一、前言
PHC预应力管桩是专业构件厂批量生产的一种混凝土预制件，因该类管桩具有生产工艺稳定，质量可靠，生产周期短等优点，近年来在我国发展很快，我国华南及华东地区PHC管桩已广泛应用于工业与民用建筑结构物，并逐步向港口、码头、桥梁、水利建设领域推广。
公司承建的沪青平高速公路第一合同段，桥梁基础采用PHC预应力管桩302根，总计桩长8852延米，施工工期仅用两个月，成桩质量优良，一次检验合格，现总结形成本工法。
二、工法特点
1、适用广泛。PHC管桩是工厂预制的空心圆等截面构件，规格齐全，外径300～600 、壁厚75-130不一，有A、AB、C型管桩，桩基承载力达2500～4000kN，可广泛适用于工业与民用建筑、铁路、公路、码头、桥梁、港口等工程建设、大型设备基础。
2、承载力高。PHC管桩强度高，采用离心成型、压蒸养护与混凝土科学配比掺外加剂工艺，确保混凝土强度等级大于C80，比普通混凝土预制桩承载力高2-4倍。
3、质量稳定、性能好。PHC管桩选用高强的预应力专用钢棒，采用先张法预应力工艺，与普通混凝土预制桩相比，具有较高的抗裂、抗弯强度；且工厂化制作，工艺成熟、质量稳定、性能好。
4、成桩质量可靠。因PHC桩身混凝土密实，强度高，耐打性好，
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对持力层起伏变化大的地质条件有很强的适应性，成桩质量可靠，检测方便。
5、运输吊装方便。PHC成品桩厂制长度为22-30m，运输吊装方便；单桩可接成任意长度，不受施工机械和施工条件限制；管桩施工主要设备为打桩机，16t吊车配合，使用材料、设备简单，无砂石、水泥、泥浆，环境污染少。
6、造价低廉，每米桩成本约210元。其单位承载力的造价比预制混凝土方桩和钻孔灌注桩低。 三、适用范围
本工法可广泛适用于工业与民用建筑、铁路、公路、码头、桥梁、港口等工程建设、大型设备基础。
四、工艺原理
依靠管桩桩身摩擦阻力和桩端阻力来承受结构物上部荷载。 五、工艺流程 (一)、工艺流程见图1
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测量定位 桩机就位 桩位复核 配桩方案设计 成品桩起吊 否 调校桩身垂直度 是 桩位校正、插桩 打桩 接桩 送桩 成桩检测 图1 PHV管桩施工工艺流程图
(二)、确定打桩顺序
预制桩打入土层时，会挤压周围土体，能使土体密实，但在桩距较近时会使相邻桩相互影响，造成后打桩下沉困难或后打桩挤压先打桩“上飘”或“偏移”。因此打桩顺序要考虑群桩在平面上的密集程
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序，自中间向四周展开进行或由一端向另一端逐排打设。如下图：
(三)、主要施工方法 1、施工准备
a、测量定位：准确无误地测量放样出承台的四个角和各个桩位。 b、桩机就位：夯实便道使打桩机能顺利进入，若地基较软可在地基上加铺大块钢板或木板，以加大承载力。
c、复核桩位：在吊装插桩前，测量人员要对桩位进行复测、校核，观测桩位是否有移动，如有应立即调整，做到与设计符合。
d、混凝土管桩的现场堆放场地要平整、结实，垫木间距根据吊点确定，堆放层数不得超过三层，并按不同规格分类堆放。
e、桩在打入之前，在侧面画上标尺，以便做打桩记录。 2、吊装、插桩
用一台16t自行式吊车配合打桩机进行吊装，人工配合打桩机准确快速地卡入桩，然后移至桩位，过程中有专人指挥协调。
调校桩的垂直度是沉桩质量的关键，须高度重视。插桩在一般情况下入土30～50cm为宜，然后进行调校。桩基驾驶员在施工长的组织、指挥下，掌握好双向角度尺，两个方向都归零点，使打桩机纵横
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方向保持水平，调较垂直度在允许值以内才能沉桩。沉桩过程中施工员随时观察桩的进尺变化，如遇地质层有障碍物、桩杆偏移时，应分行程逐渐调直。
插桩前按不同上、下节桩长度予以间隔施工，即相邻桩的接头位置错开，同一断面接头不超过25%。
插桩后，即检查校正桩位，若有偏差，应提起重插。
插好后将桩锤压向桩顶，此时应缓缓地沉入土中，同时再检查桩锤的桩帽中心是否与中轴一致，并检查桩的方位有无移动，以便进行必要的纠偏，如一切均已妥当，方可开锤施打。
图4 现场垂直度控制图
3、打桩
φ500PHC混凝土管桩长为22～30m，桩基标高以施工图纸为主，结合现场实际地质情况确定。根据重锤轻打的原则，结合桩的类型、长度，以及地质条件和以往的施工经验，选择DJ35导杆式桩机，4t、6.3t柴油锤。
