专业！PHC预应力混凝土管桩后注浆施工工法解析

一、前言
PHC预应力混凝土管桩具有强度高，施工方便快捷，单桩承载力高等特点，是高层建筑物中常见的一种桩基础，对场地土层在桩长范围内为黄土粉状土、粉土、含砾粉土、粉土和粉质黏土地基承载力有显著提高，在人口居住密集地方，采用静力压入法降低噪声，减少噪声污染，但对于持力层处于卵石层的地区，管桩有效桩长较深或地下处于有孤石，过大的压力（加持力）容易造成管桩倾斜甚至断桩，沉桩挤土造成水平位移而断裂，这些因素都制约着管桩的使用局限性。通过灌注桩后注浆施工工艺技术的启发，通过对地基承载力和地质勘查报告数据进行研究、计算、分析，为提高PHC管桩承载力，减小有效桩长，达到地基承载力满足要求，采用PHC管桩带注浆器施工工艺，通过专家论证其可行性，PHC管桩带注浆器压浆工艺有效的解决了有效桩过长，避免了有效桩在坚硬的砾石持力层，同时对环保节材，降低噪音，加快工期有显著提高。
二、工法特点
1、采用后注浆技术可以大幅减小压桩深度同时满足地基承载力，克服了软弱土层与管桩桩身亲和力差的难题，通过桩侧注浆使得端承桩桩侧摩阻力增加地基承载力。
2、能大幅提高单桩承载力，有利于持力层的灵活选择，可以缩短有效桩长，加快施工进度。
3、注浆装置安装简便，可以有效降低成本。
三、适用范围
本工法适用于素填土、杂填土、淤泥、淤泥质土、粉土、粘性土、碎石土等地基，不适用于密实较厚的砂土层及风化岩层。
四、工艺原理
4.1 PHC管桩带注浆器后压浆工艺通过在桩端加设注浆器，采用静力压桩法，使用桩机将焊接牢固的带有注浆器的管桩承压至设计比标高，通过施工标高与有效桩长确定终压值，最终压桩力作为参考，终止沉桩后48小时采用高压注浆泵，通过导管对PHC管桩压浆，单桩的承载力将得到极大提高。
4.2桩底后注浆时浆液对桩底土层进行置换、挤密、结固、或者发生化学反应形成结石体压力浆液通过渗透、挤密、填充及固话作用，提高持力层强度和变形能力并形成扩大头增加桩端的承压面积。
4.3桩侧后注浆时，浆液先对与管桩接触部位的土层进行渗透、置换对桩周土体进行劈裂，混合、挤密，填充桩侧与桩周土的间隙，提高桩侧与桩周土体的粘接力，从而提高桩侧摩阻力，较小灌注桩的有效桩长。
五、施工工艺

5.1工艺流程

专家论证→试桩→静载检测→注浆器加工→注浆器安装→ 注浆管的设置→桩孔定位→沉桩→ 注浆→ 养护→检测验收

5.2施工方法

5.2.1专家论证：
由于目前预应力管桩还没有实际的应用实例，所以施工前组织了专家进行专家论证：
5.2.2试桩：
试桩的指导思想是以充分发挥管桩强度，以适当的有效桩长来使地基土的强度达到桩身强度即为桩的承载力，最终达到经济合理的效果。
根据图集资料及强度计算，PHC500-125AB桩桩身强度设计值2700KN，考虑地震荷载组合最大值时桩身轴力设计值为4626KN，即为较经济的结果，故取单桩承载力极限值4626KN为设计要求。根据图集资料，其桩身强度特征值为2700KN，即极限值承载力为5400KN，在试桩过程中，以5400KN为承载力实验破坏的目标值，实际检测时，均在目标值或前一级荷载下发生破坏，取破坏荷载的上一级荷载为单桩试验极限承载力标准值。

