CN103290846A - 防止静压预制管桩上浮施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止静压预制管桩上浮施工方法，主要包括定位放线、桩机就位、插桩、压桩、接桩、送桩或截桩、成桩的步骤。本方法可最大限度地防止压桩后的反弹上行，提高桩的承载能力，减少桩的实际用量，继而降低布桩系数。根据工程实测，单桩承载能力可提高15％－20％，节省管桩造价约15%，经济效益非常明显。

Description

防止静压预制管桩上浮施工方法

技术领域

本发明属于建筑工程领域，特别涉及一种防止静压预制管桩上浮施工方法。

背景技术

随着城市建设对环境要求日益提高，泥浆外运的成本也不断增加，尽管钻孔灌注桩仍然作为主力桩型，但不可否认预制管桩在减轻挤土效应的技术措施下，有较大的应用空间。预制管桩的静压法沉桩在环境保护方面有着极大的优越性，在相同的地质条件下，无论在桩侧摩阻力还是在桩端阻力上均比钻孔灌注桩有更优越的指标，受到业主方的优选。然而由于管桩上浮导致工程事故的报道层出不穷，管桩上浮成为影响管桩推广的制约因素。

管桩上浮主要分为由于管桩挤土效应导致周边管桩上浮和由于压桩卸压导致被压桩回弹。目前绝大部分有关管桩上浮的研究集中于由于管桩挤土效应导致周边管桩上浮，而没有关于如何减少和控制压桩卸压导致被压桩回弹的研究。究其原因，由于管桩挤土效应导致周边管桩上浮比由于压桩卸压导致被压桩回弹的上浮从绝对量和危害上更加突出，更加引人关注，近年来通过采取防挤沟、应力释放孔、引孔沉桩，以及结合围护工程常常采用的搅拌桩机作空搅松动土层以隔断挤土效应，同时通过合理安排压桩顺序和当日压桩数量等办法基本解决了管桩挤土效应导致周边管桩上浮问题。由于压桩卸压导致被压桩回弹导致上浮的问题，同样严重影响承载力，增加不均匀沉降，亟待解决。

静压桩是挤土桩，压入过程中会导致桩周围土的密度增加，其挤土效应取决于桩截面的几何形状、桩间距以及土层的性能。挤土效应是指当桩沉入地基后，桩间土体的结构受到扰动，土体相互挤压、孔隙变小，这样就使得孔隙水压力增大，土体发生水平方向的侧移和垂直方向的隆起，使桩及桩间土产生向上的位移，此时桩端与持力土层之间有间隙产生，造成浮桩。浮桩后，桩端与土层间产生空隙，使桩失去大部分的桩端承载力，同时还产生一定的负摩擦力。在这两个因素的共同作用下，桩的极限承载力下降，同时土存在摩阻力作用，使得质量差的桩接头及桩身可能被拉裂，桩身结构被破坏。

静压桩承载力的时效机理与其他桩型有较大差别, 主要归因于以下三方面: 1) 土的固结作用。压桩过程中，桩挤压排开周围土体，使土体的总应力增加。而处于正常固结状态的桩周粘性土不排水剪切时收缩，故其有效应力减小。根据有效应力原理可知，超孔隙水压力等于总应力与有效应力之差，因此，正常固结粘性土中有效应力在增加。沉桩结束后，超孔隙水压力从较高的孔压区向较低的孔压区消散，从而使桩周土产生固结。随着固结时间增加，超静孔隙水压力逐渐减小，其消散速度和土体固结速度均逐渐减小，最后停止，这时候桩的承载力也达到了最大值。2) 土触变性的恢复。桩周土在沉桩过程中受到扰动, 强度降低, 经过一定时间的休止后, 土强度的触变损失得到恢复, 甚至超过初始强度。3) 土壳效应。受沉桩过程竖向剪切、横向挤压作用，桩周近旁的土成为完全塑性区，由于桩土界面的应力最大，超孔隙水压力也最大，因而不断产生相对滑移，粘聚力最小，结合性最差的桩土界面将形成一层水膜，该水膜起到了降低沉桩阻力的作用，而且还能排开塑性区内的水，加速其固结。若压桩途中因为接桩等原因停顿，该水膜消失，则沉桩阻力会在短时间内显著增加。压桩结束后，经过一段时间的静置和固结，逐步形成一层紧贴于桩身表面的硬壳层，该硬壳的厚度为3－20mm，随土的性质、桩表面粗糙程度而变化。由于该硬壳的抗剪强度高于周围土的强度，因此当桩承受竖向荷载发生位移时，该层会随桩身一同移动，剪切发生在该层之外，即发生在完全塑性区与部分扰动区的交界面，这实质上使桩的侧表面摩擦面积增大，加大了桩的承载力。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种防止静压预制管桩上浮施工方法，可最大限度地防止压桩后的反弹上行，提高桩的承载能力，减少桩的实际用量，继而降低布桩系数。

