大直径预应力混凝土管桩在基坑支护中的技术应用

大直径预应力混凝土管桩在基坑支护中的技术应用

柳蒙

中煤江南建设发展 集团 有限公司 广东广州 510800

摘要：长期以来，基坑支护工程中支护桩大多采用（钻）冲孔混凝土灌注桩。但是，混凝土灌注桩在施工过程中因需用到泥浆护壁，容易导致施工过程中场地污染严重、且灌注桩成桩周期较长。当施工遇复杂地层，还容易出现缩径、塌孔、串孔等不良情况，成桩质量相对较难控制。而通过近几年大量的工程实例表明：高强度预应力混凝土管桩在基坑支护工程中的应用是能够有效提高施工效率。基于此，本文就将结合实际案例对其具体应用展开分析。

关键词：大直径；预应力混凝土管桩；基坑支护

引言：高强度预应力混凝土管桩（简称：PHC型管桩），当前，绝大多数工程中，PHC管桩都是被用作工程桩，在基坑支护工程中却应用的较少，这主要是由于PHC管桩的桩身抗弯能力不强。但随着近年来技术的不断升级和发展，新的桩型也应运而生，这些新桩型具有明显的优点和广泛的适用范围，在基坑支护工程中也能够取得良好的应用效果。

1、工程概况

奥园增城区石滩镇南坣村更新改造项目基坑支护工程，基坑开挖深度6.70m，支护结构形式：支护桩+锚索。本工程原支护桩设计为D800mm钻（冲）孔混凝土灌注桩。但是，由于项目工期紧、任务量重、钻（冲）孔灌注桩施工周期较长。通过设计方面计算，最终拟采用大直径预应力高强混凝土管桩做支护，管桩选材为PHC 700—B（130）；预应力混凝土管桩支护沉桩方式为液压锤施打沉桩方式施工。

由于该项目施工区域地质不同地层起伏变化较大，根据本基坑开挖深度为6.7m，地质起伏变化，本工程支护决定采用11-15m的预制钢筋混凝土管桩【PHC 700—B（130）】作为本项目的支护桩，桩端为粗砂层。与此同时，预制钢筋混凝土管桩【PHC 700—B（130）】在基坑支护工程中也是作为支护排桩，为保障后续工艺的施工，管桩沉桩过程中的桩身垂直度及桩身完整性控制就显得至关重要。

2、预应力混凝土管桩的工艺原理

根据大直径管桩吨位大、桩基节段长的特点，一般采用步履式打桩机（配大吨位导杆桩锤）施工，打桩机组成包括桩架、桩锤及附属设备等。桩架为一钢结构塔架，为便于起吊管桩和桩锤，会在其后部设有卷扬机。两根导杆组成一个导向架，并将其设置在桩架前面，可用于控制打桩方向，确保桩能够依据规定要求贯入地层。设置两根平行的竖直导杆在桩架前部，然后在两根导杆之间安装桩锤，用于提升吊钩吊升。冲击部分重量、冲击动能和冲击频率是打桩机的基本技术参数。组成部分包括锤座和锤头，桩锤以液压油为介质，依靠液压能是锤心上升到一定高度，然后快速卸油或同时反向供油使锤头快速下落，打击桩体。打桩锤具有冲击频率高，冲击能量大，公害少等优点，工作时撞击接触面能够产生理想的应力波，对于预制桩的打桩效果较好，液压打桩锤工作中应遵循重锤轻击，以较大的锤心重量，较低的冲击速度，较长的锤击作用时间为特点，适用于各类土层和桩型。

3、PHC 预应力管桩施工工艺及控制要点

3.1 PHC 预应力管桩施工顺序

管桩总体施工顺序应根据现场地形条件、土层情况进行综合规划，大吨位管桩施工机械走行效率较低，倒运成本高，现场应减少往返掉头的次数及长距离倒运，做好规划，确保施工顺序经济、合理。每个墩台的施工顺序应根据桩距大小、斜桩方向、桩机移位等因素来确定，一般地段，可从中间分向两边或周边进行打桩；若基坑较大，可将其划分阶段，在各段内分别施工；为保证桩的施工质量，避免出现中间土壤被挤密问题，最好不要从周边向中间进行；针对亚黏土和黏土地区，为避免出现桩基不均匀沉降问题，尽量不要按一个方向前进施工，容易使土挤向一边，但若桩距大于 4 倍桩径，可不受该限制。若在沉桩施工周围有地下管线或建筑物时，为避免沉桩时的挤土对其形成不利影响，应采取跳打的方法或者沿着被保护的建筑物方向进行沉桩。

