预应力管桩施工工艺简介

1、2.预应力混凝土管桩应用现状2.1预应力管桩概述在国外，预应力混凝土管桩已有40多年的历史，预应力高强混凝土管桩亦约有30多年的历史。20世纪60年代，铁道部北京丰台桥梁厂曾少量生产过直径D=400mm的钢筋混凝土离心管桩，60年代末，开始研制先张法预应力混凝土管桩（PC桩），1987年交通部第三航务工程局从日本全套引进预应力高强度混土管桩（PHC桩）生产线。由此，随着我国现代化建设的发展，建筑市场发展的需求，我国的预应力混凝土管桩的生产技术和应用领域有了较大的发展，尤其是在近十年中得到了快速发展，管桩行业近20多年发展历程可以分为四个时期：研制开发期（20世纪80年代后期）；推广应用发展期（

2、20世纪90年代前期）；调整发展期（20世纪90年代中期）；快速发展期（20世纪90年代后期至今）。目前正健康地继续以珠江三角洲、长江三角洲为其基地，由南向北、由东向西，沿海沿江沿湖，向内地地区发展。2.1.1发展现状我国管桩行业的发展，产品规格和产量都达到世界前列，成绩显著，主要体现如下：(1)布局预应力混凝土管桩从珠江三角洲向长江三角洲、由南向北、由东向西、沿海沿江沿湖，向内陆软土地区发展。近十年来，PHC桩首先在珠江三角洲得到广泛的推广，与此同时在长江三角洲尤其是浙江、上海、江苏等地区亦得到了迅速的发展，到2012年全国管桩生产厂达到500多家，目前全国已有25个省市自治区（不包括港澳台

3、）生产管桩，广东、上海、浙江、江苏、福建、天津、云南、湖北、北京、山东、安徽、河北、海南、四川、河南、广西、辽宁、黑龙江、吉林、湖南、江西、陕西、甘肃、山西、内蒙等。2012年全国管桩年产量约1.8亿米。(2)产品结构、规格 目前生产的管桩产品结构合理、规格齐全，能满足市场需求。根据国标GBl3476按外径可生产中3001000九种规格：按管桩的抗弯性能或混凝土有效预压应力可分为A、AB、B、C型四种；按长度可生产715米九种规格；按混凝土强度等级可分为C60的PC桩和C80的PHC桩。此外生产厂还可根据用户要求（800mm、1000 mm、1200 mm桩径长度可生产1630m），生产特殊规

4、格的产品，满足市场的需要。(3)生产技术PHC桩的生产技术已较成熟，机械化、自动化程度较高，达到了国外同类产品的生产技术水平。目前我国PHC桩的生产主要采用先张法预应力工艺、高速离心和两次养护工艺，预应力主筋采用高强低松弛阴螺纹钢筋(PC钢棒)，混凝土强度达到C80以上。管桩生产线目前可分为三类：第一类为全套引进国外先进设备；第二类为部分主机引进国外先进设备，其它设备国内配套；第三类全套设备国内生产。近年来，新建管桩厂已全部采用国产设备，都能较好地满足了工艺要求。(4)国产化装备、原材料完全满足生产需要为管桩生产配套服务的生产装备和原材料，近年来在国产化和产品质量技术水平上有了长足进步，完全能

5、满足管桩生产的要求；生产管桩的全套国产化装备不仅满足了国内市场的需求，替代了进口设备；而且部份装备如镦头机、滚焊机等还出口创汇。管桩用的低松弛高强阴螺纹钢筋（PC钢棒）原先主要依靠进口钢材，近年来经过引进、消化吸收国产化，提高国产母材的质量稳定性，提高加工工艺水平等工作，目前国内已建有约80多条PC钢棒生产线，产品质量可达到国外同类产品的水平，满足了我国管桩生产的需求。同时其它配套材料如端头板亦随着管桩的发展亦逐步形成了一 个新的产业，目前每年需不同规格的端头板约3000万块，全国专业的端头板厂已有几十家，基本能满足管桩生产的需要。(5)配套应用技术日趋完善要推广一个新产品，必须要解决好产品的

