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1、基坑支护型横隔式预应力混凝土管桩制作施工工法1、前言软土地基中基坑围护采用预应力混凝土管桩，具有沉桩方便、施工速度快、主筋位置准确、围护造价低、无噪音无污染的优点。在相同的基坑挖深和软土地质条件下，其围护造价比沉管灌注桩低约1020%，比钻孔灌注桩低约50%。但预应力混凝土管桩的抗侧移刚度弱，抗裂弯矩值低，以PC-AB600（100）的管桩为例，其抗裂弯矩检验值为201KNm，极限弯矩检验值为332KNm（见国家标准“预应力混凝土管桩”03SG409）。本公司与有关单位共同研发出横隔式预应力混凝土管桩，该成果已由xx市科技局组织鉴定通过，并成功地应用于xx市紫郡小区等工程的基坑围护。横隔式预应
2、力混凝土管桩构造如下图所示。2、工法特点2.1采用“菜单式”加工制作，根据基坑围护设计的预应力混凝土管桩的直径、型号、长度以及横隔位置加工制作横隔式预应力管桩，横隔式预应力管桩在工厂生产时，首先预制好圆环形配筋砼的横隔，如图1所示，然后嵌入管桩的钢胎模中，横隔的8外伸筋与管桩的钢筋笼绑扎。横隔位置依围护桩的弯矩图布置，在弯矩最大处加密，底部考虑弯矩值小且沉桩时土柱顶塞而不布置。离心法生产的其它工艺同一般的预应力混凝土管桩。2.2横隔式预应力管桩的抗弯承载力通过破坏性试验，可提高约20%以上，试验装置照片见图2.2-1，横隔及试验后裂缝照片见图2.2-2。图2.2-1 横隔式管桩实验现场装置图2
3、.2-2 横隔式管桩实验2.3 管桩长度一般为单节，静压沉桩施工方便、速度快，与沉管灌注桩、钻孔灌注桩相比，无振动噪音无泥浆污染，因管桩底开口而挤土效应不大。管桩若用2节为一根，接头焊缝按标准图施工属等强度焊接。2.4 基坑围护属临时挡土结构，因其造价比沉管灌注桩和钻孔灌注桩低，故应用价值大。3、适用范围横隔式预应力混凝土管桩作为一种新型的基坑围护桩，适用于软土地基挖深为57m左右的基坑，尤其适用于单节长度（最长为15m）的桩底部存在较硬土层的地质条件。桩顶一般为压顶环梁结合支撑系统，也可以悬臂式受力。当单节管桩应用于基坑围护桩墙时，若插入坑底深度不足时，可采取的措施有：降低桩顶设计标高，即桩
4、顶以上放坡式处理。支撑梁截面设计成“”形，有利于增大梁底与底板顶面的净空尺寸。基坑底部被动区打水泥搅拌桩加固。应用两节管桩焊接接头，此时焊缝厚度应按标准图施工，形成等强度接头。4、工艺原理根据基坑围护桩应用部位的计算弯矩图形设置管桩内的数道横隔，增大预应力混凝土管桩的抗裂弯矩与极限弯矩值。管桩工厂在离心法生产管桩时嵌入等强度等级的混凝土横隔预制块，嵌入深度30mm，横隔与预应力管桩的混凝土浇捣为整体，养护后运输至现场，沉桩至设计标高，管桩顶嵌入混凝土压顶环梁50mm，锚筋焊于管桩顶帽板。当设计的围护管桩间距较大时，可在管桩外侧施打水泥搅拌桩止住水土。横隔与管桩壁搭接如图4所示。5、施工工艺流程
5、及操作要点5.1 工艺流程预制混凝土横隔绑扎管桩钢筋笼嵌入横隔预制块合拢钢模张拉预应力筋离心法生产蒸汽养护放张预应力筋运至工地测量放线沉桩焊接桩顶锚筋施工压顶环梁及支撑5.2 操作要点5.2.1 横隔钢筋绑扎后放入专用钢模，按管桩C60混凝土配合比制作横隔预制块，单片横隔100或75mm厚。5.2.2 绑扎管桩钢筋笼，先预应力纵筋，再安装螺栓箍。预应力筋和螺旋箍筋焊接点的强度损失不得大于该材料标准强度的5%，松脱的焊点应用钢丝绑扎。钢筋笼按标准图设计型号。5.2.3 安装横隔预制块，将其连接筋8绑扎于管桩主筋上，然后安装帽箍板及其锚筋。先张法模外张拉预应力筋，采用张拉应力和预应力筋伸长值双控。