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打桩时采用桩和锤相适应的桩帽和硬木垫层，并及时更换被打击密实失去弹性的垫层。
桩锤、桩帽和桩身要控制在同一轴线上，桩的垂直度应符合规定，采用2台经纬仪平面夹角90℃跟踪观测控制。
每根桩的打桩作业除特殊情况外，必须连续打到设计标高，不得中断。
开始时，由于桩身入土浅，露出地面高，并且贯入度较大，必须严格控制桩锤的冲击能，可用“落锤”方法施工，或减少进油量，降低落锤高度，以后视桩的沉入性能，适当地逐步加大冲击能。
桩的停打条件为桩尖达到设计标高、贯入度符合控制标准规定。 打桩时遇有不利情况应立即暂停，在采取相应的技术措施后，方可继续施打。未经设计、监理单位同意，不能任意改变打桩入土深度，若下沉贯入度过大或过小时，应与设计院、监理单位共同研究后调整。
上、下节桩焊接时，除应符合有关焊接规定外，在焊接时宜用小电流焊接。焊接时，焊接件表面要保持清洁。
上、下节桩必须对中，不偏斜，按图施工。若由于误差在两节桩之间出现间隙，采用厚度适当的铁片填实。焊接时要采取措施，减少焊接变形，焊缝连续饱满，并确保规定的焊缝长度。
打桩时详细、准确地填写打桩记录。特别注意最后贯入度，即最后50cm桩长的锤击及桩的沉入量。
PHC预应力管桩打桩作业见图5
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图5 打桩现场图
4、接桩
桩帽在焊接前必须除锈，清洁，干燥，焊缝必须饱满。接桩必须保持垂直，桩中心偏差不大于3mm，桩端板应闭合，其缝隙不大于4mm。
焊接必须饱满，分3～4层施焊，层之间应清除焊渣，焊缝厚度不小于11mm。焊接完毕应自然冷却，5分钟后方可再施打。普通焊接一般需要30分钟左右。也可用二氧化碳保护焊，焊接时间可缩短至10分钟。PHC接桩作业见图6
图6 接桩现场图
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5、送桩
送桩工具紧接桩顶部分，安放保护桩顶的硬木垫层，安放前要先将桩顶损伤部分清除并修理平整。
桩与送桩工具的纵轴线要尽量保持在同一直线上，送桩必须与打桩一样连续打到规定标高，不得中断。
(四)、关键控制点
桩锤的选择和贯入度控制是PHC桩打入的关键控制点。 同一种型号的管桩，相同的单桩极限承载力，当管桩穿越持力层的深度不同时，打桩机的桩锤也必须根据实际地质资料、贯入度变化灵活更换。进入持力层越深所需桩锤越重；由较深持力层变化到较浅持力层时，大桩锤打桩贯入度较大，桩锤需由大桩锤变换为小桩锤。
六、材料和机具设备
PHC管桩施工使用主要材料为工厂预制的预应力成品管桩，管桩采购要选择资质合格的大型预应力构件生产厂。管桩进场必须组织验收，验收内容主要包括出厂合格证是否齐全，现场检验桩身是否有裂纹等。
PHC管桩施工主要机械设备为导杆式柴油打桩、16t吊车、接桩工具、焊接工具等。施工机械配备见下表
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表1 施工机械配备表
机械 名称 柴油打桩机 吊车 电焊机 发电机组 载重汽车 规格 型号 导杆式 浦沅 BX3-500 GF-30 东风 额定功率（kw）或 容量（m3）或吨位（t） 4.5t、6.3t 16t 22kw 30kw 15t
厂牌及 出厂时间 成都2000 天津2000 一汽2000 数量（台） 1 1 4 2 2
图7 柴油打桩机
七、劳动组织
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表2 PHC预应力管桩施工劳动力组织表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 工种 打桩机司机 吊车司机 指挥员 焊工 技术员 测工 试验工 汽车司机 杂工 人工数 2 1 1 1 1 3 3 2 4 打桩 起吊 现场指挥，施工负责人 接桩位焊接 技术指导、质量监测 桩位、桩身垂直度测量 焊接、成桩质量检测 管桩运输 配合起吊、管桩就位等 作业内容 备注 八、安全保证措施
预应力管桩施工起吊、锤击作业多，施工安全措施主要从加强制度管理和现场指挥协调，关注机械设备使用和安全防护入手。
1、健全安全管理制度。项目部与现场负责人签订安全包保责任书，明确现场负责人、技术员及其他作业人员安全职责、权利和义务，各负其责，分工协作。
