的圆圈，以方便插桩对中，保持桩位正确。7．底桩就位前，应在桩身上划出单位长度标记，以便观察桩的入土深度及记录每米沉桩击数。吊桩就位一般用单点吊将管桩吊直，使桩尖插在白灰圈内，桩头部插入锤下面的桩帽套内就位，并对中和调直，使桩身、桩帽和桩锤三者的中心线重合，保持桩身垂直，其垂直度偏差不得大于0.5%。桩垂直度观测包括打桩架导杆的垂直度，可用两台经纬仪在离打桩架15m以外成正交方向进行观测，也可在正交方向上设置两根吊陀垂线进行观测校正。8．锤击沉桩宜采取低锤轻击或重锤低打，以有效降低锤击应力，同时特别注意保持底桩垂直，在锤击沉桩的全过程中都应使桩锤，桩帽和桩身的中心线重合，防止桩受到偏心锤打，以免桩受弯受扭。9． 桩的接头过去多采用法兰盘螺栓连接，刚度较差。现今都在桩端头埋设端头板，四周用一圈坡口进行电焊连接。当底桩桩头（顶）露出地面0.5~1.0m时，即应暂停锤击，进行管桩接长。方法是先将接头上的泥土、铁锈用钢丝刷刷净、再在底桩桩头上扣上一个特制的接桩夹具（导向箍），将待接的上节桩吊入夹具内就位，调直后，先用电焊在剖口圆周上均匀对称点焊4~6点，待上、下节桩固定后卸去夹具，再正式由两名焊工对称、分层、均匀、连续的施焊，一般焊接层数不少于2层，焊缝应饱满连续，待焊缝自然冷却8~10min，始可继续锤击沉桩。10．在较厚的粘土、粉质粘土层中施打多节管桩，每根桩宜连续施打，一次完成，以避免间歇时间过长，造成再次打入困难，而需增加许多锤击数，甚至打不下而先将桩头打坏。11．当桩尖（靴）被打入设计持力层一定深度，符合设计确定的停锤条件时，即可收锤停打，终止锤击的控制条件，称为收锤标准。收锤标准通常以达到的桩端持力层、最后贯入度或最后1m深桩桩锤击数为主要控制指标。桩端持力层作为定性控制；最后贯入度或最后1m沉桩锤击数作为定量控制，均通过试桩或设计确定。一般停止锤击的控制原则是：桩端（指桩的全截面）位于一般土层时，以控制桩端设计标高为主贯入度可作参考；桩端达到坚硬、硬塑的粘性土、中密以上粉土、砂土、碎石类土、风化岩时，以贯入度控制为主，桩端标高可作参考。当贯入度已达到而桩端标高未达到时，应继续锤击3阵，按每阵10击的贯入度不大于设计规定的数值加以确认，必要时施工控制贯入度应通过试验与有关单位会商确定。12．为将管桩打到设计标高，需要采用送桩器，送桩器用钢板制作，长4~6m。设计送桩器的原则是：打入阻力不能太大，容易拔出，能将冲击力有效地传到桩上，并能重复使用。13．管桩打（沉）桩常遇问题及预防处理方法，见表7-79。管桩打（沉）桩常遇问题及预防、处理方法表7-79名称、现象产生原因预防措施及处理方法桩顶偏位（在沉桩过程中，相邻的桩产生横向位移）1．测量放线有误；或插桩“对中”工作马虎2．打桩顺序不当，易引起桩顶大偏位3．在软土层中，先施工的桩易被挤动4．遇孤石或其他障碍物将桩挤向一旁5．桩尖沿基岩倾斜而滑移6．接桩不直，桩中心线成折线形，造成桩顶偏位 测量放线应经复测后使用；插桩应认真对中；打桩应按规定顺序进行；避免打桩期间同时开挖基坑；施工前用洛阳铲探明地下孤石、障碍物，较浅的挖除，深的用钻钻透或爆碎；接桩应吊线找直，垂直偏差应控制在0.5%以内偏位过大，应拔出，移位再打；偏位不大，可用木架顶正，再慢锤打入；障碍物不深，可挖去回填后再打桩身倾斜（桩身倾斜超过规范规定）1．打桩机导杆弯曲或场地不平，或场地承载力不足产生倾斜2．插桩不正，底桩倾斜率过大或桩身弯曲度过大3．开始沉桩，桩未站稳就猛烈锤击，或施打时桩锤、桩帽、桩身中心线不在同一直线上，受力偏心4．桩垫锤垫不平或桩帽太大引起锤击偏心而使桩身倾斜5．接桩不直产生曲折6．打桩顺序不当先打的桩被挤斜7．遇孤石和坚硬障碍物或桩尖沿倾斜产生滑移打桩机导杆弯曲应纠正；打桩场地应整平夯压坚实；插桩要吊线锤检查，桩帽、桩身和桩尖必须在一条垂线上方可施打；桩身弯曲度应不大于1%，过大的不宜使用；开始沉桩应临时固定牢，并轻锤慢击；施打时应使桩锤、桩帽、桩身在同一直线上，防止受力偏心；桩垫、锤垫应找平，桩帽与桩周围的时间隙应为5~10mm，不宜过大；接桩应吊线锤找直，垂直度偏差不应大于0.5%；打桩顺序应按规定进行。产生原因7的防治措施同“桩顶偏位”的防治措施桩顶破碎（沉桩时，桩顶出现混凝土掉角、碎裂或被打碎，桩顶钢筋局部或大部分外露）1．