[12-11 16:59:52] 来源：http://www.tmgc8.com 建筑设计 阅读：3191次
本文结合工程实例和工程地质状况，详细阐述了有较厚砂层地质条件下的PHC预应力管桩设计与施工技术要点，并对施工过程中的异常情况和断桩处理措施进行了深入探讨和总结。
关键词：PHC预应力管桩；砂层地质；沉桩异常；断桩处理文献标识码：B
文章编号：1008-0422（2011）04-0091-03
1引言
PHC预应力管桩因其具备质量稳定可靠、单桩承载力高、单位承载力价格便宜、施工速度快、对不同地质条件和不同沉桩工艺适应性强、施工现场简洁文明以及成桩质量监测方便等众多优点，近年来在各类工程中大量运用。
在施工过程中，若发现PHC桩在穿越较厚中密以上砂夹层时施工非常困难，沉桩表现复杂。应结合该项目勘察参数、设计参数及施工异常情况统计数据进行系统分析，以探寻PHC桩在不同沉桩表现而及时进行设计优化、制定切实可行的施工方案及施工异常情况处理方案，确保成桩质量。
2工程概况
湖南某大型住宅小区，占地面积约6万m2，建设分别有多层6层，小高层8~10层，高层16~l8层多栋，层高3m，总建筑面积约12万m2。
地勘报告揭示的地层状况如表1。
从表1可以看出，本工程地质部分含有较厚粉砂层，施工时，应根据沉桩效果进行科学合理的设计与施工，确保成桩质量。
3PHC预应力管桩设计与施工情况分析
3.1 PHC预应力管桩设计
设计选用摩擦端承桩，桩型、桩长、单桩承载力、持力层选择情况见表2。
3.2桩顶标高无法到位情况统计
施工中桩顶标高无法到位的桩数分类统计如表3。
3.3沉桩表现
3.3.1桩顶进入持力层④-2无法到位，部分Φ500mm，15m桩长桩进入④-2粉砂夹粉土层桩顶无法达到设计标高。
3.3.2桩头破碎而无法穿越④-2层，部分Φ400mm，31m~37m桩长桩进入④-2粉土夹粉砂层贯入度骤降，桩头破碎较多。
部分Φ500mm，22m～28m桩进人④-2层后贯入度骤降，更换筒式锤辅以引孔并休止复打仍无法穿透④-2层，桩头破碎较多。
4PHC预应力管桩施工阻力分析
PHC管桩锤击过程的阻力町分为桩侧摩阻力、桩内壁摩阻力、桩端阻力。在沉桩过程中，由于土塞效应的影响，施工阻力并不是按照入土深度的线性变化。
4.1土塞效应分析
沉桩过程中地基土进入管桩形成土塞是一个复杂过程，它受打桩过程中桩管的振动、地基土中因振动和挤压所产生的超空隙水压力和地基士性质等诸多因素影响．土塞的稳定性对桩的承载性能尤其重要。竖向荷载下，当土塞与管桩内壁摩阻力和土塞重量大于桩端地基土的承载力时，破坏产生在桩端土，土塞完全闭塞；当土塞与管桩内壁摩阻力和土塞重量小于桩端地基土的承载力时,破坏产生在土塞内部，土塞部分闭塞。
本工程中，PHC桩在进入④-2前开始形成，随着打入深度增加，进入④-2后土塞初步形成。由于本工程浅部土层较软，土塞在浅部增长较快，当进入砂层时土塞增长较慢，并很快稳定。
4.2桩端进入砂层前后阻力效应分析
在进入④-2前，土塞没有完全形成，桩的施工阻力由桩侧阻力、桩内壁阻力、桩端阻力构成。见图1。
在进入④-2，土塞完全形成后，桩内壁阻力接近于零，桩的施工阻力主要由桩侧阻力、桩端阻力构成。见图2。此时，桩端阻力受桩径影响较大。
5穿过含砂层地质PHC预应力管桩施工技术及处理措施
在预制桩的沉桩过程中必须考虑到砂层的影响，若遇到需穿越较厚砂层，在设计阶段必须有充分的考虑，在施工前要分析成桩的具体影响，通过试沉桩工作验证预计影响。在施工过程中一定要严格做好施工记录，对施工过程的异常情况及时进行对比分析，具体措施如下：
5.1设计优化
1）优先采用锤击：静力压桩适用于软弱土层，当存在厚度大于2m的中密以上砂夹层时。尽量优先选用锤击法沉桩脚。若砂夹层≤4m时，可考虑选择静压沉桩。但必须先行试桩，以确定修改施工工艺的适应性；同时，可考虑辅以引孔措施，另可用水冲法、腔内取土法吼的辅助措施。当砂夹层>4m时，应尽量避免采用静压法。
2）增加合适桩尖：当场地内缺层现象较多，地质差异性较大，桩距较小时，可选择合适的桩尖，达到穿越硬夹层的目的。笔者工程中采用了C型开口桩尖，该桩尖适用于穿越黏性土、粉土、砂土并以此作为持力层的土层，减少工程桩的挤土效应，消除土塞效应。
5.2选择合适的施工方案
根据地勘报告，首先摸清不同桩位的砂层的具体厚度，在砂层厚度不超过5m的区域采取筒式锤，“重锤低击”；在砂层超过5m的区域事先辅以引孔措施，引孔深度及直径应充分征求设计意见，辅以筒式锤。经过本工程实践，效果较好。www.tmgc8.com
1）对于Φ500mm，长15m桩，因持力层在砂层，引孔将损失大部分有效承载力。为保证单桩设计承载力，不宜采用引孔方案。超孔隙水压力引起的“抱头效应”通过施工休止消除，经休止复打后，95％的桩能到位，其它桩采用贯入度控制终锤。