本发明采用以下技术方案：

防止静压预制管桩上浮施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1) 测量定位放线：根据设计图纸精确算出尺寸关系或各桩位坐标，对桩位进行精确测放；

(2) 桩机就位：调整桩机对位、调平、调直；

(3) 插桩：吊起预制管桩，将桩一端送入桩帽中，待管桩放入桩机夹桩箱内扶正就位后焊接桩尖，将桩插入土中0.5m-1.0m的深度后，用两台经纬仪双向控制管桩的垂直度，通过桩机导架的旋转、滑动进行调整管桩位置和垂直度，记录管桩每入土1米时压力表的压力值；

(4) 压桩：在压桩开始阶段，控制压桩速度为2.0m-3.0m/min；在初期2-3m的压桩范围内控制桩身、机架垂直度，垂直度偏差不得超过桩长的0.5％；连续一次性将桩沉到设计标高，静压预制管桩的压桩速率控制在1m/min；

(5) 接桩：将首节管桩压至桩头距地面0.5-1.0m左右高度时停止压桩，开始进行接桩作业；接桩前将上下桩端头板用钢丝刷清除浮锈及泥污，下放桩身进行对桩，上下两节端头板对齐并初步调整垂直后，采用手工电弧焊在坡口周围点焊4-6点，然后再次进行垂直度的调整，最后对称施焊，焊接层数不少于两层；焊接完成后，刷涂一层沥青防腐漆，继续压桩；如有多节管桩，重复该步骤；

(6) 送桩或截桩：当桩顶设计标高较自然地面低时进行送桩至设计标高；当管桩露出地面或未能送到设计桩顶标高时，进行截桩至设计标高；记录最终压力值；

(7)成桩：稳压后保持终压压力10-15分钟，卸压。

静压预制桩主要应用于软土地基。当预制桩在静压作用下贯入土层时，桩周会受到剧烈的挤压，桩尖首先直接使土产生冲剪破坏，孔隙水受此冲剪挤压作用形成不均匀水头，产生急剧上升的超孔隙水压力，扰动土体结构，这种破坏和扰动随着桩的贯入会连续不断地向下传递，使桩周一定范围内的土体形成塑性区，从而很容易使桩身继续贯入。桩的阻力大部分来自桩尖向下穿透土层时直接冲挤桩端土体的端阻力，其余来自桩侧的滑动摩擦力。压桩阻力并不一定随桩的入土深度的增加而累计增大，而是会随着桩尖处土体的软硬程度不同等因素变化波动。沉桩完成后，随着时间的推移，桩周土体中孔隙水压力逐渐消散，土体发生固结，土的抗剪强度及侧摩擦力逐步恢复和提高，从而使工程桩获得较大的承载力。

由于土的触变恢复时效和固结时效等原因，打完桩之后，随着超孔隙水压力的消散，桩周土产生固结，桩的复压值会随时间增加而变大。也可以从宏观上分析，打桩过程时桩和桩周土之间的关系可以类为“滑动摩擦”，而打桩完成后再复压时桩和桩周土之间的关系可以类为“静摩擦”。静摩擦系数要大于动摩擦系数，所以复压值会大于打桩时的终压值。

按以往常规静压桩施工，预制桩在达到停压条件后往往立即卸压，此时由于静压桩上部的压力骤然消失，桩周摩擦力尚未有效产生，整个桩身在底部桩端反力作用下有上抬桩体的能力。经在大量粘性土地区的测试，桩身的上抬量约有30mm-50mm不等。本发明在达到停压条件时持续保持10分钟－15分钟的稳定期，则超孔隙水压力的消散因素使摩阻力有了一定数量的增加，桩端反力引起的反弹得以控制，各个接头连接位置的质量也更有保障。压桩时将终压力维持适当的时间，一定时间的终压维持荷载会进一步使桩端土体强度降低并发生重塑, 同时由于摩擦系数增加、土壳效应中水膜消失和土的触变恢复时效及固结时效等导致侧摩阻力增加，这样可以大幅减小卸荷时桩身的回弹量，使之在可控范围之内。