3.2直桩施工

打桩前，应对到场的PHC 预应力管桩进行检查和报检，核对配桩长度是否满足设计桩长，桩身是否存在裂纹及蜂窝、麻面现象等。桩节应摆放在桩机正前方，不能斜向或长距离起吊，起吊应有专人进行指挥，钢丝绳应经过检算，吊点的选择应满足规范要求，起吊时应有限位，防止桩节摆动，使其缓慢套入桩帽内，且桩帽与桩头之间应设置弹性衬垫，其厚度应为150～200mm，施工期间应经常检查，及时更换或补充。

其次，在开始沉桩时应起锤轻压或轻击数锤，观测桩身、桩架、桩锤的垂直度是否满足设计及规范要求，如不满足，则应拔出重新对位，待其一致后即可按正常落锤高度进行沉桩，一般落锤高度不得大于2m。管桩在入淤泥层下沉较为容易，应采用低提锤、轻打下，随着沉桩的加深沉速减慢，逐步增加起锤高度，在沉桩的过程中，要保持桩锤、桩身在同一轴线上，不能使桩受到偏心施打。每根桩应连续施工，不能中断，以免形成桩周土体固化、沉桩困难，且硬打易造成桩头破碎；在沉入困难的地段，应分析具体原因，采取相应的措施处理，或增加辅助沉桩措施。

值得注意的是，在未达到设计标高、而锤击次数已达限值、贯入度达到设计及规范值的情况下，应请设计和监理人员现场进行确认，是否达到停锤标准。锤击沉锤应用适合桩头尺寸的桩帽，桩帽的作用是保持桩头正位，避免锤击偏心和锤击应力集中，可起到缓冲和均匀分布打桩时的打击应力的作用，从而增加撞击的持续时间和桩的贯入次数，通常情况下，为便于桩头转动，在桩头上桩帽会套得松些，然而过松也不利于施工开展，应注意适度。

3.3管桩封底

通常来说，在管桩第一节施打(压)完毕后，需要立即往管内填灌C25补偿微膨胀砼封底，管内填灌细石砼封底:因地下水进入桩管后，若桩尖与桩管处缝存有缝隙，水便从缝隙处流入岩层，岩层特别是泥岩遇水后塑性增大，岩性变软，强度降低，承载力下降，从而使桩端承载力降低。故应在桩管施打后应立即往桩管内浇灌C25混凝士进行封底，混凝土在桩管内的高度为1.5米，以防桩管内水流入岩层。

另外，在遇水易软化的地质条件下采用预应力管桩作为工程桩，一般设计均会要求进行桩芯封底处理以阻止地下水、地表水通过桩芯孔浸泡桩端持力层，从而造成持力层变软而降低承载力。采用静力压桩方式进行预应力管桩施工时，一般在完成第一段桩压至顶桩距地面0.5m～1m时进行封底混凝土浇灌，然后再进行接桩或送桩，因为第一段桩的长度基本在8m～15m，桩芯孔封底混凝土浇灌很容易产生离析、不密实，无法达到封底的目的。

3.4工程桩检测和验收

工程桩检测的主要内容包括单桩竖向抗压承载力和桩身的完整性。整个检测过程需严格按照相关规范和质检要求来执行。具体工程桩检测对象是由建设方、监理方和检测方来共同商讨确定的。

除此之外，在工程施工完毕后，建设方组织项目参与方对桩基施工进行检查和验收，其验收依据主要是施工质量验收规范。最终，各参与方一致通过该工程项目的桩基施工验收，统一进行后续施工工作。

结束语：

目前，我国预应力混凝土管桩行业仅有20多年的发展历史，在未来很长一段时期，随着我国的基础建设发展，管桩行业还会持续发展，随着当今世界对节能减排、绿色无污染发展的重视，管桩行业也会向着更加环保、节能、自动化的方向前进，管桩行业会在优化已有技术的同时，开发出更新的原材料，更先进的生产工艺和施工技术，促进管桩行业的快速、可持续发展。

参考文献：

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