PTC管桩锤击沉桩施工工法

1  前言

PTC管桩处治路基在高速公路建设中应用越来越多，尤其是在改扩建项目中（防止不均沉降）。该工法是河南省公路工程局集团有限公司在高速公路路基处治施工中，经过探索、总结、提高形成的，在公路工程施工领域，具有很好的指导、借鉴作用。

2  工法特点

2.1  本工法对路基的深厚软土地基加固提出了一种有效的处理方法。

2.2  满足地基承载力，提高基底密实度及地基承载力。

 2.3  施工速度较其他类型桩快，工期能够得到保证。

2.4  施工质量易于控制，有保证。

3  适用范围

新建公路的特殊地基处理，公路改扩建工程可参考使用。

4  施工工艺原理

预应力管桩处理深厚软土地基的原理是：在预应力管桩进入持力层后，通过桩顶浇筑的桩帽及桩帽上铺设一定厚度的褥垫层（以砂、碎石及双向土工格栅组成）形成复合地基，使上部荷载均匀传递到下卧土层，以提高基底密实度及地基承载力，增强新旧路基整体稳定性，有效控制工后沉降。

5  施工工艺流程及操作要点

5.1  施工工艺流程

预应力管桩加固软土地基施工工艺流程图

5.2  操作要点

5.2.1  施工准备

5.2.1.1  管桩起吊、运输、堆放

5.2.1.1.1  根据施工桩长、运输条件和工程地质情况对桩进行分节设计，初步拟定桩节长度为6～12m。

5.2.1.1.2  装卸时轻起轻放，严禁抛掷、碰撞、滚落，吊运过程保持平稳。

5.2.1.1.3  运输过程中，支点必须满足两点法的位置（支点距离桩端0.207L）处，并垫以楔形木，防止滚动，保证层与层间垫木与桩端的距离相等。运输车辆底层设置垫枕，并保持同一平面。

5.2.1.1.4  堆放时，桩下垫木设置两道，支撑点的位置就在两点吊的吊点位置处，吊点距管桩端部0.2米处。当重叠堆放时，各层均设置垫木，堆放层数不超过三层，两端桩错落不大于0.1米。

5.2.1.2  技术准备

5.2.1.2.1  通过试桩校验锤击桩设备的技术性能、工艺参数及其技术措施的适宜性，试桩不少于2根。

5.2.1.2.2  在桩身上画出以米为单位的长度标记，用于静压或锤击桩时观察桩的入土深度。

5.2.2  管桩施工

5.2.2.1  沉桩顺序应符合下列原则：

5.2.2.1.1  临近桥头15米范围应先施工基底管桩，再施工路基管桩。基底清表完成后，填土碾压至地面标高时，进行基底管桩施工；

5.2.2.1.2  施工顺序由路基内侧向外侧进行，离结构物距离由近向远进行；

5.2.2.1.3  施工顺序根据桩长和桩顶设计标高，宜先深后浅，先长后短；

5.2.2.1.4  应尽量避免桩机反复行走，扰动地面土层；

5.2.2.1.5  应做好施工计划，确保沉桩机运行路线既经济合理，送桩、喂桩方便施工，又保证后续工作连续。

5.2.2.2  锤击沉桩施工

5.2.2.2.1  管桩就位

桩机进场安装调试后，移至施工起点位置处就位，根据管桩设计高程在桩架上设置明显标记，方便观测沉桩深度。利用导杆垂直仪，使导杆调至初步垂直，而后进行管桩起吊，起吊管桩时应捆绑牢固，起吊点符合力学原理要求，根据吊装用吊索长度在距桩顶合适位置处设置吊点，以保证管桩吊起后顺利进入送桩器帽中。吊索与桩之间要加衬垫，起吊时平稳起升，避免碰撞和震动。