保持稳压的时间可根据土层的差异性作适当调整，具体取决于稳压后继续加压的起动压力与将桩压达到设计标高的终压力的差值来确定。根据在粉质粘土、粘质粉土中几个工程的实践，同时结合现场预制管桩上浮测量监控抽查结果，稳压后继续加压的起动压力与将桩压达到设计标高的终压力差值为摩阻力理论计算值的标准值，稳压时间优选为10－15分钟。

现有技术中静压达到设计标高后立即卸载的施工方法与本发明维持压力停顿10-15分钟相比，桩身反弹量相差约30mm。

本次防止静压预制管桩上浮施工方法是在原有基础上加以改进，可防止和控制管桩上浮，减少后期沉降量，提高单桩承载能力，减少用桩数量，减轻挤土作用，扩大预制桩的应用。

本发明的防止静压预制管桩上浮施工方法具有以下优点：

（1）本方法可最大限度地防止压桩后的反弹上行，提高桩的承载能力，减少桩的实际用量，继而降低布桩系数。根据工程实测，单桩承载能力可提高15％－20％，节省管桩造价约15%，经济效益非常明显。

（2）静压预应力管桩施工技术从社会、经济上来看具有成桩质量好、穿透能力强、工期短、单位承载力造价低、场地文明、施工噪音小等优点。被广泛应用于各类建筑物和构筑物的基础工程上，且取得了良好的社会效益。

附图说明

图1是本发明的施工工艺流程图。

具体实施方式

实施例1 

本发明的施工工艺流程如图1所示。主要包括定位放线、桩机就位、插桩、压桩、接桩、送桩或截桩、成桩的步骤。

具体施工方法和操作要点如下：

（1）测量定位放线

1）认真复核设计图纸及设计院交桩点位，必要时将坐标控制点、水准控制点按标准设置要求布设在施工现场，标准控制点数量满足施工需要及测量点间互相复核的需要即可，然后依据设计图纸精确算出尺寸关系或各桩位坐标，对桩位进行精确测放。

2）可采用电子全站仪或经纬仪等测量工具建立建筑平面测量控制网，或者直接采用坐标定位方式放出桩位，并进行闭合测量程序进行复核；同时利用水准仪对场地标高进行抄平，然后反映到送桩器上，显示出送桩深度，做好桩顶标高控制工作。

3）桩位放出后，在中心采用30cm长Ф8钢筋或者竹筷插入土中,根据需要做好标识:钢筋(或竹筷)端头系上红布条或点上白灰,然后画出桩外皮轮廓线的圆周,便于对位、插桩。

4）为防止挤土效应及移动桩机时的碾压破坏，针对单桩、独立承台以及大面积筏板基础的群桩制定不同的放线方案。当桩数比较少时，采用坐标随时复测；针对大面积群桩，在场地平整度较高的情况下，采用网格进行控制，并在端头桩位延长线上埋设控制桩，以便复核。

（2）桩机就位

在对施工场地内的表层土质试压后，确保承载力满足静压机械施工及移动过程中不至于出现沉陷，对局部软土层可采用事先换填处理或采用整块钢板铺垫作业。

桩机进场后，检查各部件及仪表是否灵敏有效，确保设备运转安全、正常后，按照打桩顺序，移动调整桩机对位、调平、调直。

（3）管桩的验收、堆放、吊运及插桩

1）管桩的进场验收

管桩进场后，应按照《先张法预应力砼管桩》（GB13476-1999）的国家标准或各地区的地方标准对管桩的外观、桩径、长度、壁厚、桩身弯曲度、桩端头板的平整度、桩身强度以及桩身上的材料标识等按规范进行验收，并审查产品合格证明文件，把好材料进场验收关。根据设计及施工规范要求等级将不符合要求的管桩清退出场。

2）管桩的堆放

现场管桩堆放场地应平整，采用软垫(木垫) 按二点法做相应支垫，且支撑点大致在同一水平面上。当管桩在场地内堆放时，不宜超过4层；当在桩位附近准备施工时宜单层放置，且必须设支垫。管桩堆放要按照不同型号、规格分类堆放，以免调运施工过程中发生差错。