6、5.2.4 采用浇灌机对混凝土均匀布料，离心法生产预应力混凝土管桩，离心工艺成型应按慢速、中速、高速三个阶段进行，以保证混凝土密实与壁厚均匀。管桩长度按设计。然后蒸汽养护室常压蒸养，按预养、升温、恒温、降温四个阶段进行，升温速率每小时不宜超过25，恒温温度不宜超过90。5.2.5 放张拉预应力筋时，与管桩相同条件养护的混凝土试件的抗压强度不得低于40MPa。5.2.6 管桩编号后用汽车运输至工地，并按要求码放。5.2.7 桩机就位，测设管桩的桩位，并吊运管桩就位。5.2.8 沉桩，采用静压法施工，沉桩以桩底设计标高作为沉桩控制原则，沉桩次序先中间，后往两侧延伸，用经纬仪控制管桩的垂直度，用水准
7、仪控制送桩器标高。管桩接头电焊应两人分三层对称进行，内层焊必须清理干净后方能施焊外一层，焊缝应连续饱满。5.2.9 焊接桩顶锚固筋，若管桩顶超高应截桩后将锚固筋植入桩孔中混凝土内，锚固筋要求见标准图。5.2.10施工压顶钢筋混凝土环梁及支撑，当钢桩顶标高超低时，应往下加厚混凝土环梁的截面尺寸。6、材料及机具设备6.1材料圆环形混凝土横隔预制块，各型PHC、PC、PTC预应力混凝土管桩，根据围护结构施工图，按国标03SG409预应力混凝土管桩或省标2002浙G22先张法预应力混凝土管桩选用。6.2机具设备预应力混凝土管桩离心法生产机械设备，静力压桩机，质量检测工具等。7、质量控制7.1横隔式预应
8、力管桩生产的质量要求7.1.1 水泥应采用强度等级不低于42.5级，其质量应符合相关国标的规定。7.1.2 粗骨料应采用碎石，PHC与PC桩的碎石最大粒径不应大于25mm，PTC桩的碎石最大粒径不应大于20mm，细骨料宜采用洁净的中粗砂，细度模数为2.33.4。粗细骨料的质量均应符合相关国标的规定。7.1.3 钢材包括预应力筋、螺旋筋、锚固筋、端帽板的质量均应符合相关国标的规定。7.1.4 圆环形横隔预制块预制应尺寸准确，硬化后与管桩的钢筋笼绑扎牢固。7.1.5 管桩离心法生产时两端帽板处的混凝土应特别注意密实，管桩的混凝土强度等级必须达到设计要求。7.2横隔式预应力管桩沉桩的质量要求7.2.
9、1 管桩的接桩采用桩端帽板焊接法，直观无气孔、无焊瘤、无裂缝，焊缝应连续饱满，其外观质量应符合二级焊缝的要求。7.2.2 静压沉桩的终压标准应根据桩端设计标高为主控制，沉桩终压力作参考。管桩头部应锚入压顶环梁50mm。7.2.3 管桩沉桩后平面位置允许偏差为80mm，桩顶标高允许偏差50mm。7.2.4 整根桩身垂直度允许偏差不超过1%。8、安全措施8.1 生产制作预应力管桩的机械设备定期按设备维修保养制度进行维修保养。8.2 张拉预应力筋作业时，操作应平稳、均匀，两端不得站人。在测量钢丝的伸长时，应先停止拉伸，人员必须站在侧面操作。8.3 预应力管桩的吊运机械应按规程操作，严禁起吊运输管桩的
10、下方站人。钢丝绳及绳卡应经常检查保证牢固。8.4 管桩需叠层堆放时，一般不超过2层，可梅花型叠接，应按下图所示两支点位置放在垫木上。底层管桩外缘的垫木处用木楔塞紧，防止滚落伤人。8.5 预应力管桩沉桩时，非操作人员应离机10m以外，起重机的起重臂下，严禁站人。8.6 接桩时，上一节应提升350400mm，此时，不得松开夹持板。8.7 压桩时，应按桩机技术性能表作业，不得超载运行。操作时动作不应过猛，避免冲击。9、环保措施9.1 根据施工总平面图在施工现场四周设置一封闭的围墙及大门，将现场与外界隔离。9.2 在现场出入口处设置汽车冲洗台及污水沉淀池，对开出车辆进行冲洗，做到车辆不带泥沙出场。安排
