PHC管桩在湿陷性黄土地区多层连体建筑群的制作及施工技术

1、工程概况济南市长清区四馆工程位于济南市长清区宾谷街以南，清河街以北，莲台山路以东，规划路以西，总建筑面积5.78万㎡，其中地上建筑面积4.4万㎡，包括图书馆、文化馆、档案馆、博物馆及剧院与青少年活动中心，地下建筑面积1.38万㎡,地下主要设置车库和设备用房等，其中基础采用桩基承台+防水底板基础，桩基采用强度等级为C80PHC管桩，管桩型号为PHC500AB（125）-30，单桩承载力特征值1 900 kN，根据地质勘察报告持力层采用第⑧层粉质粘土层，共计1 039根，总长度约30 130 m，单根桩长28~30 m。2、PHC管桩的特性PHC管桩是采用先张预应力工艺和离心成型法制成的一种空心筒体细长高强混凝土预制构件，主要由圆筒形身、端头板和钢套箍等构成，由于采用工厂化预应力加工制作工艺，因而比普通预制桩承载力高2~4倍，桩端承载力比原状土质层提高75%~85%，桩侧摩阻力提高25%~45%，PHC管桩承载力设计值要比同直径的沉管灌注桩、钻孔灌注桩和人工挖孔桩高，在现场施工速度快、穿越能力强、抗震性能优越。3、

PHC管桩工厂制作技术研究本工程位于济南湿陷性黄土地区，采用多层连体建筑群的建筑设计风格，为确保工程质量，对PHC管桩在工厂生产阶段进行了如下技术研究：3.1

先张法预应力管桩高精度模具的改进研究（1）模具合模企口改为上下筒体板错位设置，企口板完全为平面，不漏浆、易清模。（2）改进了模具筒体成型压力机，使筒体拼接缝由2m延长到6m，最大程度的减少拼接焊缝，提高了管桩成品表面观感质量。（3）利用超长车床，使15m以下的模具整套车加工，大幅提高跑轮、法兰的同心度，克服了一般厂家分段车后再对接，易出现的高低错口的质量通病，法兰对接打磨好后车加工，磨具连接处光滑平整。（4）该管桩模具是吸收国内外同类产品的优点设计制造，结构新颖，采用径向企口定位，轴向椎销定位，分段制造，螺栓连接，具有运输方便、组装快速、定位准确、整体刚性好、运转平稳等特点。3.2

PHC管桩混凝土免蒸压技术的应用目前国内生产主要采用常压蒸汽养护与高压蒸汽养护的两段式养护工艺，使管桩在一个养护周期内达到出厂强度。其中常压蒸汽养护温度为80~90℃，而高压蒸汽养护温度为170~180℃，压力为0.9~1.0MPa，据统计分析，PHC管桩在生产过程中，高压蒸汽养护占总能耗的80%以上。PHC管桩混凝土强度等级为C80,大多数采用的是二次养护工艺,免压蒸工艺应用较少,且生产也不够稳定。主要原因是免蒸压混凝土的材料成本、生产工艺的管理水平要求较高，加之经过高压蒸汽养护的混凝土耐久性下降明显，PHC管桩免压蒸工艺对于节能减排有着重要意义。本工程采用PHC管桩专用混凝土外加剂，应用免蒸压工艺，减少了高压蒸汽养护环节，根据季节合理调整养护时间，使生产成本得以显著降低，经大量试验，最终生产出合格的高强度管桩，同时，该技术的应用大幅降低了工人的劳动强度，减少了高压釜在压蒸管桩生产时潜在的安全生产隐患。

3.3

专用聚羧酸减水剂的研发本工程PHC管桩使用自主研制的高性能聚羧酸减水剂，减水率高、水灰比低，大幅提高了混凝土的密实度和强度，且产生的气泡，孔径小、间隔均匀，确保了管桩的生产质量。聚羧酸高性能减水剂是近年来混凝土外加剂的研制热点：与以往萘系减水剂相比，聚羧酸高性能减水剂具有低掺量、高减水率、混凝土塌落度经时损失小、混凝土后期强度增长明显、功能可调等优点，在高强混凝土中得到了迅速应用。试验研究表明：采用蒸压工艺养护的混凝土后期强度几乎不再增长，而采用免蒸压工艺养护的混凝土，随着龄期的发展其力学性能能够持续增长。本工程使用的PHC管桩，通过使用专用聚羧酸减水剂与矿物掺合料，在90℃下养护5 h，混凝土强度可达到80 MPa以上，且随着龄期的发展，混凝土的抗压强度持续增长，且抗氯离子渗透、抗冻融性能也能得到了有效改善。同时，减少了管桩使用的混凝土在离心成型过程中余浆的排放量，实现了PHC管桩生产工艺的节能减排，为环境保护做出了积极的贡献。在原材料的选择中，其中砂全部使用机制砂成功代替河砂大幅降低了生产成本，同时也解决了黄砂随着环保力度加大难以采购的问题。3.4

