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摘要:预应力高强度混凝土管桩凭借着施工速度快、承载力高、施工成本低等优势，在基础工程中有着广泛的应用。但预应力高强度混凝土管桩施工中的不确定因素较多，必须加以控制才能确保它的施工质量。本文结合具体工程实例，详细阐述了影响预应力高强度混凝土管桩施工质量的各种因素，并提出了具体的质量控制措施，可供参考。
关键词:预应力高强度混凝土管桩；施工质量；因素；施工工艺；控制
中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：
随着建筑行业的不断发展，社会各界对建筑工程的整体质量要求越来越高。预应力高强度混凝土管桩作为空心圆筒形混凝土预制构件，是新时期发展而来的新型管桩，具有质量稳定、施工速度快、承载力高、价格低、穿透能力强和抗震性能好等优点，目前广泛应用于建筑地基处理工程当中。但预应力高强度混凝土管桩施工中的不确定因素较多，施工过程中一旦控制不到位，桩基施工易出现桩身开裂、桩头破损等质量通病。为此，加强预应力高强度混凝土管桩施工质量控制的研究显得意义重大。
1 工程实例
结合沿海地区4个高强度混凝土管桩基础工程项目施工为例：
工程一：某高层住宅小区采用预应力高强度混凝土管桩A型，总桩数为225根，其中直径为500mm管桩为160根，单桩承载力设计特征值为2000kN；直径为400mm管桩为65根，单桩承载力设计特征值为1200kN。设计桩型为长7～12m端承型桩，采用锤击式沉桩施工。
工程二：高层住宅小区采用预应力高强度混凝土管桩AB型，总桩数为238根，其中直径为500mm，管桩为165根，单桩承载力设计特征值为1800kN；直径为400mm管桩为73根，单桩承载力设计特征值为1100kN。设计桩型为长12～28m端承型桩，采用锤击式沉桩施工。
工程三:某综合办公楼采用预应力高强度混凝土管桩A型，总桩数为417根，直径为400mm，单桩承载力设计特征值为1000kN，设计桩型为长9～24m，采用锤击式沉桩施工。
工程四:某医院门诊大楼采用预应力高强度混凝土管桩AB型，总桩数为287根，直径为500mm，单桩承载力设计特征值为1800kN，设计桩型为长15～22m端承型桩，为避免锤击振动对医院患者的干扰影响，采用静压试沉桩施工，静压施工难度较大，辅以长螺旋引孔施工。
2 桩基施工质量测试结果
现场测试主要包括桩身低应变完整性、静载试验、桩基施工状况和质量描述等内容。结果对比分析见表1:
表1 基桩现场测试结果对比分析表
3 影响预应力高强度混凝土管桩施工质量的因素及控制措施
3.1 混凝土强度因素对预应力高强度混凝土管桩桩身和桩头裂损影响
在上述四个项目预应力高强度混凝土管桩施工中，除了第四个静压施工工艺的桩基质量评价为良好外，其余几个均采用锤击沉桩施工工艺的项目中，桩基施工整体质量评价较差。而其中最为明显的质量缺陷体现在预应力高强度混凝土管桩桩身和桩头裂损。
影响预应力高强度混凝土管桩的施工质量的因素主要包含预应力高强度混凝土管桩质量、施工工艺，而预应力高强度混凝土管桩质量中对混凝土强度的要求十分关键。结合上述工程实际，采取对预应力高强混凝土管桩生产厂商留置试块抽检和现场钻芯取样的方法，对预应力高强度混凝土管桩混凝土芯样抗压强度进行试验测试，所测试的预应力高强度混凝土管桩设计混凝土强度等级要求为不低于C80。
管桩钻芯取样的试压强度比生产过程中制备的试块强度总体偏低，说明许多生产厂商的预应力高强度混凝土管桩桩身真实强度离散性较大，且与混凝土设计强度等级C80的还存在一定的差距。采取措施如下：
（1） 可以采用免振捣、自动成型的自密实混凝土为原材料的生产工艺。
（2）支模要严格控制模板尺寸和相互位置，模板接缝要严密不漏浆。
（3）钢筋绑扎和锚锢要符合混凝土结构设计规范的相关要求。
（4）钢筋混凝土浇筑前要将模板内异物清理干净，避免局部不均匀，在贯入过程中导致应力集中。
3.2 生产工艺因素对高强度混凝土管桩桩身和桩头裂损影响