11、工人每天进行现场卫生清理，做到整洁有序，无污水、污物出口畅通、不积水、不发臭、不污染周围环境。9.3 施工现场应尽可能的将表层硬化，减少粉尘影响。9.4 采用静压法沉桩，便于控制标高，又符合环保要求，无噪音污染。9.5 管桩下端开口，以便于沉桩时土柱内塞，部分消除挤土影响。10、效益分析横隔式预应力混凝土管桩应用于软土基坑围护的主要特点是造价低与施工方便，基坑围护结构以同样的软土地质条件与同样的挖深及相同的支撑系统（见图6），与沉管灌注桩及钻孔灌注桩的造价对比如下。围护桩比较表桩型横隔预应力管桩沉管灌注桩钻孔灌注桩型号、间距PC-B600（100）-15800530-15680600-1580
12、0单桩抗弯承载力KNm抗裂弯矩极限弯矩239（配筋率高）281单方（米）造价185元/m820元/1000元/沿坑周每米造价3468元/m3891元/m5298元/m造价比11.151.57说明：按土压力作用下等值梁法计算所得桩墙沿坑周内力弯矩为351KNm/m，管桩按间距800，单桩内力为281KNm。表中所列、为普通预应力管桩，但横隔式预应力管桩则、均提高约20%，故满足要求。11、应用实例11.1 “xx苑”居住小区地下室基坑围护工程“xx苑居住小区”位于xx市科技园区内，北临已建成使用的xx公司多层住宅，西靠xx路，南临xx公路，东临xx软件学院大楼。xx工程地下室一层，最大挖深5.7
13、0m，地上15层、11层，工程桩为预应力混凝土管桩。地质条件属软土地基，从上至下分别为：松散状素填土、软可塑的粘土、流塑状的淤泥质粘土、流塑状的淤泥、流塑状的淤泥质粉质粘土，基坑开挖面为淤泥。基坑围护结构设计单位xx省岩土基础公司，业主单位xx控股有限公司。基坑围护桩采用横隔式预应力管桩PC-AB600（100）-15m（单节），间距800,桩顶放坡1.5m高，支撑系统为钢筋混凝土对撑、角撑结合桩头的压顶环梁。该基坑开始施工为2004年冬天，小区于2006年竣工。基坑开挖后，各项监测结果正常。基坑围护周长310m，与沉管灌注桩500650相比，节约造价约19万元。11.2 “紫郡”居住小区K6
14、A地下室基坑围护工程“xx居住小区” K6A地下室基坑工程位于xx市xx区xx路北侧，东侧为xx河道xx河，西侧与北侧均为规划道路。本区地貌为滨海淤积平原。xx工程地质条件属软土地基，土层性质很差，详见图6所示。xx工程为地下室一层，基坑面积约9100m2，最大挖深为6.25m，地上18层、16层各两幢，工程桩为钻孔灌注桩及预应力管桩。基坑围护结构设计单位xx市工业建筑设计研究院，业主单位xx控股有限公司。基坑围护结构采用横隔式预应力管桩PC-B600（100）-15m（单节），间距800，桩顶放坡2.2m高，放坡宽见图6。支撑系统为钢筋混凝土对撑、角撑结合桩头的压顶环梁。该工程基坑开挖施工期
15、间正值xx年春天雨季，基坑围护的各项监测结果基本上正常，仅最大挖深处坑边的深层土体位移值为85mm，略超过报警值80mm。基坑围护周长425m，与沉管灌注桩530680相比，节约造价约25万元。11.3 “紫郡”居住小区K6B地下室基坑围护工程“xx居住小区” K6B地下室基坑工程地理位置及地质情况同K6A工程。xx工程为地下室一层，基坑面积约9800m2，最大挖深为6.25m，地上18层、15层各两幢，工程桩为钻孔灌注桩及预应力管桩。基坑围护结构设计单位xx市工业建筑设计研究院，业主单位xx控股有限公司。基坑围护结构采用横隔式预应力管桩PC-B600（100）-15m（单节），做法同K6A基坑围护工程。支撑系统为钢筋混凝土对撑、角撑结合桩头的压顶环梁。该工程基坑开挖施工期间也为xx年春季，基坑围护的各项监测结果基本上正常，均在报警值以内。基坑围护周长356m，与沉管灌注桩530680相比，节约造价约27万元。