2、做好技术服务和后勤保障工作。项目工程部会同设备物资部制定管桩作业安全防护措施和应急准备与响应预案，对施工过程中容易引发安全事故的打桩、起吊作业实施方案预控，对现场作业人员实施个体防护，确保施工安全。
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3、加强现场安全管理。作业现场设施工总指挥一名，主要负责打桩机、吊车、运输车辆调遣、协调工作，对打桩现场施工安全全面负责。施工现场按照安全文明标准工地要求，实施作业现场封闭管理，施工现场醒目位置设立“非工作人员禁止入内”、“进入施工现场配戴安全帽”等安全标识，施工场地内管桩堆码整齐且不超过三层，设备指定地点停放等等，这些安全措施的实施，有效地保障了施工安全。
九、质量保证措施
1、桩身垂直度控制。测量人员应在施工准备、管桩就位、接桩焊接和打桩过程中，跟踪监测桩位和桩身垂直度，确保桩位准确无误。沉桩施工时，当桩身刚插入土时，利用两台经纬仪成90℃夹角监测，倾斜度控制在1%之内，否则通过调整桩机或在桩侧加垫进行调整或拔起重压。
2、打桩贯入度控制。打桩过程中，应派有专业技术人员记录贯入度，及时了解持力层地质变化情况，必要时更换桩锤以确保打桩质量。当贯入阻力增大、入土深度不足或贯入阻力减小、入土远超过设计深度时，应及时与设计单位联系解决。最终以管桩进入持力层，且最后三次贯入阻力达1.8～2.0倍单桩设计承载力，累计下沉量≤10mm时停止打压管桩。
3、桩顶破损预防。加强管桩装、运和存放管理，确保桩身质量持续满足要求；施工中及时纠正桩位，使锤击力顺桩轴方向施打；采用合适的桩帽，并及时调整缓冲垫；正确选用桩锤，且每根桩施工时要连续不间断进行。
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4、接桩焊接质量控制。PHC桩一般采用法兰焊接，焊缝高12mm。打桩至地面上0.5m进行接桩。焊接前，清除焊缝上下30cm范围内及法兰端面的泥土、油污杂物。在两法兰间存在缝隙时，则插入备用锲形铁，上节桩就位后沿接口四周先对称点焊数点临时固定，然后以相同方向焊接。施焊第一层时，采用较大电流，以促进熔深。手工焊接时，第一层用ø3.2mm焊条，第二层改用稍大直径焊条。当遇大风及雨雪天气时，则需先采取防风、防雨措施方可焊接。焊接时选择适当的电流，限制焊接速度和焊接时间，分层均匀焊接。桩接头焊接完成，焊缝冷却后方可继续打桩，以防止焊接破坏。
4、成桩质量检测。使用武汉岩海工程技术开发公司生产的RS1616K（P）型基桩动侧仪（加速度传感器CA-YD-134和CA-YD-186型；应变传感器CYB-YB-F1KA型）进行高应变检测，配合低应变检测（反射波法）复测单桩竖向极限承载力及桩身完整性系数。
图8 高应变检测
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图9 低应变检测
十、效益分析
PHC预应力管桩与钻孔灌注桩相比，每台打桩机每天（正常情况下按12小时计）可折合完成8根桩，每米管桩施工成本与管桩购置费合计210元；钻孔灌注桩每米施工成本为610元左右。仅朱枫跨线桥1＃～9＃墩桩基即可节约成本143.6万元。且钻孔灌注桩必须等28天才可以检测，同等条件可以缩短工期27天/根桩，为本项目后续工程施工赢得了时间。
与方桩相比，混凝土用量为方桩的70%，钢筋用量为方桩的30%～50%，同直径PHC管桩与方桩相比，价格仅为方桩的 1/4～1/2；且PHC管桩施工周期短、施工现场简洁，对桩端持力层起伏变化较大的地质条件适应性强、成桩质量监测方便。
十一、工程实例
公司承建的沪青平高速公路1标朱枫跨线立交桥，地处上海地区
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湖沼平原地段，起讫里程K0＋080.841～K0＋517.186，全长426.345m，共22个墩台，全桥采用AB、B型φ500mmPHC管桩302根，相邻接头错位长度平均1.3m，接桩错位率约40%。工程竣工后，高、低应变检测管桩42根，其中I类桩37根，II类桩5根，工程质量优良，受到了业主和监理单位的好评。
本项目管桩施工过程中根据不同地质情况及时更换桩锤的大小，施工进展顺利，施工完毕桩基检测全部合格，单桩承载力满足设计要求。
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