2）对于Φ400 mm，长31m~37m桩，在④-2层厚度小于5m区域，更换筒式锤以击穿④-2层。④-2层厚度超过5m区域，采取引孔，引孔直径为桩内径，辅以筒式锤实现穿越。经实践，100％皆可穿越④-2层。
3)对于Φ500mm，长22m～28m桩，根据Φ400mm，长30m以上桩的处理经验和成桩统计结果，在保证单桩承载力的前提下考虑减小桩径、加大桩长，将Φ500mm改为Φ400mm，持力层选为(7)-l、(7)-2。经实践，修改桩型后绝大部分桩顶标高可达到设计沉桩标准。
5.3异常情况处理措施
5. 3.1引孔
根据现场的实际情况，对于持力层在砂层的桩。引孔将损失大部分有效承载力，为保证单桩设计承载力。不宜采用引孔方案。对于持力层在砂层以下的桩，则完全可以采用引孔措施，只要控制好引孔孔径和深度，既可以保证单桩承载力损失不大，又可以使桩有效穿越砂夹层。
5. 3.2复打
对于小直径，持力层在砂层以下的桩，采用休止复打的方案，可起到一定的效果。
5. 3.3改桩型
在掌握第一手沉桩数据进行系统分析后，若发现小直径桩沉桩相对容易，可判定小直径桩在进入砂层后“抱头效应”比大直径小得多，应会同设计调整桩型，再行试打后确定方案。
5.4断桩处理措施
由于通过较厚砂层地质，难免出现断桩，因此，在PHC桩施工完毕，经检测如果有断桩发生时，必须对断桩进行处理，以确保该位置处的桩能满足设计要求，保证工程质量。根据PHC桩的断裂位置距桩顶距离可分为桩头部位断裂（断裂点距桩顶2倍桩径左右）、浅部断裂（断裂点距桩顶3m~6m左右）、深部断裂（断裂点距桩顶大于6m），具体处理措施如下：
5.4.1桩头部位断裂
对于桩头部位断裂的PHC桩，很多情况是由于打桩锤选择不发，而打爆桩头，可按管桩图集要求进行处理，处理相当比较容易。
5.4.2浅部断裂
PHC桩浅部断裂时，断裂位置大部分发生距桩顶在3m~6m左右，工程中可采用以下两种方法进行处理。
接桩法：先用低应变法检测该桩断裂深度，用人工挖孔方法，将断裂部位以下0.5m处，用割桩器切割整齐，再次进行低应变检测，如下部桩身完好无损，可进行接桩处理，接桩的节点构造如图3所示。接桩通常做法：一般在原PHC桩外径的尺寸基础上再扩大200mm，接桩下部套入工程桩头500mm~1000mm，先下好钢护筒，再下入钢筋笼，最后在PHC桩内下入托板和钢筋骨架，达到要求后灌注比设计承台混凝土强度高一等级的混凝土。
填芯法：对于浅部断裂的PHC，也可以采用填芯法的补强技术，常用的填芯补强方法主要有：高压注浆填芯法和普通振捣填芯法。基本做法均是在缺陷位置上下若干长度范围内安置钢筋笼，灌注混凝土，对缺陷进行补强。高压注浆填芯法能够将水泥浆压入桩身的缺陷位置，补强效果较好，但要求的位置精度较高，且工艺较复杂、工期较长，较多的可采用普通振捣填芯法。
5.4.3深部断裂
若经低应变检测，PHC桩的断裂点距离桩顶超过6m时，人工开挖难度、施工的危险性及工程处理费用均较大，本工程采取合理位置进行补桩处理，见图4。
5.5施工效果
本工程所有未一次沉设到位桩和总锤击数较高的桩都进行了低应变检测，静载试验桩选择中有一半以上桩为未一次沉设到位和以贯入度控制终锤的桩，经检测中心进行了低应变和静载试验，最后所有桩达到Ⅰ、Ⅱ类桩水平，满足完整性和设计承载力要求。
6结论及建议
综上所述，结合本工程较厚砂层地质条件PHC预应力管桩施工，以及出现问题的处理，可给出以下的建议：
1）由于管桩属于预制桩，有较强的挤土效应。桩基施工时应严格按照建筑桩基规范要求的打桩顺序并限定桩机行走路线，有条件时可在桩机下加垫钢板，以减小成桩效应和桩机行走对管桩的影响。
2）施工人员必须持证上岗，并遵照桩机操作规程进行施工。施工过程中应经常对照地质勘察报告。遇到特殊地质条件或管桩较难穿透的粉砂层时，应格外注意夹具和沉桩应力的控制。
3）基坑开挖时，桩顶设计标高以上30cm范围内土层，须经人工清除，不得使用挖土机械野蛮施工。若有因沉桩压力过大而未能送到设计标高的管桩，宜先定出该管桩的具体位置后再开挖，开挖时应格外小心，以免施工机械对管桩产生破坏。www.tmgc8.com
4）当管桩施工出现问题时，切忌盲目蛮干，需要理论结合实际地进行分析处理。理论分析可指导工程实践，而现场检测分析又可为理论分析提供计算依据，两者相辅相成、缺一不可。例如本工程采用低应变检测法，方便快捷地检测出管桩的完整性程度，且较精确地给出具体的破损位置，为作出有针对性且切实可行的处理意见提供了计算依据。
参考文献：
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