管桩在现场堆放后，需要二次倒运时，易采用吊机及平板车配合操作。如场地条件不具备时，采用拖拽的方式，需要采用滚木或者对桩头端头板采取一定的保护措施，以免在硬化地面上滑动时磨损套箍及端头板。

3）管桩吊运及插桩

单根管桩吊运时可采用两头勾吊法，竖起时可采用单点法。管桩起吊运输过程中应免平稳轻放，以免受振动、冲撞。

管桩吊起后，缓缓将桩一端送入桩帽中，待管桩放入桩机夹桩箱内扶正就位后，根据需要焊接开（闭）口型桩尖，然后将桩插入土中0.5m-1.0m的深度后，用两台经纬仪（在接近90度的夹角方向）双向控制桩的垂直度，条件不具备也可采用两个线锤进行垂直度控制。通过桩机导架的旋转、滑动进行调整，确保管桩位置和垂直度符合要求后压桩。

（4）压桩

1）压桩施工前，合理安排打桩顺序：根据桩的入土深度，宜先长后短、先高后低；若桩较密集，且距建筑物较远，场地开阔时，宜从中间向四周进行；若桩较密集，场地狭长，两端距建筑物较远时，宜从中间向两端进行；若桩较密集，且一侧靠近建筑物时，宜从相邻建筑物的一侧开始，由近向远进行；桩数多于30根的群桩基础，应从中心位置向外施压；承台边缘的桩，待承台内其他桩压完并重新测定桩位后，再插桩施压；有围护结构的深基坑中的静压管桩，宜先压桩后再做基坑的围护结构。

2）压桩前在每节单桩桩身上划出以米为单位的长度标记，以便观察桩的入土深度及记录对应压力值，并通过实地高程测量，在送桩器上做好最后1m及最终送桩深度标记，通过水准仪配合控制。

3）压桩前最好将地表下的障碍物探明并清除干净，以免桩身移位倾斜。

4）在压桩开始阶段，压桩速度不能过快，应根据地质报告显示的土质情况选择压桩速度,一般以2.0m-3.0m/min速度为宜。在初期2-3m的压桩范围内应重点观察控制状身、机架垂直度，垂直度控制应重点放在第一节桩上，垂直度偏差不得超过桩长的0.5％。并在压桩过程中需要经常观测桩身是否发生位移、偏移等情况并做好过程记录，并详细记录每入土1米时压力表的压力值。沉桩宜连续一次性将桩沉到设计标高，尽量缩短中间停顿时间，应避免在接近持力层时接桩。压桩过程中，桩架应坚实、稳固，桩帽和桩身应保持同一垂直的轴线上，保证不出现斜压的现象。静压预制管桩的压桩速率控制在1m/min。

5）压桩时，如沉桩发生突然变化时，应注意保持桩处于轴心受压状态，如有偏移应及时调正，以免发生桩顶破碎及断桩质量事故。若发生移位，桩顶或桩身出现严重裂缝、破碎等情况时，应暂停压桩，并分析原因，采取相应措施。在施工中如出现桩的挤偏、隆起、挤断现象，应采取跳桩顺序施工、并调整压桩速度。

6）沉桩过程中，当桩尖遇到硬土层或砂层而发生沉桩阻力突然增大，甚至超过压桩机最大静压能力而使桩机桩机上抬时，这时可以最大静压力作用在桩上，采取忽停忽压的冲击施压法，可使桩缓慢下沉直至穿透硬夹砂层。

（5）接桩

将首节管桩压至桩头距地面0.5-1.0m左右高度时停止压桩，开始进行接桩作业。接桩前将上下桩端头板用钢丝刷清除浮锈及泥污，然后下放桩身进行对桩。上下两节端头板对齐并初步调整垂直后，采用手工电弧焊在坡口周围点焊4-6点，然后再次进行垂直度的调整，若端头板间隙过大，应加塞铁片。为减少焊接变形引起节点弯曲，焊接时由两名工人对称施焊，焊接层数不少于两层且焊缝应均匀饱满（焊缝与坡口平）。