表1：试桩明细如图（均为PHC500-125AB桩）

从上述结果来看，不注浆有效桩长需45米左右，而后注浆后承载力有明显的提高。
根据地质勘查报告提供的参数，理论计算大概需要47米，单桩承载力极限值可以满足4626kn：
Quk=u∑qsikli qpkAp=（32*4.6 45*10.3 45*9.2 65*5.8 72*18）*0.5*3.14 0.52*3.14*0.25*2000=4626kn
∑li=4.6 10.3 9.2 5.8 18=47m
故静载试验结果与理论计算比较接近。
由于后注浆后15天即开始进行静载试验，龄期不到28天，可能会影响承载力结果，将纯水泥用量提高到2.0t，保障龄期的情况下，26米有效桩长是可以满足设计要求的。
5.2.3桩静载检测：
由于后注浆工艺属于新的施工工艺，没有积累太多的经验，也没有形成可以采用的标准，为安全保险起见，暂定有效桩长为35米，采用后钻孔沉管注浆，注浆量为纯水泥用量（P.O52.5R）2t，单桩承载力极限值为Quk=4626kn，在实际工程中实施。
C区二期7#楼、8#楼均为地下二层，地上三十二层，地上高度100米，剪力墙结构，采用上述基础方案静载试验结果分别如下：

表2：7#楼静载检测结果汇总

表3：7#楼静载检测结果汇总

5.2.4注浆器加工：
1、注浆器采用12mm钢板进行焊接加工，焊缝采用双面满焊，沿焊接成型的注浆器周围设置竖向加强肋12mm*40mm*500mm，横向加强肋采用50mm*50mm*12mm钢板焊接，保证注浆器的强度和刚度，保证能承受压桩过程荷载不变形和破坏。
2、注浆器顶板开孔与注浆管进行焊接连接，注浆管与注浆管连接采用螺纹连接，注浆孔的设置沿注浆器周围均匀设置，不少于42个，在注浆孔下部焊接护孔耳板，防止压桩过程中侧壁土方压紧挤实后对注浆压力造成影响，注浆器内用石子进行填充，保证注浆器的抗压强度。

图一：注浆器构造图

图二：焊接成型的注浆器

5.2.5注浆器安装：
注浆器安装采用焊接工艺将注浆器和预应力混凝土管桩顶部端板进行焊接，焊缝饱满，焊脚尺寸不小于5mm，焊接前将注浆管穿过管桩内，注浆器端板与桩端法兰盘焊接成型，如图：

图四：注浆管穿管与注浆器焊接

5.2.6注浆管的设置：
注浆导管采用直径25mm钢管，与注浆器的连接采用焊接，注浆管之间的连接采用螺纹连接，导管长度为注浆器顶板到桩顶距离减去50mm，注浆喷头具有止逆的功能，导管上部应采用麻丝进行封严，桩侧注浆管应采用低强度材料，如采用塑料胶带缠裹等。确保在注浆压力下顺利打开。
5.2.7桩孔定位：
根据建设单位提供的场内三个以上的坐标点，结合现场实际平面布置，进行每栋楼控制点布置，每栋楼不少于二个控制点。控制点采用混凝土做好防护，后期使用过程中必须妥善保护。根据每栋楼控制坐标点，采用全站仪或者GPS对楼内的桩号进行放样，放出具体位置，使用钢钉系好红布条打入图中150mm，用以保证机械碾压后桩点位不错，便于寻找桩点位。
5.2.8沉桩：
压桩前必须确认桩机的吊钩已脱离吊桩工具，桩头已准确对中桩位点，利用经纬仪于桩身正前方和90度角的两个方向来校对测量。确保桩身垂直度偏差控制在0.15%以内。桩帽、桩身和送桩的中线应重合。
管桩连接采用法兰焊接，接长时用钢丝刷清理桩端板处杂物，坡口处应刷至露出金属光泽，为方便焊接桩，其入土部分桩段的桩顶高出地面0.5-1.0m。焊接时宜在坡口周围对称点焊4点-6点，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层对称施焊，焊接层数为3层，内层焊渣必须清理干净后方可施焊外一层，焊缝应饱满、连续、且根部必须焊透。焊好的桩接头自然冷却后方可继续沉桩，严谨用冷水缺或焊好即沉桩施工。