6、配套应用技术，才能推得出去。为此： a)目前PHC、PC、PTC桩产品的国家标准和行业标准已齐全。涉及新产品生产要配件标准，如端头板、磨细砂及钻芯法检测离心商强混凝土抗压强度试验方法等国家及行业标准已制定。 b)为了便于设计部门选用管桩，全国管桩专业委员会和苏州院联合首先在1996年底出版了先张法预应力混凝土管桩的结构设计图册，随后地方上如宁波、浙江、上海、江苏、天津等都出了管桩结构配筋图册，对推广管桩起了很大作用；为了统一有关管桩结构设计原则，促进管桩在全国范围内的推广，2001年建设部下达了制定全国管桩标准结构配筋图集，目前国家标准设计图集10SG409预应力混凝士管桩己正式颁布实施。 c

7、)为解决好管桩的施工技术问题，必须要制定管桩的施工技术规程。在管桩的发展初期主要采用锤击法施工，当时在管桩用量最多的广东省，由省建委组织制定了省标预应力混凝土管桩基础技术规程，已于1998年10月1曰实施：为了适应城区施工，近年来管桩施工己逐步采用静压法施工，为此广东省又组织了省标静压桩基础技术规程的制订，随后江苏、广西、上海、浙江等省市亦制订了相应的省标，这就给管桩的正确施工提供了依据，促进了管桩的更好推广。(6)管桩的应用领域不断扩大管桩尤其是PHC桩具有优良的性能，经过20年来的推广，管桩己广泛应用于多层与高层民用建筑、多层工业厂房、大型设备基础、城市高架道路基础、铁路、公路、桥梁、港口

8、码头、机场、城市轻轨、地下工程、农用仓储、电力、冶金、市政等工程中，应用水平逐年提高。例如：在上海建造的我国第一条磁悬浮城市列车线的基桩全采用PHC桩，其它如上海外滩工程、国际航运大厦(51层)、沪宁高速公路拓宽工程、宁波北仑港码头、南京扬子乙烯码头、澳门国际机场、广东中山银通大厦等等都采用了管桩，取得了良好的效益。(7)依靠技术进步，求效益，求生存为了在竞争中生存发展，各管桩厂意识到必须依靠技术进步，向科学技术要效益、求发展： a)在大量试验验证基础上，不少厂家采用磨细石英砂、磨细洁净建筑磨细砂等量取代3035的硅酸盐水泥，经压蒸养护，配制C80高强混凝土，生产出优质的PHC桩；采用此项技术

9、后，可使 管桩生产成本降低68元，米，同时还可提高混凝土强度，管桩的耐锤击性能亦得到提高，目前已 在25左右的企业中推广应用，取得了良好的技术经济效益。b)根据工程需要及为了降低单节管桩的生产成本，减少接桩时间，我国已开发成功单节长度为 2030米外径为8001200的长管桩(PHC)，在上海等地已用于码头新桩基工程。c)许多管桩生产厂对离心混凝土产生的余浆综合利用进行了开发工作，在分析余浆组份的基础上，进行了大量的试验工作；目前已经把余浆用于生产地面砖、排水管、加气混凝土，近期有的生产厂已开展了管桩废浆回收再生产的试验研究，这不仅有利于环保，而且亦为企业利废，降低生产成本，增加效益，开辟了新

10、路子。d)针对管桩锤击施工时的噪声污染，为了改善城区施工环境保护，目前管桩的静压法施工技术和装备得到了推广，这将大大地有利于管桩的推广应用，提高对不同地质条件的适应性。（8）管桩新产品的研发动向（a）大直径钢绞线预应力管桩由于之前的PHC 管桩都是采用中低松弛螺旋槽钢棒（PC 钢棒），虽其抗拉强度不小于1570MPa，非比例延伸强度不小于1420MPa，但脆性较大。为此， 采用钢绞线代替PC 钢棒研制出了大直径钢绞线预应力管桩（如图3 所示），使其抗弯、抗裂性能得到提高。（b）预应力高强混凝土耐腐蚀管桩根据不同的腐蚀介质和中、强腐蚀环境等级，研制出不同要求的耐腐蚀管桩。腐蚀环境分为氯盐腐蚀环境

11、、硫酸盐腐蚀环境及冻融破坏环境或者其组合。采用混凝土电通量、氯离子扩散系数、抗硫酸盐等级和冻融循环次数等试验指标来判断和检验。广东三和管桩有限公司制订了企业标准先张法预应力高强混凝土耐腐蚀管桩， 上海宝钢制订了有关耐腐蚀管桩的制作图集。现在，在强腐蚀和严冻环境中，特制管桩也得到了成功应用。广东湛江东海岛上某新钢铁厂应用耐强氯盐腐蚀管桩预计多达600 万延米。（c）免蒸压预应力高强混凝土管桩过去生产PHC 桩都要进行蒸压养护，即管桩经过常压蒸汽养护脱模静停2h 后，还要经过180高温、1.0MPa 的蒸压养护， 大约经过十多个小时后出釜， 桩身混凝土强度等级达到C80， 有些甚至达到C100。蒸