焊接完成后，自然冷却5min以上，然后刷涂一层沥青防腐漆后，继续压桩。如果有多节管桩，重复以上工序即可。

（6）送桩或截桩

当桩顶设计标高较自然地面低时必须进行送桩。送桩时选用的送桩器的外形尺寸要与所压桩的外形尺寸相匹配，并且要有足够的强度和刚度，一般为一圆形钢柱体。送桩时，送桩器的轴线要与桩身相吻合。送桩器上根据测定的局部地面标高，事先要标出送桩深度，通过伺候在现场的水准仪跟踪观测，准确地将送桩送至设计标高。同时送桩器上要标出最后1m的位置线，详细记录最终压力值。

当管桩露出地面或未能送到设计桩顶标高时，需要截桩。截桩要求必须用专门的截桩器，严禁用大锤横向敲击、冲撞。

 (7)成桩：稳压后保持终压压力10-15分钟，卸压。

在达到停压条件时持续保持终压压力10-5分钟的稳定期。具体保持稳压的时间可根据土层的差异性作适当调整。根据在粉质粘土、粘质粉土中几个工程的实践，建议稳压后继续加压的起动压力与将桩压达到设计标高的终压力差值为摩阻力理论计算值的标准值，稳压时间为10-15分钟。

（8）管桩与承台连接

1）承台开挖可采用普通挖土机即可，但在开挖过程中注意不得碰损桩头，在挖至桩头标高附近时，停止开挖。桩间土采用人工配合进行挖除。管桩施工完毕后当天承载力没有完全达到设计强度，根据不同的土质情况，需要7天以上的嵌固期，所以承台开挖要与试验检测结合起来进行安排，保证施工连续。

2）承台是将上部结构的力传递给管桩基础的受力构件，所以管桩要与承台之间实现有效的锚固连接。一般管桩伸入承台内100mm，在施工完基础素混凝土垫层后，如管桩内有积水应排出，并用吊筋下放3mm厚的圆形钢板托板，伸入管桩内1000mm-1500mm左右，待承台浇注混凝土时一同灌入同标号混凝土增强桩头受力截面。同时在桩端头板上焊接伸入承台的锚固钢筋，伸入承台内，然后进行承台钢筋的绑扎作业。需要注意，针对截桩与不截桩有着不同的构造做法。

现有技术中静压达到设计标高后立即卸载的施工方法与本发明维持压力停顿10-15分钟相比，桩身反弹量相差约30mm。

采用本发明方法可最大限度地防止压桩后的反弹上行，提高桩的承载能力，减少桩的实际用量，继而降低布桩系数。根据工程实测，单桩承载能力可提高15％－20％，节省管桩造价约15%，经济效益非常明显。

Claims (1)

1.防止静压预制管桩上浮施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1) 测量定位放线：根据设计图纸精确算出尺寸关系或各桩位坐标，对桩位进行精确测放；

(2) 桩机就位：调整桩机对位、调平、调直；

(3) 插桩：吊起预制管桩，将桩一端送入桩帽中，待管桩放入桩机夹桩箱内扶正就位后焊接桩尖，将桩插入土中0.5m-1.0m的深度后，用两台经纬仪双向控制管桩的垂直度，通过桩机导架的旋转、滑动进行调整管桩位置和垂直度，记录管桩每入土1米时压力表的压力值；

(4) 压桩：在压桩开始阶段，控制压桩速度为2.0m-3.0m/min；在初期2-3m的压桩范围内控制桩身、机架垂直度，垂直度偏差不得超过桩长的0.5％；连续一次性将桩沉到设计标高，静压预制管桩的压桩速率控制在1m/min；

(5) 接桩：将首节管桩压至桩头距地面0.5-1.0m左右高度时停止压桩，开始进行接桩作业；接桩前将上下桩端头板用钢丝刷清除浮锈及泥污，下放桩身进行对桩，上下两节端头板对齐并初步调整垂直后，采用手工电弧焊在坡口周围点焊4-6点，然后再次进行垂直度的调整，最后对称施焊，焊接层数不少于两层；焊接完成后，刷涂一层沥青防腐漆，继续压桩；如有多节管桩，重复该步骤；

(6) 送桩或截桩：当桩顶设计标高较自然地面低时进行送桩至设计标高；当管桩露出地面或未能送到设计桩顶标高时，进行截桩至设计标高；记录最终压力值；

(7)成桩：稳压后保持终压压力10-15分钟，卸压。