摘 要：PHC管桩静压法施工以质量可靠，单桩承载力高，施工速度快，建设投资周期短，施工污染少、对周边影响小等优点，在工程中得到广泛应用。本文就实际工作中遇到的一些问题进行讨论，并提出解决措施
关键词：PHC静压管桩；承载力；问题；措施
预应力混凝土管桩是采用工厂化生产的一种等截面空心圆筒型的混疑土预制构件。根据混凝土强度及壁厚分为PC、PHC（高强）、PT（薄壁）3种类型，其中以PHC桩应用最为广泛，其结构图见图1。PHC管桩施工工艺主要有锤击法和静压法两种。近几年来，随着大吨位（8000kN）的液压压桩机的问世和静压沉桩施工工艺的完善，静压法正在逐步取代锤击法施工工艺。下文就PHC静压管桩在工程应用中遇到的一些问题进行讨论，并提出解决措施。
1 适用范围
PHC静压管桩适用于各类建筑物的低承台桩基础，如工业与民用建筑、铁路桥梁、机场、港口码头、水利及市政工程等；适用于一般粘性土及回填土、淤泥和淤泥质土、粉（砂）性土、非自重湿陷性黄土质以及强风化（全风化）的岩层、坚硬的碎石土层和砂土层中，并且不受地下水位高低的影响；在对环保要求较高的地区，特别是在城市和居民区的新建和改造工程施工中尤其适用。管桩有一定的挤土效应，对附近建筑物及地下管线有一定的影响，所以，在贴近建筑物的位置，不适宜管桩施工 ；由于静压机械自重较大，要求施工场地平整，对场地土地耐力要求高（要求场地表层土压强≥ 120kPa），也不适宜用在地下障碍物较多、深层土质内存在孤石以及地下岩面坡度太陡的土层中。
2 管桩桩身承载力设计值
(1)预应力混凝土管桩桩身横截面承载力F
F=(Rc一σpc )•A (1)
式中;Rc为管桩离心混凝土抗压强度(MPa)；σpc为管桩混凝土有效预压应力(MPa)；A为管桩桩身横截面面积(mm�2)。
(2)管桩桩身结构竖向承载力设计值Fp
FP=AR＇c ψc (2)
式中R＇c为混凝土轴心抗压强度设计值(MPa)；ψc为工作条件系数，取ψ c=0.70
(3)管桩桩身结构对应的单桩竖向承载力最大特征值Fa
Fa=Fp/1.35 （3）
管桩外径与壁厚不同的管桩单桩，混凝土强度等级不同，其单桩设计承载力也不同，如表1所示。
3 终压标准和终压力
终压标准的确定应根据试沉桩情况 ,桩端持力层及沉桩压力等因素 ,并结合邻近工程沉桩经验,由勘察,设计,施工监理等有关单位共同商定。一般桩端持力层为坚硬、硬塑的粘性土,或风化岩时,以终压力控制为主 ,桩端进入持力层深度控制为辅;桩端持力层为一般土层,或标准贯入度较小时以桩长控制为主,终压力控制为辅。通常终压力达到设计要求后,必须持荷稳定,若不能稳定,必须再持荷,一直到持荷稳定为止。可采用两种持荷方式:1持荷5分钟; 2二次持荷每次2分钟,间隔5分钟,稳定标准为压力值不降低。
沉桩不能以抬起桩架作为控制标准,因为桩身在抬架中会失稳、折断、开裂,所以施工过程中严禁抬架,应通过油压表的工作压力控制最终压桩力。对于静压沉桩施工 ,终压力的确定是一个极其重要的问题。终压力过大容易把桩压坏,且可能造成桩长已经达到设计要求 ,而终压力还没达到设计要求,要加桩长,造成不必要的浪费；终压力过小,则无法达到合理的持力层,或单桩竖向承载力值不能满足设计要求,安全合理的终压力既可以保证桩身不受破坏,又可确保桩端嵌固在合适的持力层。实际工程应在现场试沉桩时,根据桩端持力层情况确定。通常终压力取单桩竖向承载力特征值113～21倍,终压力还应不超过单桩竖向承载力极限值的0.95。当桩端持力层较坚硬时,终压力取大值,桩端持力层为粘性土强风化岩等这样具有后期固结特性的土层时,终压力取小值。但在实际工程中往往会遇到桩长已经达到设计要求,而终压力却达不到设计要求,在这种情况下要根据桩端持力层情况做具体分析,一味加大桩长是不经济,也是不必要的。如果桩端持力层是中风化花岗岩或者卵石层,通常终压力比较容易达到设计要求,如果桩端持力层是残积粘土或者强风化花岗岩,那么终压力可以减小送桩到设计标高后,停压2～3h后再复压。因为桩下沉时,桩尖土体冲剪破坏,产生了超孔隙水压力,扰动了土体结构,使桩周土体抗剪强度降低,粘性土发生稠化,粉土、砂土发生软化。一旦停止沉桩,随着时间的推移超孔隙水压力逐渐消散,桩端持力层及桩周土的固结,一般压桩力就会大幅度升高,有时甚至停压0.5h后再复压,压桩力就会大大升高。