管桩吊起后，对准地面已划好的桩位，缓慢落下使桩尖慢慢地插入土中30～50cm，并处于稳定状态，然后用两台经纬仪进行双向垂直校正，直至桩身垂直度符合要求。

开始时应起锤轻压或轻击数锤，观测锤身及桩身等垂直度，符合要求后，即可转入正常施打。如发现倾斜，应二次调整至垂直度满足要求为止。

5.2.2.2.2  沉桩

施工中根据现场地质情况，控制桩锤的打击能量，若遇到虚土或软弱土层时，应先关闭油门冷打，若每击贯入度小于100mm时，打开油门，启动桩锤进行锤击；在沉桩过程中，必须始终保持桩锤、送桩器帽、桩身中心三者在同一垂直线上，不得偏心锤击，施工过程要求连续，中途不得人为停锤。遇到异常情况，如贯入度突变，桩身倾斜或桩顶碎裂，桩身开裂等现象应立即停锤并通知监理部门。桩端入土3m后不得校正垂直度，若发现有偏差，应起拔回填后重新插入。

5.2.2.2.3  接桩

5.2.2.2.3.1  当管桩需要接长时，接头个数不宜超过3个且尽量避免桩头沉入土层中接桩。

5.2.2.2.3.2  采用焊接接桩，其入土部分段的桩头宜高出0.5m～1.0m，加上定位板，然后把第二节桩吊放在下段桩端板上，将上、下桩段接直。上、下桩段的中心线偏差不大于5mm，节点弯曲矢高不得大于桩段的0.1%。

5.2.2.2.3.3  管桩对接前，上下端板表面应用钢丝刷清理干净，坡口处露出金属光泽。对接后，若上下桩接触面不密实，可用不超过5mm的钢片嵌填，达到饱满为止，并点焊牢固。

5.2.2.2.3.4  三个电焊工在成120°角的方向同时施焊。先在坡口圆周上对称点焊4～6点，待上下桩固定后再拆除导向箍再分层施焊。每层焊接厚度应均匀，焊接层数不得少于三层，焊缝连续饱满。采用普通交流焊机的手工焊接时，必须用电焊条打底，确保根部焊透，第二层方可用粗电焊条4mm～5mm施焊；采用自动及半自动保护焊机的，应按相应规程分层连续完成。

5.2.2.2.3.5  焊接时，必须将内层焊渣清理干净后再焊外一层。坡口槽的电焊必须满焊，电焊厚度宜高出坡口1mm，焊缝必须饱满连续且应每层检查，不得有夹渣，气孔等缺陷。焊接完成后，需自然冷却不少于3分钟并经监理工程师检查合格后才可进行打桩施工。夏天施工温度较高，可采用鼓风机送风，加速冷却，严禁用水冷却或焊好即打。

5.2.2.2.3.6  当设计对桩接头有防腐要求时，对焊接好冷却后的接头进行防腐处理。

5.2.2.2.4  成桩

当管桩送到设计深度时，可将送桩器拔起，起拔送桩器采用桩架上导向滑轮，启动卷扬机，慢慢拔起。

5.2.2.2.5  桩顶标高确定

若原地面尚未施工时，以原地面标高确定；若原地面开挖并填筑透水性材料后，以填筑后透水性材料顶标高确定。

5.2.3  桩帽施工

待管桩施工一定段落后，能够提供桩帽施工工作面时，开始进行桩帽施工工作。

5.2.3.1  基坑开挖

基坑深30cm，平面尺寸为以管桩圆心为中心的正方形，边长100cm，因基坑较浅，施工中计划不再使用模板，直接采用土模。基坑采用人工开挖，基坑底比桩顶低5cm，要求做到坑底平整、坑壁竖直，尺寸满足图纸和规范要求。

5.2.3.2  钢筋加工安装

钢筋在加工场加工成型，运至现场焊接或绑扎，在安装过程中严格控制钢筋尺寸、位置的偏差，并且随时检查校正。

施工时严格根据图纸，与桩顶端板、桩塞托板相连的钢筋必须可靠焊牢，双面焊时焊缝长度应≥5d（d为钢筋直径）。

钢筋在存放和运输过程中，应避免锈蚀和污染。钢筋宜堆置在仓棚内，露天堆置时，应垫高并加遮盖。

5.2.3.3  混凝土浇筑

混凝土采用经监理工程师批准的配合比在拌和站集中拌制，由混凝土运输车运往施工现场。

浇筑混凝土前，先将基坑内所有杂物、土块清理干净，然后在桩内壁均匀涂抹水泥净浆、基坑底用水润湿，然后开始浇筑混凝土。

先浇筑桩塞内混凝土，桩塞内混凝土厚45cm，分两层浇筑；桩帽厚30cm，一层浇筑完毕。振动棒采用插入式振动棒。

对每一振捣部位，必须达到混凝土密实为止。密实标志是混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆状。振动过程中注意避免振动器碰撞钢筋、坑壁等。

