1.概述

1.1预应力管桩的生产

　　预应力管桩是采用预应力工艺、经离心成型、常压—高压蒸汽养护工艺在工厂标准化、规模化生产制造的预应力中空圆筒体细长混凝土预制件，主要由圆筒形桩身、端头板合钢套箍等组成。按预应力施加方法可分为先张法预应力管桩和后张法预应力管桩。按混凝土强度等级分为预应力混凝土管桩（PC）和预应力高强混凝土管桩（PHC）。PC管桩混凝土强度等级不低于C50,PHC管桩混凝土强度等级不低于C80。现在国内研制生产的预应力管桩70％以上都是PHC管桩，广东地区几乎100％都是PHC管桩，根据有关统计资料显示，使用预制桩的比例大致是：RC与PC管桩分别占1％，PHC管桩占93％，其它占5％。

　　PHC管桩离心成型混凝土密实，高压蒸养、效率高周期短，24小时可出厂使用。混凝土强度在C80～C100；抗弯性能好、抗震性能好；施工现场整洁、安全，单位承载力造价低；综合效益好，投资回收快；施工速度快，工效高（200米／台班）；对地质条件适应性强；检测、质量处理简便、快捷。

1.2预应力管桩发展前景

　　我国应用预应力管桩最早的地区是台湾，上世纪60年代中期即开始生产PC管桩；其次是铁道部北京丰台桥梁厂，是我国研制应用预应力管桩最早的厂家之一，1966年开始研制生产直径550mmPC管桩，并形成批量生产至今；60年代末为建设南京长江大桥需要，大桥工程局三处也开始生产预应力管桩至今。1981年日本人在香港建厂生产PHC管桩，从此港澳地区大量应用预应力管桩。浙江、上海、江苏、福建等地推广应用预应力管桩也发展很快，2001年浙江省生产应用管桩约1000万m，东北地区也在探索或试用阶段。广东开始研制生产PHC管桩是在上世纪九十年代初期，经过十几年的迅猛发展，现有PHC管桩企业63家，年生产应用超过7000万米。PHC管桩正逐渐取代各种现场灌注桩、预制方桩等，成为广东省尤其是珠江三角洲地区建筑基础材料的主导。天津建华2002年4月成立于天津市东丽区，占地95亩，注册资本1000万元，固定资产8000万元，现有员工480人，中高级工程技术人员26人，已建两条生产线，年生产管桩达300万米。产品覆盖整个华北、东北地区。

　　有关专家早在1993年就对我国管桩提出总体构想，即从广东出发，沿海北上，直指东北；沿长江、黄河西进，进入成都平原和黄土高坡。广东1992年PHC管桩的应用量是200万米，此后不断增加。从1999年开始，每年增幅拉大，从过去的200～300万米，上升到1000万米以上，2004年全年应用量达7000万米，十几年来累计应用近3亿米。

1.3预应力管桩的设计参数

　　压桩机的压桩能力一般选为1.2～1.5倍管桩极限承载力值，采用抱压式,有680,700型，压桩分低压力:800～1600kN，小直径300mm，400mm,大压力6000kN～8000kN,大直径400～600mm,目前管桩直径有300,400,500,600mm,壁厚有70,95,100,105,125mm,类型有A型为抗压桩,B型为抗拨桩,桩身混凝土强度多采用C80,桩长为8～12m,桩尖型式为封口型和开口型,封口型分十字型和圆锥型,不同的桩尖适用于不同的土质情况。

　　预应力管桩的设计参数

1.4预应力管桩的优缺点

　　(1)身性能高,抗击性能好,适用于不同的荷载和不同埋深持力层。当预应力管桩采用开口桩尖时，可以减少排土量，减少场地的隆起及对周围建筑的影响；

　　(2)与预制混凝土方桩比，混凝土用量小,节约材料。Φ600mm钻孔灌注桩每m混凝土桩长为3.54m，桩的表面积为6.67m，Φ500mm空心管桩，每m混凝土桩长为5.10m，桩的表面积为8.01m，与钻孔灌注桩相比，表面积提高20%，即桩的侧阻力提高20%。桩混凝土造价低，直径为400mm的PHC管桩90元／m，直径500mm的PHC管桩约100元／m，管桩基础工程费用仅占建筑物总造价的百分之几。