对端板套箍成型机模具进行了技术研发改造，确保了管桩接头质量编制了“一种管桩套箍制作装置”（CN201520754488）及“一种管桩生产用修整装置”（CN20152086438）实用新型专利。解决了管桩套箍制作过程中，由于套箍尺寸不够精确，套箍与模具连接处容易漏浆、结皮等质量问题。3.5

管桩余浆的综合回收再利用研究余浆是管桩在生产过程中离心工艺后排出的废液，随着预应力高强混凝土管桩行业的迅速发展，余浆的处理问题给管桩生产企业带来了难题，所以管桩生产企业必须处理余浆。该产品回收余浆一部分利用到管桩混凝土再生产中，剩余部分利用生产副产品，主要有：混凝土花砖、空心砖、彩面砖等。4、PHC管桩施工技术研究4.1

施工工艺的选择根据地质勘察报告，本工程所处位置主要穿越层为：第②层黄土状粉质粘土，平均厚度6.6m；第⑤层粉质粘土，平均厚度5.1m。由于施工现场周边为休闲、娱乐、商业区，故噪声对周边人员产生的干扰问题基本可忽略，因而在PHC管桩施工中，经综合考虑，选用3台柴油打桩机施工，以减少管桩穿越土层的摩阻力。4.2

施工工艺流程4.3

操作要点（1）施工准备：主要包括前期手续准备、技术方案、材料、人员、打桩设备准备等，主要内容如下：1）施工许可证的办理及基础施工方案的审批，制定技术措施、质量控制标准，形成完备的质量保证体系。2）研读地质勘察报告，详细调查并了解场地内及周边区域内的地下各类管线以及是否有隐蔽埋设物，确保在施工作业前联系相关单位清除完毕，并制定可靠的安全防护措施。3）根据建设单位提供的现场配电设备及水源点，进行对接施工，保证施工现场有满足施工要求的水、电供应。4）联系建设单位组织，设计交底与图纸会审，确保后续施工的顺利进行。5）编制详细的基础施工方案，确定施工进度计划表。6）预应力混凝土管桩进场检验，要求厂家提供出厂合格证、材料试验报告等质量证明文件，运至施工现场的管桩按规格、类型分别堆放，摆放整齐，管桩的堆放场地要保证坚实、平整。7）根据施工现场情况和施工要求，合理组织桩机设备、人力进场。（2）桩位定线放样根据建设方提供的高程点和控制点进行定位放线，并设置基准控制点，并对控制点进行有效保护，根据桩基平面布置图，准确定出桩位，清理桩位周边的障碍物并进行自检，经监理（建设）单位进行验收，验收合格后对放出的桩位做好标志并进行保护。（3）桩机就位桩位确定后，根据桩基施工方案，应用纵移、横移相结合的方法将桩机在桩位上基本就位，对高低不平地段可用机械设备铲平，场地内妨碍桩位部分的地下障碍物要清除干净，防止造成偏桩和沉桩困难。（4）打桩首节桩插入时，精度控制至关重要，务必确保平面位置的准确性及垂直精度，吊桩时吊点应符合设计要求，当设计无明确说明时，当待接桩桩长在16m内，可选用一个吊点起吊，吊点位置应设在距桩端0.293L处（L为桩长），起吊的PHC管桩设计强度应达到100%。在起吊首节桩时，要固定好吊装用的索具与钢丝绳，然后启动油泵，再次校验桩机位置，确保桩尖垂直对准桩位中心，沉桩时采用经纬仪在两个垂直方向校测，以确保首节桩的垂直度偏差不大于外径D的0.5%。同时应认真观察桩身变化情况，发现有偏移或倾斜时，应立即查找原因，采取校正措施。单节桩宜一次性将桩连续打压到底，尽量避免中间停顿，如需中途停压，应尽量缩短时间。沉桩过程中，如出现压力反常、桩身倾斜、位移或桩身、桩顶破碎，应查明原因，在进行必要的处理后，方可继续施工。