5.2.4　褥垫层施工

5.2.4.1  褥垫层施工工艺流程：铺设碎石—铺设中粗砂—铺设双向土工格栅—铺设中粗砂—铺设碎石—夯实。

5.2.4.2  铺设褥垫层应在桩帽混凝土强度达到设计强度，经检验符合设计要求后进行，褥垫层厚度应符合设计要求，采用的级配碎石，粒径不得大于规范要求，桩间土碾压采用小型打夯机或压路机进行压实，褥垫层的摊铺厚度应确保压实厚度不小于设计厚度。

5.2.4.3　土工格栅采用16#小铁丝绑扎搭接，横幅之间搭接宽度0.2m，纵幅搭接宽度2.0m。

5.2.4.4  铺土工格栅前先人工整平，铺设时理顺、拉直、绷紧土工格栅，不得有褶皱和破损。

5.3预应力管桩质量标准

PTC管桩质量检验标准

 机械设备配备表

根据PTC管桩的工程量情况，合理组织施工队伍进行施工，每个施工作业队配备情况如下（可根据实际工程情况调整）。

劳动力配备表

材  料  表

沉桩施工常见质量通病及预控对策，详见下表：

11.1  施工前应按设计要求和有关标准对进场的成品桩，接桩电焊条进行检验，验证内容如下：

11.1.1  桩规格型号，长度，桩径，壁厚，端头平面，配筋;

11.1.2  桩身混凝土强度，养护龄期，桩身外观质量；

11.1.3  管桩的出厂检验报告，产品合格证；

11.1.4  电焊条产品合格证，规格，品种；

11.2  施工中应根据不同的沉桩工艺，主要检查下列内容：

11.2.1  桩的定位及沉桩就位前的再次复核；

11.2.2  整根桩身垂直度允许偏差不超过1%；

11.2.3  贯入过程中桩身完整，无击碎现象；

11.2.4  电焊接桩应符合下列规定：

11.2.4.1  直观无气孔，无焊瘤，无裂缝，焊缝饱满；

11.2.4.2  重要工程应进行10%焊缝探伤检查；

11.2.4.3  电焊后的停歇时间。

12  质量控制措施

建立完善的质量保证体系、健全质量管理机构，制定整个合同段工程质量创优规划、方针、措施，逐级细化，责任到人，严格要求全员全过程质量控制。

12.1  质量预控

12.1.1  建立质量管理网络，进行图纸会审和设计技术交底，制定质量评定制度、质量奖罚制度、质量例会制度、质量问题处理制度。

12.1.2  质量责任制：分工明确，贯彻执行质量责任制，定期进行督促检查，做到奖罚分明，责任到人。

12.1.3  施工员、质检员、测量员、桩机司机、电工、焊工等施工人员必须持证上岗。

12.1.4  建立管桩进场及施工台帐，严格过程控制。

12.1.5  进行技术交底，严格按照施工方案施工。施工方案必须具有针对性，措施具体，施工流程清楚，顺序合理。

12.1.6  工程质量检验制度，包括原材料设备进场检验制度；施工过程的检验；施工结束后的抽样检测。

12.2  过程质量控制

12.2.1  管桩质量，对管桩进行外观检查，尺寸偏差和抗裂性检验。施工现场着重检查砼抗压强度能否达到要求。管桩有否明显的纵向、环向裂缝、端部平面是否倾斜、外径壁厚、桩身弯曲是否符合规范要求。混凝土强度是否达到要求，产品质保书、合格证、检测报告是否符合要求和齐全。不合格产品不得用于工程。