　　(3)钻孔桩成孔质量较难保证，孔底沉渣难以清干净，影响承载力。预应力空心管桩由工厂制作，桩身质量可靠性好，成桩时间短，桩的入土深度较钻孔灌注桩直观。

　　(4)钻孔灌注桩施工现场环境污染严重，且工期较长。用柴油锤击入预制桩时噪声大且拌有浓烟油污，尤其在市区中心和居民区内的施工中，对环境和文明施工要求很高，以液压法压入式施工桩工艺替代锤击，既无噪声也对环境无任何污染，具有广泛的应用前景。预应力空心管桩施工速度快，无噪音，其缺点是挤土效应大，但使用开口桩尖，采取挖防震沟等，可使其得到改善。

2.施工工艺

　　液压管桩的施工程序为：测量定位一桩机就位-)复核桩位一吊桩插桩—桩身对中调直—焊接桩尖—静压沉桩—接桩—再静压沉桩—送桩—终止压桩—桩质量检验—截桩—填充管桩内的细石混凝土。

3.施工质量保证措施

　　(1)单桩竖向承载力判断，因土质的不同而异。桩的终止压力不等于单桩的极限承载力，要通过静载对比试验来确定一个系数，然后再利用系数和终止压力，求出单桩竖向承载力的标准值，如判断的终止压力值不能满足设计要求，应立即采取送压加深处理或补桩，以保证桩基的施工质量。压桩应控制终止条件。压桩到设计桩长时，压力表的压力达到单桩承载力2倍以上时，即可停止压桩，否则应增加桩长。

　　(2)压桩应连续进行。采用硫磺胶泥接桩间歇不宜过长(正常气温下为10～18min)接桩面应保持干净，浇注时间不应超过2min；上下校中心线应对齐，偏差不大于10mm；节点矢高不得大于1％桩长。

　　(3)控制垂直度是沉桩质量的关键。插桩在一般情况下入土30～50㎝为宜，然后进行校正。两个方向上角度都应归零，使桩机纵横方向保持水平，调校垂直在规范允许值以内才能沉桩。在沉桩过程中施工员随时观察桩的进尺变化，如遇地质层有障碍物、桩杆偏移时，应分一二个行程逐渐调直。

　　(4)沉桩线路的选定

　　随着桩段数的增多，各层土体密度随之增高，土体与桩身表面间的摩擦阻力也相应增大，压桩所需的压入力也在增大。为使压桩中各桩的压力阻力基本接近，压桩线路应选择单向行进，不能从两侧往中间进行，这样地基土在管桩挤密过程中，土体可自由向外扩张，即可避免地表升高，又不致因土的挤压而造成部分桩身倾斜。

　　(5)管桩与承台的连接方式

　　管桩与承台采用刚接。管桩的桩头均采用专用工具锯断，断口平齐，故不能利用桩身内的钢筋伸入承台作为连接的钢筋。在桩头的桩管内填充4200mm高的C30细石混凝土，并在混凝土中均分插入6ф14钢筋与承台连接。

4.设计及施工中应注意的事项

　　(1)管桩的造价较高，桩基础设计时须根据上部荷载、工程地质条件等综合考虑，多方案比较后方可采用。同一工程中桩的规格、型号不应太多，以免造成施工困难，特别是注意避免造成施工错误。

　　(2)综合考虑地质情况和桩身强度，确定单桩承载力。管桩为开口桩，根据现场压桩观察分析，在入土过程中，会较快地在桩尖处形成一土楔，使其入土时的挤土情况与闭口桩无异，故在确定单桩承载力时将开口桩按闭口桩考虑。

　　(3)适当限制压桩速度，沉桩速度一般控制在lm～l.8m／min左右为宜，使各层土体能正确反映其抗剪能力。当地基表层中存在大块石头等障碍物时，要避免压偏。

　　(4)压桩机应根据土质情况配足额重量或选用相应的液压桩机。

　　(5)管桩接桩头数不能超过4个，同一承台内桩接头位置应相互错开，若采用焊接法接桩时，接桩坡坡口应为U形坡口，须保证上下节桩轴线一致，并尽可能缩短接桩时间，分层均匀地将套箍对焊的焊缝填满，为加快施工速度，减少接桩时间，可设2名焊工同时先在坡口的圆周上对称地焊接4～6个点，再分层施焊，以防节点变形不均引起桩身歪斜，焊接层数不少于3层,焊毕停约8min即可进行沉桩。

　　(6)当桩贯穿的土层有砂土层时,应计算好单节长度,避免桩尖停在砂土层中接桩.如沉桩过和程中需要停歇,应将桩基停歇在软弱土层中,使继续沉桩时的启动阻力不至于过大。沉桩过程中,当遇到硬层或砂土层而发生沉桩阻力突然增大时,可采用最大静力作用在桩上,采用忽停忽压的冲击施工法,使桩缓慢下沉直到穿透硬夹砂层.