高强度混凝土管桩采用先张法预应力离心成型工艺，通过桩切面观察，粗骨料粒径从外向内逐渐变小的有序排列，一方面提高了管桩弯矩值和强度值，但是同时也易造成管桩内壁有较厚的浮浆层，造成强度偏低，使得整个桩体截面存在较大强度不均匀的不利因素，对于此类管桩，在锤击沉桩过程中易在桩顶产生不同程度的纵向裂縫。
为了加快管桩模具的生产周转，提高生产效率，不少企业在管桩蒸气养护过程中采用加快升温速度和快速降温的办法，特别是在高温高压蒸气养护过程中，过快的升温和降温将造成管桩混凝土强度降低，管桩桩身开裂，给管桩的产品质量带来隐患，管桩锤击施工的耐打性和管桩结构的长期耐久性下降。较好的解决办法是采用静压法施工。
3.3 施工工艺因素对高强度混凝土管桩施工质量的影响
预应力高强度混凝土管桩施工方法主要有锤击和静压两种，目前用柴油锤、液压锤锤击法沉桩的施工工艺在我国还是占主导地位。近几年来，随着大吨位压桩机的问世和静压沉桩施工工艺的完善，静压法施工工艺与锤击法相比具有明显的优点，因此发展迅速，呈现有望取代锤击法的态势。锤击法沉桩时，由于锤击力的冲击和反射，使预应力高强度混凝土管桩受到较大的压应力波和拉应力波，容易使桩头、桩身、接头等薄弱处产生裂纹，严重影响桩基质量。而静压法是慢而均匀的加载，无冲击和反射应力波，施工应力小且易控制。因此，采用静压法沉桩时，其预应力高强度混凝土管桩的配筋率和混凝土强度等级均可降低1个等级，这意味着静压法可降低预应力高强度混凝土管桩的制作成本。
3.4 贯入度的控制因素对高强度混凝土管桩施工质量的影响
对于锤击法沉桩，贯入度的控制是一个关键的环节，一般采用格尔谢凡诺夫公式来计算理论贯入度控制值，而锤击的连续性、桩帽的构造、管桩持力层的性质、所穿越土层的性质等在一定程度上影响了贯入度控制值。许多项目施工方为确保沉桩质量，多以最后10锤的贯入度经验值来控制收锤，因过于追求最后贯入度控制值越小越好，贯入度定的太小，锤击数必然增多，强行锤击易导致管桩断裂或破损，且还会降低柴油锤的使用寿命。例如在该文所列工程三，前段施工时收锤贯入度按6～8cm控制，管桩损坏率达到10%；后经设计、施工、监理和勘察多方研讨，确定将收锤贯入度按10～12cm控制施工，管桩破损率明显下降到3%，并且静载试验也可满足承载力设计要求。贯入度的合理控制以及如何确定最后贯入度有很多办法，一是参考图集《预应力混凝土管桩》(03SG409)所给出了参考值；二是选用Hiley(海利)公式进行试桩数据的计算确定；三是选用格氏公式进行试桩数据的计算确定；四是根据当地同类桩的施工设计经验合理选择。
Hiley公式见公式(1)
(1)
其中:Ru为桩的贯入阻力(kN)，以极限承载力代入；ef为锤效率，柴油锤取0.7，考虑到恢复系数的影响一般取0.5；Wh为柴油锤的重量(kN)；H为锤的落距(cm)，柴油锤取2H；S为桩的贯入度；K为回弹量。
格氏公式见公式(2)
(2)
其中:e为打桩最后阶段每锤贯入度；n为桩及桩垫材料系数，无垫时取0.5；ε为恢复系数，无桩帽时ε2=0.25；Q为锤重(kN)；q为桩、桩帽、桩锤的非冲击部分重量(kN)；H为落锤高度(cm)；A为桩的横断面积(cm2)；m为安全系数，永久建筑为2；Rk为单桩承载力标准值(kN)。
文献[10]中提出的经验公式(3)如下:
S10=(2.85W×H/R)－B(3)
其中:S10为每10击贯入度值之和(m)；H为桩锤落距(m)；W为锤重(kN)；R为单桩承载力标准值(kN)；B为经验数据(要根据当地以往工程数据进行系数回归，如福州地区此数值为0.16)。
式(1)，式(2)和式(3)中除贯入度以外其他参数可参考桩基础规范。Hiley公式是贯入度的间接估算公式，应用广泛。格氏公式是贯入度的直接计算公式，应用方便。当地经验估算出的贯入度，没有统一的公式，需根据当地以往工程中的数据进行整理得出。在实际工程中建议结合多种方法综合分析来确定最后贯入度较为合理。
4 结束语
综上所述，由于高强预应力混凝土管桩施工过程中存在着许多不确定因素，为此，在施工在，应充分考虑各种影响施工质量的因素，尽可能估计到可能发生的问题，在其应用过程中，只要严格落实现有各项技术规范、措施和有关经验，同时在施工过程中不断改进提高其技术应用水平，就可以很好地控制高强预应力混凝土管桩施工质量。