如大学城某大学的一综合楼, PHC500-125的管桩,桩端持力层为残积粘土,桩长大约为30～40m,单桩竖向承载力特征值取 2500kN,现场试沉桩时,要求终压力取 5000kN,但实际沉桩过程中有一部分桩长已经达到设计要求,而压桩力达不到设计要求,只有3000kN左右,只达到单桩竖向承载力特征值1.2倍,笔者要求施工单位停压2h后再复压,所有复压的桩,终压力均达到设计要求,经静载试验,经复压的桩和终压力一次就达到要求的桩,单桩竖向承载力都能满足设计要求。为甲方节约了投资,也节约了能源。施工单位根据复压情况,缩短了停压的时间,有的桩停压半小时后再复压,终压力就达到设计要求。
这里特别强调,对于短桩,因为桩侧摩阻力所占的比例较小,桩端阻力所占的比例较大,终压力的控制就显得特别重要,因此,对于短桩,在沉桩时,还是应以终压力控制为主,且此时持荷稳定也显得更重要。
4 断桩的原因及解决办法
实际工程中引起断桩的主要原因有以下几点:
1)基坑开挖没有按要求施工一次挖到底,没有分层开挖,开挖顺序没有合理安排,这样都会对管桩产生水平推力,引起桩身开裂,甚至断桩。某医院病房大楼,就因基坑开挖不当,引起大量断桩,设计总桩数300多根,动测检验结果,三四类桩就超过100根,接桩不仅大大增加工程造价,还严重延误了工期。因此基坑开挖前一定要预先做好合理的施工方案,确定土方开挖顺序。施工过程应严格按施工方案要求施工,分层按顺序开挖,且严禁边沉桩边开挖,并应注意挖土机械和运土车辆在基坑中对桩的挤推作用,影响桩身质量。基坑开挖后发现断桩时,无法再进行补桩,这样通常按挖孔桩接桩,若断桩位置在较浅的地方,接桩相对简单;若断桩位置在较深的地方,接桩不仅耗时,施工难度也很大,因此从施工方案起,就要严格要求。
2)沉桩现场存在松散的表层填土,或表层土被积水浸泡过,静压桩机吨位较大,在这样的场地上行走,容易对表层土产生挤压,导致桩身倾斜断裂,大学城某大学的一实验楼,施工现场存在一部分新填土,并且新填土没有按照设计要求进行有效的碾压,结果静压桩机发生陷机,倾斜,沉桩结束后,经动测检验,在新填土范围内发现了一部分三类桩。因此施工前一定要先对这样的场地进行加固处理,保证表层填土的密实度,使静压桩机能稳定行走。表层松散填土可以通过压实,或采用碎石铺垫等措施来处理。
3)没有合理安排沉桩顺序和沉桩速率,因为预应力高强混凝土管桩具有挤土效应,一定要严格按照先中间后两边、先长后短、先深后浅、先密集桩后稀疏桩、先大后小、先高层后裙房这样的沉桩顺序施工,以尽量减少挤土效应。一般情况下,每天沉桩控制在 8～12根,沉桩速度过快超孔隙水压力将会对已施工的桩产生较大的水平压力或上浮力,导致桩身倾斜偏位,甚至断桩。
4)沉桩过程没有严格控制桩身的垂直度,导致桩身倾斜,甚至断桩,严重影响桩基础承载能力,带来较大的经济损失,因此施工前一定要认真校核桩定位和桩身的垂直度。
5)管桩接头没有按规范要求施工,上下节桩没有对齐不在一直线上;或是连接件不平,有较大的间隙,造成焊接不牢、焊缝不连续、不饱满,这样都会在接头处产生应力集中而破坏连接,因此一定要重视接头的施工,千万不能掉以轻心。
6)地质情况复杂。施工场地内有孤石、旧基础等,桩入土后桩尖容易被挤向一侧;或是场地上软下硬,软硬突变,这样管桩到硬层时,贯入度突然变小,桩身反弹剧烈,桩身容易断裂,因此施工前一定要先探清地质情况,对浅部的孤石、旧基础等这样的障碍物,应在施工前清理干净,对软硬突变处,要控制沉桩速度,一旦发现异常,及时采取措施补救。
5 桩尖的选择和桩端持力层遇水软化问题
预应力高强混凝土管桩常使用钢桩尖,主要有封口十字型、封口圆锥型及开口平底型三种类型,要根据桩尖所要穿越的土层及桩端持力层情况选择适当的桩尖,一般工程优先采用封口十字型,因为它加工容易、价格低、破岩能力强,但穿越砂层时,圆锥型和开口平底型较好。
桩端持力层若为遇水软化土层,沉桩后持力层可能进水,设计可采取以下措施:
1)首节管桩用封闭混凝土桩尖;
2)采用封口型桩尖 ,焊缝要连续饱满 ,不渗水;
3)在终桩后立即往桩孔内灌注高度不小于 1500的 C20混凝土。
6 结束语
预应力混凝土管桩基础工程质量主要取决于两个方面：一是管桩本身制作质量，二是压桩施工质量只要严格把握住管桩进场质量关，遵守压桩施工操作规程，精心施工，就一定能够减少和避免出现工程质量问题，确保工程进度和质量。