　　(7)管桩桩身不受损坏；桩帽、桩身和送桩的中心线应重合；压同一根桩应缩短停息时间。

　　(8)压桩机的液压入桩有一定的垂直行程高度，如YZY360桩机的垂直行程为1.5m，即每入桩1.5m即松开抱桩器。开动油泵使之上移，再抱桩固定压入，循环作业。在开始的第一二个行程，要特别注意控制桩身的垂直度。

　　(9)记录入桩行程深度及相应压力值，以判别入桩情况正常与否及桩的承载能力。

　　(10)为减少静力压桩的挤土效应，应采取如下措施：

　　①设置袋装砂井或塑料排水板，以消除部分超孔隙水压力，减少挤土现象。袋装砂井直径一般为70～80mm，间距l～1．5m，深度10～12m。塑料排水板的深度、间距与袋装砂井相同。

　　②设置隔离板桩

　　③压桩过程中应加强邻近建筑物、地下管线的观测、监护。

5.管桩施工措施

　　(1)施工前应设置测量基线与水准点，基线应设置在不受施工影响处。

　　(2)桩混凝土需达到100%的设计强度后方可运输进场，起吊时捆绑牢固，起吊点符合力学原理要求，在距桩顶端0.2米处设置吊点，吊索与桩之间要加衬垫，起吊时平衡起升，避免碰撞和震动。桩堆放时要按长度分类堆放，堆放场地坚实平整，且承重点设置在吊点附近距端点0.2米处，堆高不超过2层，两端桩错落长度不在于10厘米。

　　(3)桩的吊点定位，利用桩架附设的起重钩吊桩就位。

　　(4)采用静压法施工，桩架挺杆和桩帽将预应力管桩嵌固，在桩架的两滑道中间，桩位置及垂直度经校正后开始沉桩，桩就位要仔细检查桩身质量。送桩时，应采用钢制送桩器放于桩头上将桩送入。施工时注意送桩器和工程桩对齐，以轴线重合为准则。当工程桩送到设计深度时，可将送桩器拔起，起拔送桩器采用桩架上导滑轮钢绳上钩子挂好，启动卷扬机，慢慢拔起。

　　(5)当第一节桩施工压到离地面1米时，起吊第二节桩，与底节桩对好并复核垂直度无误后，开始施焊。焊接符合要求后，再施压沉桩，桩顶离地面1米再起吊第二节桩，续施工就位。复核焊接垂直施焊沉桩，直到施工完毕。施焊前先检查上下桩接触面。再复核垂直和上下节桩的同心度，确认无误差或误差很小时再全面焊接。焊缝分两次满焊，焊缝应连续、饱满。焊后应清除焊渣。接桩动作应迅速尽量保证连续施工。

　　6.管桩过程质量控制

　　(1)管桩质量。对桩进行外观检查，尺寸偏差和抗裂性检验。施工现场着重检查砼抗压强度能否达到设计要求。管桩有否明显的纵向、环向裂缝、端部平面是否倾斜、外径壁厚、桩身弯曲是否符合规范要求。混凝土强度是否达到要求，产品质保书、合格证、检测报告是否符合要求和齐全。不合格产品不得用于工程。