12、压养护既耗能又不环保，而免蒸压管桩节能、环保，是今后管桩生产的发展方向，但目前的价格比蒸压养护的管桩略贵一些。（d） 混合配筋预应力混凝土管桩混合配筋预应力混凝土管桩，即PRC 桩，是在PHC 桩中加入一定数量的非预应力钢筋，形成一种新型的混合配筋预应力混凝土管桩。我国先后出台了DBJT19-34-2009混合配筋预应力混凝土管桩图集及复合配筋先张法预应力混凝土管桩图集。此外， 关于PRC 桩的抗震试验也已经展开研究，并取得许多研究成果。（e）竹节桩目前，竹节桩的规格主要有两种：一种是桩身直径为500mm，壁厚100mm 和125mm，竹节的直径为650mm； 另一种是桩身直径为600mm，壁

13、厚110mm 和130mm，竹节的直径为800mm。竹节与竹节的间距均为1000mm。竹节桩在软土地层中应用效果较好，能增加桩身的摩阻力，500mm 直径的竹节桩可以当650mm直径的管桩用，600mm 直径的竹节桩可以当800mm直径的管桩用。目前，宁波某集团已开始大量生产和应用竹节桩。2.1.2大直径管桩在铁路桥涵工程中的应用PHC桩在铁路桥梁基础上的应用相对较少。自1998年新长铁路开始，陆续应用于秦沈铁路，宁西铁路、赣龙铁路、宁启铁路、沪杭高铁和沪通铁路等。当前预应力管桩在铁路路基处理上也有应用，如京沪高速铁路宿州站，温福铁路、宣杭铁路软土路基加固等。部分铁路桥梁应用情况如下：表2.1

14、 部分管桩在铁路桥梁中的应用序号项目工点管桩应用简介1秦沈客专月牙河特大桥共361个墩台用管桩，管桩最长25m,最短17m，累计桩长167952m，每墩布置C58型预应力钢筋混凝土管桩24根（12跟8:1，12根值桩），管桩外径550mm，壁厚110mm，设计单桩承载力677880kN。2沪杭高速铁路横僚泾特大桥PHC-B型管桩，984根，管桩直径1.0m，壁厚130mm，桩长5269m，单桩竖向承载力在27194071kN，4节打入，第一节原则上不小于16m，桩间端板焊接连接，每个承台8根管桩或10根，斜桩12.5:13宁启铁路海洋支线PHC-AB型管桩，直径600mm，壁厚110mm，单线

15、每墩8-9根桩，桩长42-35m，共计5718 m，部分斜桩12:1。4沪通铁路跨苏嘉杭高速公路特大桥PHC-AB型管桩，直径1000mm，壁厚130mm，单线每墩8-10根桩，桩长41-38m，共计310根-11913m，部分斜桩10:1，第一节原则上不小于16m，每根桩接头不超过3个，单桩竖向承载力在30003700kN。新六干河特大桥PHC-AB型管桩，直径1000mm，壁厚130mm，单线每墩8-10根桩，桩长42-35m，共计226根-8359m，部分斜桩10:1，第一节原则上不小于16m，每根桩接头不超过3个，单桩竖向承载力在33003800kN。2.1.3 预制桩在铁路工程中的发

16、展前景由于预应力管桩具有以上优越性，在基础工程上具有较大的前景和推广价值。 最近几年PHC管桩行业发展迅速。如下图所示，目前国内PHC管桩主要应用于房地产建设领域，2012年房地产领域的应用比例占到了80%左右；公路建设领域的应用比例约为10%；铁路建设领域的应用比例约为5%；港口码头建设所应用的管桩主要为大直径管桩，应用比例有限，约为2%；其他领域的应用比例约为3%。铁路工程这一比率相比较低，具有较大的提升空间。图2.1 预应力管桩应用比率2.1.4 已有图集和设计方法1、预应力管桩图集目前在国家标准先张法预应力管桩GB13476-2009的基础上国家和地方出台了诸多预应力管桩图集，现罗列部