沉桩过程中，如因地质原因或遇障碍物致使桩位偏移或倾斜时，不得强行纠偏，应同设计、监理、建设单位研究解决。沉桩过程中要密切关注压桩力的变化，成桩后根据桩顶标高的变化及时调整桩长，避免后期因截桩长度过长而导致的浪费。在沉桩过程中要保证柴油锤平稳击打，不要随意调整柴油锤油门开关，密切观察桩的入土情况并做好沉桩记录。（5）接桩接桩采用桩端板焊接连接，考虑在湿陷性黄土地区，地下水具有腐蚀性等不利因素，因而必须提高管桩接头的抗腐蚀能力，为此将管桩的端板厚度由20 mm增加至25 mm，并采用多道次横焊的方式加以解决，焊接中采用二氧化碳气体保护焊，焊丝直径1.2 mm，规格为ER-506，管桩接桩时，宜在桩头高出地面0.5～1.0 m处进行，接桩前应先将上、下节桩的接头清洁干净做到无泥土，坡口处应漏出金属光泽，确保接桩质量，施焊完成后的桩接头，应自然冷却后才能继续沉桩，沉桩完成后，需采用相关保护措施加以防护，以防止桩孔掉入杂物，给后期清理带来不便。（6）截桩及桩头处理1）桩位确定：将槽底整平，清运多余土方，根据桩的位置图在基槽内用白灰标记出每根桩的位置并按图纸确定不同的开挖高度。2）机械开挖：考虑实际情况，桩间净距为1 m，桩间土的开挖采用一台小型挖掘机（铲宽500 mm）自西向东进行挖掘作业，自卸汽车配合土方外运。3）根据设计要求土方开挖前，桩荷载试验合格，桩位确定无误后，即可开始对桩头进行截桩处理。4）对于高出设计标高的桩，先用水平仪抄出设计标高位置。在设计标高位置线沿桩周圈弹出墨线，用云石锯沿弹出的线锯桩，桩分两次截断。第一次锯3cm左右，第二次换大锯片沿第一次锯出的刀口把桩截断。截断后用25t汽车吊把截掉桩头从基坑中吊出外运。5）桩头清理：清理锯桩的浮浆浮尘，检验截桩的锯口，对于桩口不平的或是有缺陷的，用水泥砂浆找补平整，水泥砂浆达到强度后，在桩上口涂抹水泥基渗透结晶性防水涂料两遍，然后再在水泥基防水涂料上抹3mm厚抗裂砂浆保护层。5、质量检测5.1

质量检验标准工程质量控制标准执行《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB 50202–2018）。5.2

质量保证措施（1）经进场验收合格的预应力管桩，根据长度及编号，分类存放，堆放高度不超过3层。（2）为确保桩位放线准确，定期用纵向及横向的轴线控制桩进行校核。（3）桩机进场前，场地应提前平整，确保桩机进场后就位稳定，桩架处于垂直状态。（4）沉桩时桩机要对准桩位，然后起吊管桩，使管桩对准桩位中心，用两台经纬仪正交校核桩身垂直度。（5）锤击打桩时应使桩锤、桩帽、管桩桩身始终处在同一条中心线，打桩过程中如遇到坚硬土层，应采用重锤轻击的方法使桩缓慢穿越硬土层，防止桩头损坏。（6）接桩时须注意保持上、下节桩的垂直度在同一中心线上。（7）注意打桩记录的留存，对最后10锤贯入度做好详细记录，以不大于设计规定的数值为合格，确保符合设计要求。6、施工效果6.1

工程质量预应力管桩全部施工结束后，经济南恒瑞工程检测有限公司依据设计要求和规范进行了接头焊缝、抗压、低应变等质量检测，检验结果全部合格，使后续基础工程施工得以顺利进行。6.2

施工进度依据科学有效的施工组织管理，桩基施工期间，投入柴油打桩机4台，仅用了1个月就完成了1 039棵管桩的施工任务，总长度30 650 m，确保按合同工期完成了管桩的施工。7、结束语PHC管桩在济南湿陷性黄土地区多层连体建筑群的成功实践体现在以下方面：（1）PHC管桩在工厂生产预制