　　(2)压桩机传感设备是否完好，桩机配重与设计承载力是否相适应。

　　(3)现场预应力管桩堆放整齐，布局合理。打桩顺序应根据邻近建筑物情况、地质条件、桩距大小、桩的密集程度、桩的规格及入土深度综合考虑，兼顾施工方便。

　　(4)桩部端焊接桩部端焊接很重要，要检查焊条质量，设备适用完好率。焊完后必然保证一定暂停时间，间歇时间超过3分钟为好。

　　(5)垂直度通常用两台经纬仪、夹角90度方向进行监测。须注意第一节桩桩尖导向必须垂直；地基表面有坚硬石块必须清除，使桩身达到垂直度要求。

　　(6)压桩过程压桩过程碰到硬土层，不能用力过猛，管桩抗弯性能力不强往往容易折断，抬架时也要轻抬轻放。否则一是造成桩身开裂；二是易发生桩架倾斜倒塌事故。

　　7.管桩施工出现问题与事故处理

　　(1)桩顶位移：沉桩过程中，相邻的桩产生横向位移或桩上升现象。

　　主要原因：桩数较多，土层饱和密实、桩间距较小。在沉桩时土被挤到极限密度而向上隆起，相邻的桩一起被涌起。在软土地施工时，由于沉桩引起的空隙压力把相邻的桩推向一侧或涌起；桩位放线不准；偏差过大；施工中桩位标志丢失或挤压偏离，施工人员随意定位；桩位标志与墙、柱轴线标志混淆搞错等，造成桩位错位较大；选择的行车路线不合理；土方开挖方法及顺序不正确。

　　预防措施：沉桩期间不得同时开挖基坑，需待沉桩完毕后相隔适当时间方可开挖，一般宜两周左右；基坑开挖注意有一定排水措施，留置边坡。基坑边不得堆放土方，基坑较深应分层开挖；认真按设计图纸放好桩位，设置明显标志，并做好复查工作，选择合理桩机行车路线。

　　(2)沉桩达不到设计要求：桩设计时是以最终贯入度和最终标高作为施工的最终控制。一般情况下，以一种控制标准为主，与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。

　　主要原因：勘探点不够或勘探资料粗略，勘探工作以点带面。致使设计考虑持力层或选择桩尖标高有误，有时因为设计要求过严，超过施工机械能力或桩身砼强度；桩机及配重太小或太大，使桩沉不到或沉过设计要求的控制标高；桩身打断致使桩不能继续打入。

　　预防措施：探明工程地质情况，必要时应作补勘，正确选择持力层或标高；防止桩身断裂，打桩时注意桩身变化情况。

　　(3)桩身断裂：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，桩身出现回弹现象，即可能桩身断裂。

　　主要原因：桩身在施工中出现较大弯曲，在集中荷载作用下，桩身不能承受抗弯度；桩身在压应力大于混凝土抗压强度时，混凝土发生破碎；制作桩的水泥标号不符合要求时，砂、石中含泥量大，石子中有大量碎屑，使桩身局部强度不够，施工时在该处断裂；桩在堆放、起吊、运输过程中，也会产生裂纹或断裂。

　　预防措施：施工前，应清除地下障碍物。每节桩的细长比不宜过大，一般不超过30；在初沉桩过程中，如发现桩不垂直应及时纠正。桩打入一定深度发生严重倾斜时不宜采用移动桩架来纠正。接桩时，要保证上下两节桩在同一轴线上；桩在堆放、起吊、运输过程中，应严格按照有关规定或操作规程执行；普通预制桩经蒸压达到要求强度后，宜在自然条件下再养一个半月，以提高桩的后期强度。

　　治理方法：当施工中出现断裂桩，应会同设计人员共同研究处理办法。根据工程地质条件、上部荷载及所处的结构部位，可以采取补桩的方法。

　　(4)桩身倾斜：桩身垂直偏差过大。

　　原因分析：场地不平、有较大坡度。桩机本身倾斜，则桩在沉入过程中会产生倾斜；稳桩时桩不垂直，送桩器、桩帽及桩不在同一条直线上。

　　预防措施：场地平整；如场地不平，施工时应在打桩机行走路线加垫木等物，使打桩机底盘保持水平。

　　(5)接桩处开裂：接桩处开裂现象。

　　原因分析：采用焊接连接时，连接处表面未清理干净，桩端不平整；焊接质量不好，焊缝不连续、不饱满、焊肉中夹有焊渣等杂物；焊接好停顿时较短，焊缝遇地下水出现脆裂；两节桩不在同一条直线上，接桩处产生曲折，压桩过程中接桩处局部产行生集中应力而破坏连接。

　　预防措施：接桩前，保证连接部件清洁；接桩时，两节桩应在同一轴线上，焊接预埋件应平整。