17、分如下：（1）国家建筑标准设计图集，10G409 预应力混凝土管桩（2）上海市建筑标准设计， 2000沪G502先张法预应力混凝土管桩（3）江苏省工程建设标准设计图籍，苏G03-2012预应力混凝土管桩图集（4）浙江省建筑标准设计结构标准图集，2010浙G22先张法预应力混凝土管桩（5）福建省建筑标准设计图集，闽2012G124先张法预应力高强混凝土管桩（6）山东省建筑标准设计图集，L06G407预应力混凝土管桩图集 2、预应力管桩基础设计规程目前国家和地方出台了诸多预应力管桩基础设计规程，现罗列部分如下：（1）广东省标准，锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程DBJT 15-22-2008（2）

18、广东省标准，静压预制混凝土桩基础技术规程DBJ/T 15-94-2013 （3）湖北省标准，预应力混凝土管桩基础技术规程DB42(489)-2008（4）江苏省标准，预应力混凝土管桩基础技术规程DGJ32TJ109-2010（5）浙江省标准，先张法预应力混凝土管桩基础技术规程DB33 1016-2004 （6）辽宁省标准，预应力砼管桩基础技术规程DB21/T1565-2007（7）福建省标准，预应力混凝土管桩基础技术规程DBJ13-2006 （8）山东省标准，预应力混凝土管桩基础技术规程DGJ32TJ109-2010（9）国家标准，建筑桩基技术规范JGJ94-2008目前已有的图集和规程主要对

19、象为工民建基础，并不能直接针对铁路工程。2.2预应力管桩特点对比预应力管桩和钻孔灌注桩特点如表2.2所示。表2.2 预应力管桩和钻孔灌注桩对比预应力管桩钻孔灌注桩桩身承载力采用高强混凝土，采用预应力筋，单桩承载力高，抗弯性能好采用普通混凝土，桩身单桩承载力比管桩低成桩质量工厂预制化生产，质量可控现场制作，成桩工艺系数低环保性锤击成桩有较大噪音，振动剧烈，挤土作用明显，靠近建筑物时不宜采用。静压法噪音和振动较小但挤土作用依然明显。中掘、植入沉桩能较好的解决噪音、振动和挤土问题。泥浆需处理，对环境有污染经济性其施工周期短，效率高，回报快，施工现场简单，便于管理，可节约施工费用，单位承载力造价低，综

20、合经济效益好。耐久性由于采用了高速离心成型工艺（离心加速高达3035个g）和高温高压（压力1MPa，湿度180）蒸汽养护，因此桩身砼密实性好（每立方砼容重达到2600kg左右）。其抗渗性、抗硫酸腐蚀性、耐碳化均优于普通砼。与钻孔桩相比，采用预应力管桩具有质量可控，施工速度快，经济性好的特点，但是普通的施工工艺（锤击、静压等）制约了它的应用。为发挥预应力管桩的优势，先进的施工工艺（如中掘、植入法等）需要得到发展和应用。2.3 管桩施工工艺简介2.3.1锤击沉桩锤击沉桩施工工艺流程图如图2.2所示。打桩的影响范围一般在桩入土深度1-1.5倍范围，超过桩长2倍，对建筑影响较小。离建筑100m是可以接

21、受的范围。锤击沉桩比静压沉桩便宜，但是噪音较大。确定施工方案编制作业进度审批备料平整场地射水沉桩锤击沉桩选定打桩方法测设桩位振动沉桩预制混凝土桩等试桩立打桩机架安桩锤接通水、电源安射水设备吊桩沉桩测定贯入度接桩硫磺胶泥熬制吊桩截凿桩头图2.2 锤击沉桩施工工艺流程图踏勘现场图纸交底建立控制网测放桩位验收桩机对位下节桩插入检查垂直度下节桩压入上节桩插入检查垂直度焊接验收上节桩压入测桩位移及垂直度材料电焊条PH管桩验质保书合格合格证外观检查合格办理中间验收送桩测桩顶标高拔送桩管完成记录图2.3静压桩施工工艺流程2.3.2振动沉桩振动沉桩是将大功率的振动打桩机安装在桩顶，一方面利用振动以减小土对桩的