参考文献
[1] 杨智良;胡俊;戚新秀.高强度预应力混凝土管桩施工技术探讨[J].安徽建筑,2005年05期
[2] 张瑞坡,预应力高强度混凝土管桩施工质量控制[J].城市建设理论研究,2012年第13期
关键词:预应力高强度混凝土管桩；施工质量；因素；施工工艺；控制
中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：
随着建筑行业的不断发展，社会各界对建筑工程的整体质量要求越来越高。预应力高强度混凝土管桩作为空心圆筒形混凝土预制构件，是新时期发展而来的新型管桩，具有质量稳定、施工速度快、承载力高、价格低、穿透能力强和抗震性能好等优点，目前广泛应用于建筑地基处理工程当中。但预应力高强度混凝土管桩施工中的不确定因素较多，施工过程中一旦控制不到位，桩基施工易出现桩身开裂、桩头破损等质量通病。为此，加强预应力高强度混凝土管桩施工质量控制的研究显得意义重大。
1 工程实例
结合沿海地区4个高强度混凝土管桩基础工程项目施工为例：
工程一：某高层住宅小区采用预应力高强度混凝土管桩A型，总桩数为225根，其中直径为500mm管桩为160根，单桩承载力设计特征值为2000kN；直径为400mm管桩为65根，单桩承载力设计特征值为1200kN。设计桩型为长7～12m端承型桩，采用锤击式沉桩施工。
工程二：高层住宅小区采用预应力高强度混凝土管桩AB型，总桩数为238根，其中直径为500mm，管桩为165根，单桩承载力设计特征值为1800kN；直径为400mm管桩为73根，单桩承载力设计特征值为1100kN。设计桩型为长12～28m端承型桩，采用锤击式沉桩施工。
工程三:某综合办公楼采用预应力高强度混凝土管桩A型，总桩数为417根，直径为400mm，单桩承载力设计特征值为1000kN，设计桩型为长9～24m，采用锤击式沉桩施工。
工程四:某医院门诊大楼采用预应力高强度混凝土管桩AB型，总桩数为287根，直径为500mm，单桩承载力设计特征值为1800kN，设计桩型为长15～22m端承型桩，为避免锤击振动对医院患者的干扰影响，采用静压试沉桩施工，静压施工难度较大，辅以长螺旋引孔施工。
2 桩基施工质量测试结果
现场测试主要包括桩身低应变完整性、静载试验、桩基施工状况和质量描述等内容。结果对比分析见表1:
表1 基桩现场测试结果对比分析表
3 影响预应力高强度混凝土管桩施工质量的因素及控制措施
3.1 混凝土强度因素对预应力高强度混凝土管桩桩身和桩头裂损影响
在上述四个项目预应力高强度混凝土管桩施工中，除了第四个静压施工工艺的桩基质量评价为良好外，其余几个均采用锤击沉桩施工工艺的项目中，桩基施工整体质量评价较差。而其中最为明显的质量缺陷体现在预应力高强度混凝土管桩桩身和桩头裂损。
影响预应力高强度混凝土管桩的施工质量的因素主要包含预应力高强度混凝土管桩质量、施工工艺，而预应力高强度混凝土管桩质量中对混凝土强度的要求十分关键。结合上述工程实际，采取对预应力高强混凝土管桩生产厂商留置试块抽检和现场钻芯取样的方法，对预应力高强度混凝土管桩混凝土芯样抗压强度进行试验测试，所测试的预应力高强度混凝土管桩设计混凝土强度等级要求为不低于C80。
管桩钻芯取样的试压强度比生产过程中制备的试块强度总体偏低，说明许多生产厂商的预应力高强度混凝土管桩桩身真实强度离散性较大，且与混凝土设计强度等级C80的还存在一定的差距。采取措施如下：
（1） 可以采用免振捣、自动成型的自密实混凝土为原材料的生产工艺。
（2）支模要严格控制模板尺寸和相互位置，模板接缝要严密不漏浆。
（3）钢筋绑扎和锚锢要符合混凝土结构设计规范的相关要求。
（4）钢筋混凝土浇筑前要将模板内异物清理干净，避免局部不均匀，在贯入过程中导致应力集中。
3.2 生产工艺因素对高强度混凝土管桩桩身和桩头裂损影响
高强度混凝土管桩采用先张法预应力离心成型工艺，通过桩切面观察，粗骨料粒径从外向内逐渐变小的有序排列，一方面提高了管桩弯矩值和强度值，但是同时也易造成管桩内壁有较厚的浮浆层，造成强度偏低，使得整个桩体截面存在较大强度不均匀的不利因素，对于此类管桩，在锤击沉桩过程中易在桩顶产生不同程度的纵向裂縫。