12.2.2  压桩机传感设备是否完好，桩机配重与设计承载力是否相适应。

12.2.3  现场预应力管桩堆放整齐，布局合理。打桩顺序应根据邻近建筑物情况、地质条件、桩距大小、桩的密集程度、桩的规格及入土深度综合考虑，兼顾施工方便。

12.2.4  根据施工段落工程量合理安排管桩堆放位置，将管桩移动频率尽可能减少，防止移动过频造成管桩桩体质量受损。

12.2.5  垂直度

通常用两台经纬仪，夹角90度方向进行检测。须注意管桩桩尖导向必须垂直；地基表面有坚硬石块必须清除，使桩身达到垂直度要求,符合设计图纸和施工规范的要求。

12.2.6  压桩过程

压桩过程碰到硬土层，不能用力过猛，管桩抗弯能力不强往往容易折断，抬架时也要轻抬轻放。否则一是造成桩身开裂；二是易发生桩架倾斜倒塌事故。

12.3  检验(验收)控制

桩基完成后依据国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ106—2003、《公路路基施工技术规范》JTG F10—2006规定管桩质量评定。

12.3.1  管桩低应变动力检测（反射波法）测量桩身完整性（桩身评定等级分四类）。

12.3.2  管桩高应变动力检测：主要评价桩身完整性和计算单桩极限承载力。

12.3.3  管桩静力载荷试验：主要检测极限承载力，沉降量回弹后残余变形情况。

12.3.4  管桩拉拔试验：主要检测极限承载力。

13  安全施工控制

13.1  制定安全管理目标，目标不低于国家相关规定                                                                                           

13.2  建立安全保证体系。安全保证体系是运用科学的管理模式，以安全为中心所制定的保证安全达到要求的循环系统，只有安全保证体系的正常运转，才能真正达到施工安全防护的目的。

13.3  安全控制要点

13.3.1  机械操作手按规范操作，保持机械设备性能良好。

13.3.2  避免疲劳施工，防止意外伤害。

13.3.3  移桩时注意钢丝绳牢固，严防管桩脱落伤人事故。

13.3.4  夜间施工时要有良好的照明措施，防止机械伤人事故。

14  文明施工管理措施

14.1建立文明施工组织机构 

组织机构的组建是实施文明施工的有力保证 ，建立以施工第一负责人为组长的文明施工领导小组。

14.2  制定文明施工管理措施

14.2.1  制定文明施工宣传教育措施

14.2.2  制定施工现场文明管理措施                                                                                         14.2.3  制定文明施工检查制度措施                                                    

15  环境保护 

15.1  噪声控制

15.1.1  严格执行《建筑施工场界噪声限值》（TB12523），控制和降低施工机械和运输车辆造成的噪声污染。

15.2.2  合理安排作业时间，尽可能将打桩作业安排在白天施工，并将噪声控制避免夜间施工，使施工噪声对周围环境影响减少到最低程度。

15.2  振动控制

采用振动较小的静压力桩机进行打桩施工，可以有效的减少施工中的振动，避免振动对周围建筑物的影响和破坏。

15.3  地基挤压控制

在打桩过程中，应严格按照操作规程，密切控制管桩的打进速度，避免管桩对软土地基的挤压效应，引起地表隆起，使旁边建筑物受到影响。

15.4  做好地表排水，在工作垫层四周做好排水沟，防止雨水冲刷。

15.5  打桩施工前先调查清地下电缆和构筑物，并改移至路基外侧。

16  效益分析

 16.1  经济效益

预应力管桩对25～48m深厚软土地基进行处理相对桥梁方案，施工安全可靠，操作简便易行，施工造价低廉，能够满足地基沉降的设计要求，具有很好的经济效益和推广价值。

16.2  环保、节能效益 

预应力管桩施工方法相对于其它施工方案，采用本工法施工机械设备投入少，节能效果明显。

16.3  社会效益

应用预应力管桩对深厚软土地基进行处理，为我公司以后承接新建、改建工程项目的25～48m深厚软土地基中进行预应力管桩的施工提供借鉴。

17  工程实例

郑漯高速改扩建第六合同段段起讫桩号为K51+100～K59+000，长7.9公里。为减少新老路基衔接的不均匀沉降及提高桥头、涵洞（通道）基底的地基承载力，根据设计要求对高填方路段、桥头、涵洞（通道）台背15米及基础底实施管桩处理。路基高填方段及桥头实施路基基底管桩处治共计6088根/共计52187米，盖板通道地基处理共计13440米，涵洞地基处理共计13373米。通过处理，保证了薄弱环节的施工质量。

1、柴油锤式打桩机

2、管 桩 就 位

3、沉    桩

4、接    桩

5、桩 帽 施 工