压桩

接桩

5.2.9注浆：
注浆环节是预应力混凝土管桩后注浆技术的关键环节，包括注浆时间的控制、注浆量的控制、注浆压力的控制，这些环节的控制是后注浆工艺质量控制核心控制点，有一项不满足要求就可能导致桩端承载力不能达到要求的可能性，所以非常关键。
1、浆液配比：
注浆材料采用普通硅酸盐水泥强度等级采用PO42.5，受潮结块过期的水泥严禁使用，浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透性确定，对于饱和土水灰比宜为1045-0.65，非饱和土宜为0.7-0.9，松散碎石宜为0.5-0.6 。
2、浆液的配备：
水泥浆采用机械搅拌的方式进行搅拌，浆液搅拌应均匀，不能有明显的团粒或水泥结块，先稀后稠，第一罐浆液，水灰比0.8，随后水灰比0.5~0.6，浆液必须经过两级搅拌两级过滤，第一级搅拌达10分钟以上。搅拌好的浆液通过滤网到达水泥池内，然后通过二次过滤到达浆液二次搅拌罐，过滤网眼不大于3mm，在小搅拌罐内应处于不间断搅拌状体，搅拌过程中泌水率不应超过3%，浆液有足够的流动性，适当可以加入缓凝剂进行控制水泥浆的初凝时间。浆液配置示意图如图：
3、注浆管安装：
安装注浆采用丝扣连接，注浆器与注浆管采用丝扣连接，将注浆管穿入管桩内，注浆器与管桩端部采用法兰焊接，桩芯穿上注浆管冒出第一节桩顶标高10cm，第二节也预先串好注浆管，吊起后连接桩口注浆管时采用三角架，然后进行人工桩口连接注浆管，注浆管连接后进行压桩

注浆罐与注浆管的连接

4、注浆：
注浆前需要确认搅拌机、高压注浆泵、压力表等设备的工作状态，检查注浆器和注浆管路的情况，设置浆液的配置池，与高压注浆泵连接可靠，然后用石子（粒径40mm）灌填至管底以上500mm，再用石粉灌填至水位以上（大于500mm），然后用微膨胀细石混凝土灌填2000mm，24小时后即可注浆。
开始注浆时，启动高压注浆泵，先低档施压，正常以后才可换挡加压，正常情况下保持1.5~2.5mpa的常态压力，瞬间可达3mpa。注浆时当浆液太稠时，会有注浆泵堵塞现象，切不可轻易打开注浆泵活塞，严格采取安全措施。
个别桩有向上返浆现象，出现返浆时，立即停止注浆，采用间歇注浆，即每15分钟进行瞬间加压，一个小时后重新持续注浆，直至达到终止注浆条件。
终止注浆条件为正常情况下以纯水泥用量2t为控制终止注浆标准。预定在纯水泥用量达1.2t以上，压力3mpa达5分钟以上亦可终止注浆。

注浆效果

5.2.10养护：
养护时间不能小于15天，静载试验应在注浆完成15天后进行.
5.2.11桩基检测：
预应力砼管桩检测主要包括三方面，管桩拼接时焊缝的探伤检测，同一工程探伤抽样检查不得少于3个接头。做低应变法试验，检测桩身完整性，一般桩基工程抽检数量不应小于总桩数的20%，且不得少于10根；设计等级为甲级，抽检数量不少于总桩数的30%，且不得少于20根，多桩承台每根柱下抽检不少于1根；现场静载试验，单桩静载荷试验在砼已条件下的试桩数量，不宜少于本子项总桩数的1%，且不少于三根。
六、质量控制

6.1控制标准：

《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002
《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008
《预应力混凝土管桩基础技术规程》DGJ32TJ190-2010
1、注浆器加工质量要求：
加工注浆器必须保证注浆孔数量满足42个孔眼
注浆器的承压性能必须满足6MPa以上。
2、打入桩位允许偏差：
注：H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离。
3、注浆施工注意事项：
1、正常情况下保持1.5~2.5mpa的常态压力，瞬间可达3mpa。
2、个别桩有向上返浆现象，出现返浆时，立即停止注浆，采用间歇注浆，即每15分钟进行瞬间加压，一个小时后重新持续注浆，直至达到终止注浆条件。
3、终止注浆条件为正常情况下以纯水泥用量2t为控制终止注浆标准。预定在纯水泥用量达1.2t以上，压力3mpa达5分钟以上亦可终止注浆。

6.2管理措施：

1、建立健全质量管理体系，落实责任制：
为确保质量达到标准，成立质量管理小组，建立以质量责任工程师为中心的领导小组，切落实质量责任制，树立人人心中有责任，人人想把质量抓的观念。
2、联合检查验收制度：
强化过程工序检查，每道工序必须在作业之前进行针对性技术交底，对操作人员灌输质量目标标准，每道工序在工长自检合格基础上，工长会同质检员、监理工程师等联合起来检查，确保检查不到位。
3、奖罚制度：
制定详细、切合实际的奖罚制度和细则，贯穿工程施工的全过程，通过奖优罚劣，促使施工人员在施工过程中进一步加强责任感，把工作做的更细、更精、更认真，避免不必要的错误和今后发生类似的错误。
4、质量会诊制度：
在项目部组织各管理人员每周进行定期现场检查，对现场施工进行质量会诊和总结，填写质量会诊表，包括产生的原因，针对原因进行分析，确认原因的解决措施，预控下周不再发生同样的问题，同时，项目管理人员都同一工序施工质量问题发生的频率情况进行统计，做出统计分析，进一步发现问题变化的趋势，以便更好的克服质量通病。
5、落实集团公司管理“50效应”管理法则。