为了加快管桩模具的生产周转，提高生产效率，不少企业在管桩蒸气养护过程中采用加快升温速度和快速降温的办法，特别是在高温高压蒸气养护过程中，过快的升温和降温将造成管桩混凝土强度降低，管桩桩身开裂，给管桩的产品质量带来隐患，管桩锤击施工的耐打性和管桩结构的长期耐久性下降。较好的解决办法是采用静压法施工。
3.3 施工工艺因素对高强度混凝土管桩施工质量的影响
预应力高强度混凝土管桩施工方法主要有锤击和静压两种，目前用柴油锤、液压锤锤击法沉桩的施工工艺在我国还是占主导地位。近几年来，随着大吨位压桩机的问世和静压沉桩施工工艺的完善，静压法施工工艺与锤击法相比具有明显的优点，因此发展迅速，呈现有望取代锤击法的态势。锤击法沉桩时，由于锤击力的冲击和反射，使预应力高强度混凝土管桩受到较大的压应力波和拉应力波，容易使桩头、桩身、接头等薄弱处产生裂纹，严重影响桩基质量。而静压法是慢而均匀的加载，无冲击和反射应力波，施工应力小且易控制。因此，采用静压法沉桩时，其预应力高强度混凝土管桩的配筋率和混凝土强度等级均可降低1个等级，这意味着静压法可降低预应力高强度混凝土管桩的制作成本。
3.4 贯入度的控制因素对高强度混凝土管桩施工质量的影响
对于锤击法沉桩，贯入度的控制是一个关键的环节，一般采用格尔谢凡诺夫公式来计算理论贯入度控制值，而锤击的连续性、桩帽的构造、管桩持力层的性质、所穿越土层的性质等在一定程度上影响了贯入度控制值。许多项目施工方为确保沉桩质量，多以最后10锤的贯入度经验值来控制收锤，因过于追求最后贯入度控制值越小越好，贯入度定的太小，锤击数必然增多，强行锤击易导致管桩断裂或破损，且还会降低柴油锤的使用寿命。例如在该文所列工程三，前段施工时收锤贯入度按6～8cm控制，管桩损坏率达到10%；后经设计、施工、监理和勘察多方研讨，确定将收锤贯入度按10～12cm控制施工，管桩破损率明显下降到3%，并且静载试验也可满足承载力设计要求。贯入度的合理控制以及如何确定最后贯入度有很多办法，一是参考图集《预应力混凝土管桩》(03SG409)所给出了参考值；二是选用Hiley(海利)公式进行试桩数据的计算确定；三是选用格氏公式进行试桩数据的计算确定；四是根据当地同类桩的施工设计经验合理选择。
Hiley公式见公式(1)
(1)
其中:Ru为桩的贯入阻力(kN)，以极限承载力代入；ef为锤效率，柴油锤取0.7，考虑到恢复系数的影响一般取0.5；Wh为柴油锤的重量(kN)；H为锤的落距(cm)，柴油锤取2H；S为桩的贯入度；K为回弹量。
格氏公式见公式(2)
(2)
其中:e为打桩最后阶段每锤贯入度；n为桩及桩垫材料系数，无垫时取0.5；ε为恢复系数，无桩帽时ε2=0.25；Q为锤重(kN)；q为桩、桩帽、桩锤的非冲击部分重量(kN)；H为落锤高度(cm)；A为桩的横断面积(cm2)；m为安全系数，永久建筑为2；Rk为单桩承载力标准值(kN)。
文献[10]中提出的经验公式(3)如下:
S10=(2.85W×H/R)－B(3)
其中:S10为每10击贯入度值之和(m)；H为桩锤落距(m)；W为锤重(kN)；R为单桩承载力标准值(kN)；B为经验数据(要根据当地以往工程数据进行系数回归，如福州地区此数值为0.16)。
式(1)，式(2)和式(3)中除贯入度以外其他参数可参考桩基础规范。Hiley公式是贯入度的间接估算公式，应用广泛。格氏公式是贯入度的直接计算公式，应用方便。当地经验估算出的贯入度，没有统一的公式，需根据当地以往工程中的数据进行整理得出。在实际工程中建议结合多种方法综合分析来确定最后贯入度较为合理。
4 结束语
综上所述，由于高强预应力混凝土管桩施工过程中存在着许多不确定因素，为此，在施工在，应充分考虑各种影响施工质量的因素，尽可能估计到可能发生的问题，在其应用过程中，只要严格落实现有各项技术规范、措施和有关经验，同时在施工过程中不断改进提高其技术应用水平，就可以很好地控制高强预应力混凝土管桩施工质量。
参考文献
[1] 杨智良;胡俊;戚新秀.高强度预应力混凝土管桩施工技术探讨[J].安徽建筑,2005年05期
[2] 张瑞坡,预应力高强度混凝土管桩施工质量控制[J].城市建设理论研究,2012年第13期