22、阻力，另一方面用向下的振动力是桩沉入土中。此种施工方法适用于可塑性的粘性土和砂土，用于土的抗剪强度受振动时有较大降低的砂土等地基，其效果更为明显。2.3.3 射水法沉桩（1）射水法沉桩大多与锤击或振动相辅使用，视土质情况可采取先用射水管冲桩孔，然后将桩身随之插入（锤可置于桩顶，以增加下沉的重量）；或一面射水，一面锤击（或振动）；或射水锤击交替进行或以锤击或振动为主，射水为辅等方式。一般多采取射水与锤击联合使用的方式，以加速下沉；亦可采取用射水管冲孔至离桩设计深度约1m左右，再将桩吊入孔内，用锤击打入到设计深度。（2）沉桩时，先将射水管装好使喷射管嘴离地面约0.5m，当桩插正立稳后，压上桩帽、桩

23、锤，开启水泵阀门送水，射水管便冲开桩尖下的土体，慢慢沉入土中，射水管一面下沉，一面不断的上下抽动，以使土体松动，水流畅通，此时桩即依靠其自重及配合桩锤冲击沉入土中。最初可使用较小水压，以后逐步加大水压，不使下沉过猛，下沉渐趋缓慢时，可开锤轻击，下沉转快时停止锤击。（3）下沉时应使射水管末端经常处于桩尖以下约0.30.4m处。射水进行中，放水阀不可骤然大开，以免水压，水量突然降低，涌入泥砂堵塞射水嘴；再射水时，射水管和桩必须垂直，并要求射水均匀，水冲压力一般为0.51.6MPa。（4）当沉至距设计标高0.52m时应停止射水，拔出射水管，用锤击或振动打至设计标高，以免将桩尖处土体冲坏，降低桩的承载

24、力。桩的间距应大于0.9m，以免冲松邻近已打好的桩。2.3.4静压沉桩静压法施工是通过静力压桩机的压桩机构以压桩机自重和机架上的配重提供反力而将预制桩压入土中的沉桩工艺。施工工艺流程如图2.3所示。一般最终压力取2倍P，考虑铁路桥梁的重要性和地质多样性取2.5P。2.3.5预钻孔辅助沉桩预钻孔辅助沉桩有如下特点：（1）预钻孔能有效减少沉桩挤土效应，降低桩体打入时的桩侧摩阻力。（2）施工费用约增大10%20%。预钻孔孔径小于桩径，约为桩径的60%80%，不致对桩的承载能力造成影响。（3）全钻孔辅助沉桩法主要用于短程桩基础，用于摩擦桩会使桩的承载力显著降低。在摩擦桩和摩擦支撑桩中，常采用局部钻孔辅

25、助沉桩法，预钻孔的深度一般为桩入土深度的1/31/2时对桩的承载力影响不大。（4）广泛应用长螺杆螺旋钻机。预钻孔辅助沉桩法可分为预钻孔锤击沉桩法、预钻孔振动沉桩法、预钻孔静压沉桩法。（1）预钻孔锤击沉桩法常用于粘性土地基，桩长可达50m以上，桩径450mm800mm，桩的承载力能力较高的长桩基础。本工法适应于地基土层软硬变化的能力强，能控制打桩应力、打入精度高、桩单节长度大可减少接头、施工设备简单、操作简便、功效高。但预钻孔施工设备较复杂。采用预钻孔锤击沉桩法可显著减少地基变位的影响和减少噪音及振动等公害的影响。（2）预钻孔静压沉桩法常用于软粘土地基，桩长30m左右，桩径为400450mm，桩

26、的承载能力不大于中长桩基础。当在预钻孔深度范围内，低级存在浅层硬土层时，应用本法有显著的优越性，不仅可减小地基变为的影响程度，且可提高沉桩设备的静压能力。预钻孔设备较复杂，对场地要求高，施工费用较高，适宜在城市建设中应用于摩擦桩基础。（3）预钻孔振动沉桩法常用于粘性土地基，为减少地基浅层变位和振动公害影响，提高桩的贯入能力，与振动沉桩法相并用的施工方法。预钻孔施工设备可根据振动沉桩施工工艺和沉桩设备的性能，与振动锤一起设置在同一桩架上。也可另行设置在专用钻机上。前者施工操作简便、施工公费增加较小，对施工作业面要求较低，后者施工操作管理较复杂，施工公费增加较大，对施工作业面要求开阔。本法噪音较低，无烟火及溅油等公害问题，但仍存在振动影响公害。桩的承载能力受设备能力限制，常用于持力层较浅的摩擦支撑桩基础。有时为了提高桩的贯入能力可采用预钻孔振动静压沉桩法，可使桩较深进入持力层，以