桩的制作质量差，混凝土强度未达到要求，或桩头严重跑浆，存在孔洞；或蒸养制度不当，引起脆性破坏2．搬运、吊装、堆放过程中碰撞损坏3．桩锤选用不当，锤过重，锤击应力太大将桩头击碎；或锤太轻，锤击次数增多，使桩顶产生疲劳破坏4．桩帽太小、太大、太深或接头尺寸偏差太大5．遇到孤石、硬岩面时继续猛打，或贯入度要求太小或总锤击次数过多，或每米锤击数过多6．在厚粘性土层中停歇时间过久，再重新施打时易将桩头打坏加强桩制作质量控制，保证桩头混凝土密实性和强度达到设计要求；桩运输、堆放、吊装中防止碰撞损坏桩头；合理选用桩锤，不使过重或过轻；桩帽宜做成圆筒形，套桩头用的筒体深度宜为35~40cm，内径应比管径大2~3cm，不使空隙过大；遇孤石可采用小钻孔再插管桩的方法施打；合理确定贯入度或总锤击数，不使过小或过多；在厚粘性土层中停歇时间不应超过24h桩身断裂（包括桩尖破损、接头开裂，桩身出现横向、竖向或斜向裂纹及断裂）1．在砂土层中施打开口管桩，下端桩身有时被挤产生劈裂2．遇孤石和裸露的岩面仍硬打，易将桩尖击碎3．接桩质量差，引起接头开裂4．接头电焊时自然冷却时间不够，焊后立即施打，焊缝遇水脆裂；或接缝间隙填塞钢板太少，锤击时应力集中，引起接头破损5．管桩制作严重漏浆，或管壁太薄，桩身强度不够或养护制度不当，桩身混凝土变脆6．打桩时未加桩垫或桩垫太薄 7．桩身预应力值不够，不足以抵抗锤击时的拉应力而产生横向裂缝8．桩身自由段长细比过大，沉入时遇坚硬土层，易使桩断裂9．桩在堆放、吊装和搬运过程中已裂缝或断裂，未认真检查或加固就使用在砂土层中沉桩，桩端应设桩靴，避免采用开口管桩；遇孤石和岩面避免硬打；接桩要保持上，下节桩在同一轴线上，焊接焊缝应饱满，填塞钢板应紧密；焊后自然冷却8~10min始可施打；管桩制作严格控制漏浆、管壁厚度和桩身强度；打桩时要设合适桩垫，厚度不宜小于12cm；桩身制作预应力值必须符合设计要求；沉桩桩身自由段长细比不宜超过40；桩在堆放、吊装和搬运过程中避免碰冲产生裂缝或断裂，沉桩前要认真检查，已严重裂缝或断裂的桩，避免使用沉桩达不到设计的控制要求（沉桩未达到设计标高或最后贯入度及锤击数控制指标要求）1．勘察资料太粗或有误2．设计选择持力层不当或设计要求过严3．沉桩时遇到地下障碍物或厚度较大的硬夹层4．选用桩锤太小，或柴油锤破旧，跳动不正常5．桩尖遇到密实的粉土或粉细砂层时打桩会产生“假凝”现象，但间隔一段时间以后，又可继续打下去6．桩头被击碎或桩身被打断，无法继续施打7．布桩密集或打桩顺序不当，使后打的无法达到设计深度，并使先打的桩上升涌起8．打桩间隔时间过长，摩阻力加大详细探明工程地质情况，必要时应作补勘；合理选择持力层或标高，使符合地质实际情况；探明地下降碍物和硬夹层，并清除掉或钻透或爆碎；选用桩锤不能太小，旧柴油锤应检修合格方可使用；桩头被打碎，桩身被打断应停止施打，或处理后再施打；打桩应注意顺序，减少向一侧挤密；打桩应连续进行，不宜间歇时间过长，必须间歇时，不宜超过24h14．质量控制（1）施工前应检查进入现场的成品桩，接桩用电焊条等产品质量。（2）施工过程中应检查桩的贯入情况、柱顶完整状况、电焊接桩质量、桩体垂直度、电焊后的停歇时间。重要工程应对电焊接头作10%的焊缝探伤检查。（3）施工结束后应作载荷试验，以检验设计承载力，同时应作桩体质量检验。载荷试验及桩体质量检验数量要求同7-2-4打（沉）入式混凝土预制桩施工。（4）先张法预应力管桩的质量检验如表7-80所示。成品桩均在工厂生产，随产品出厂有质量保证资料，一般在现场仅对外形进行检验。先张法预应力管桩质量检验标准表7-80项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1桩体质量检验按基桩检测技术规范按基桩检测技术规范2桩位偏差见表7-66用钢尺量3承载力按基桩检测技术规范按基桩检测技术规范一般项目1成品桩质量：外观无蜂窝、露筋、裂缝、色感均匀、桩顶处无孔隙直观桩径mm±5用钢尺量 管壁厚度桩尖中心线顶面平整度桩体弯曲mmmmmm±5＜210＜1/1000l用钢尺量用钢尺量水平尺量用钢尺量，l为桩长2接桩：焊缝质量见表7-96见表7-96电焊结束后停歇时间上下节平面偏差节点弯曲矢高mmmm＞1.0＜10＜1/1000l秒表测定用钢尺量用钢尺量，l为两节桩长3停锤标准设计要求现场实测或查沉桩记录4桩顶标高mm±50水准仪'