6.3施工过程质量控制：

1、进场材料：
所有进场管桩进行检查，管桩的规格、型号、壁厚、类型、厂家、生产日期、外观质量检查、质量证明文件等。
2、技术交底：
对关键部位或者施工技术难度大，施工复杂的工序，在施工前，项目技术人员编制详细的具有针对性的技术交底，报监理工程师进行审核，审核通过后，采用PPT演示，将每一步骤、系统客观明了的向每一个操作人员进行交底。对未交底的部位，不得进行正式施工实施。
七、安全控制措施

7.1 管理措施：

1、落实安全责任制：
建立健全安全生产责任制度，完善安全生产条件，确保安全生产。做好安全生产工作，预防伤亡事故和职业病害的发生，关系着企业每个员工的切身利益和千家万户的幸福安康，关系着安全企业生产全的顺利进行和经济效益的稳步增长，关系着社会的安定和人民的安居乐业，所以项目部必须认真落实安全生产责任制。才能实现安全生产，提高效益的最终目标。
2、专职安全员每日安全检查：
项目部专职安全员每日进行现场巡视检查，针对现场作业人员的不正当操作行为给予及时纠正，针对施工现场出现不安全环境，比如桩孔外露、，及时进行要求落实整改到位，针对现场材料码放存在安全隐患进行整改。专职安全员必须做好每日现场安全检查工作，对作业人员进行常态化安全交底，使得每个作业人员进行安全作业生产，做到人人讲安全，安全在心中。
3、专业主工长落实每日完工检查记录：
专业工长每日落实每日完工检查记录，对现场是否工完场清进行检查，及时向项目部反馈真实的现场信息。
4、安全经理组织好班前安全动员：
安全经理组织对进场的作业人员进行教育与交底，每日班前组织安全动员大会并形成班前讲话记录，时时提醒注意安全，提高作业人员安全意识 。
5、项目部管理人员积极响应管生产必须管安全
施工现场管理人员，必须做到管生产，管安全，对不规范作业工人及时指正。

7.2 现场施工注意安全事项：

1、静压桩机在吊桩过程中，作业人员必须远离吊桩作业有效选装半径。
2、起吊作业范围内，划定危险区域，拉好警戒线。
3、焊接时要制作专用挡风斗，对火花采取严密的处理措施，防止火灾、烫伤等不安全因素，下雨天不得进行露天施焊作业，防止触电事故。
4、接桩时焊接用的各种气瓶应做
八、经济效益分析
此工程前期设计采用管桩承载力特征值采用4513KN，最小有效桩长为45米。有效桩长范围内为黄土状粉土、粉土、含砾粉土、粉土和粉质粘性土。桩端持力层为粉土或粉质黏土。
针对该场地土层情况，项目部通过探索与创新科研，分别进行了不注浆预应力桩，挖土注浆预应力桩和带注浆器注浆预应力桩的静载荷试验，总试桩数量达20根桩。试验结果表明：26米长PHC-500-125管桩注浆桩承载力极限值为5155~5415KN，45米长PHC-500-125管桩（不注浆）的承载力极限值为4833KN。说明注浆对单桩承载力提高效果非常显著。
带注浆器后注浆管桩工艺，注浆器、水泥、及人工费单桩在1760元。
26米长单根桩带注浆器成本为：
1760元 26*180元=6440元
45米长管桩不带注浆器为
45*180元=8100元。
项目总共2235根桩
估算带注浆器后注浆施工工艺节约成本：（8100-6440）*2235=3710100元。
九、应用实例
本工程应用于首创国际学园二期二标段项目桩基工程。由晋中科创新城房地产有限公司开发，四川宏基原创设计有限公司设计，山西省建设监理有限公司监理，江苏南通二建集团有限公司总承包施工，国基建设集团有限公司专业分包。
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