PHC桩在沿海地区软基预制场的应用
关键词：预应力砼管桩;沿海地区;软基;预制场;应用;
预应力高强混凝土管桩(简称PHC桩)，是在近代高性能混凝土(HPC)和预应力技术的基础上发展起来的混凝土预制构件。其制作采用先张预应力离心成型工艺，并经过10个大气压、180℃左右的蒸汽养护，制成一种空心圆筒型混疑土预制构件，标准节长为10m，直径从300mm～800mm，混凝土强度等级≥C80。使用则在成批管桩运往施工现场后，通过锤击或静压的方法沉入地下作为建(构)筑物的基础。这是一种新型的基桩，由于它的卓越性能，得到了建筑界人士的青睐，在国外发展迅速，日本、港澳地区及东南亚各国使用都很广泛。广泛应用在工业与民用建筑、桥梁、港口码头、水利工程等，在我国的基础设施建设中发挥了极为重要的作用(如：海口世纪大桥引桥基础等)。
后张法预制预应力小箱梁及T梁工艺在国内桥梁设计中应用广泛，近年来，由于软基地区桥梁建设项目增多，在软弱地质条件下，如何合理规划、快速高效地建设起一座大型现代化预制场，成为了摆在工程设计和施工人员面前的一个难点，在部分地区甚至有失败的案例。南方沿海地区某高速公路项目规划大型预制场位于软基区，场地各重要生产区域经反复比较各处理方案最终采用PHC桩处理地基，笔者结合实际，浅述了PHC高强预应力砼管桩在软弱地基上大型现代化预制场建设中的应用。
1预制场基本情况及场地条件
预制场承担工程范围共有混凝土预制构件2100余件，预制混凝土总量75861m3，主要为预应力砼50mT梁202件，40m、35mT梁160件，25m、30m预应力砼箱梁1738件，场内设50m、40mT梁通用台座及25m、30m箱梁通用台座共48个，T梁最大重量180t/片，箱梁最大重量120t/片，预制工期计划为18个月。规划预制场占地总面积约20000m2，场区大部分原为渔塘填筑，填土以下均有软弱下卧层，根据地质资料显示，淤泥层厚在7～21m之间，（详见地质柱状图），基岩为弱风化含砾砂岩。
2方案确定
根据场内条件及预制场建设的总体要求，软基处理方案作为预制场建设最关键的环节，方案比选过程中提出了借土换填、堆载预压、粉喷桩等处理方案。由于借土换填深度过大，无法实现，截载预压时间上无法满足工期要求，粉喷桩则对深淤泥层处理效果的可靠度无法保障，同时不经济等原因，综合考虑各种方法的优劣，决定采用分区处理的方式，由于大规模长时间预制梁生产要求台座区沉降小且为均匀沉降、门吊轨道区要求地基变形小，故在台座区及门吊轨道区选用PHC管桩与基础连接后形成刚性连续梁，以确保生产区工余沉降小且为均匀沉降;台座及轨道以外区域作为辅助生产区对地基要求相对较低，选用抛填砖渣后换填部分土层压实，经过硬化作为场内辅助区地基。
3PHC管桩优点
(1)单桩承载力高，与其他同类结构比较，单位承载力价格便宜。桩身混凝土强度等级为C80，具有高强性能，Ф600的PHC桩的单桩允许承载力达到2500～3200KN。建筑上可作为高层、超高层建筑的基础，其单位承载力的造价比钻孔灌注桩低，且仅为钢桩的1/3～2/3，并节省钢材。
(2)结构可靠，相比较换填、堆载、粉喷等处理方法，PHC桩与台座、轨道基础形成的刚性结构能确保预制梁基础达到沉降均匀、沉降量小的要求。
(3)抗弯性能好。PHC桩选用高强度、低松驰的阴螺纹钢筋作为预应力主筋，使桩身具有较高的预压应力，其抗弯、抗裂性能良好，PHC桩有卓绝的贯入性能，能穿透密实的砂层，能适应复杂的环境与地理条件。
(4)质量稳定可靠。由于采用工厂预制的生产方式，能利用先进的工艺和设备，质量容易控制，产品质量容易保证，且成桩质量监测方便。
(5)应用范围广。桩身耐防腐性能好，规格长度容易调整，使设计选用范围广，容易布桩，对桩端持力层起伏变化大的地质条件适应性强。
(6)施工速度快，工期短。PHC桩在工厂商品化生产，能按施工要求及时供桩，施工前期准备时间短。
(7)有利于施工现场文明，施工现场无砂石、水泥，无泥浆污染，对施工现场狭窄的工程特别有利。
4布桩及单桩承载力设计
生产区基础处理按两部分分别求设计所需单桩承载力：
(1) 预制梁生产台座区，按照不同工况50mT梁最大重量180t，取1.2倍系数为216t布载后计算支反力，计算结果如图示：
故拟定桩距布设条件下，台座区单桩承载力可按108/2＝54t设计。
(2) 门吊轨道基础：吊装50mT梁时为最大工作荷载，门吊跨度25.4m
G1---单台龙门吊自重800KN
G2----单台龙门吊所承受的T梁重量900KN
K------动力系数，按规范取1.2
P------考虑动力系数后，龙门吊单个支撑点作用在轨道基础上的竖直力。
P=(G2X22.2/25.4+G1/2)/2XK=(900X22.2/25.4+800/2)/2X1.2=712KN
单台门吊一侧支腿由前后两行走轮组成，故单桩应提供的支反力N=712/2＝356KN，桩距根据轨道地基梁配筋情况，拟定为每4m一根。
5管桩施工
(1)吊装与运输
PHC桩混凝土强度宜超过80%时才能吊装，吊装有两种方法：当桩长大于13m的PHC桩宜采用支点法，两支点设在离桩两端0.21L处；当桩长不大于13m时，可采用直接进行水平起吊，采用专用吊钩钩住管桩两端内壁直接进行水平起吊。PHC桩强度达到100%时方可运输，桩在运输过程中支承应满足堆放的要求，并且要绑扎牢固。PHC桩堆放场地要坚实平整，且最下层要在两支点下放垫木，且垫木支撑点应在同一平面上。本工程PHC桩的堆放层数不得超过四层。
PHC桩的吊装、运输及堆放过程中应轻起轻放，应避免振动、碰撞、滚落。
(2)施工顺序
沉桩施工顺序一般宜采用先长桩后短桩，先大径后小径的原则，自中间分两边对称前进，或自中间向四周进行。
(3)测放桩位
测放的桩位经复测无误后方可进行沉桩，并且每天施工前要检查即将施打的桩位与邻桩之间的尺寸是否正确。为便于送桩高度控制设一定数量的水准点。
(4)桩机就位
检查桩机，确保设备正常运转后移动设备就位、对中、调直。
(5)插桩
首先用吊车取桩，起吊前在桩身上划出以米为单位的长度标记并将开口桩尖焊接到底桩上（短桩无桩尖），起吊支点宜在桩端（无桩尖）0.3L处；将桩吊起后，缓缓得将桩一端送入桩帽中，对位准确后，再用两台经纬仪（轴线互相垂直）双向调整桩的垂直度，通过桩机导架的旋转、滑动及停留进行调整；插入时的垂直度偏差不得超过0.5％，确保位置及垂直度符合要求后先利用桩锤的自重将桩压入土中。
(6)锤击沉桩
因地层较软，初打时可能下沉量较大，宜低锤轻打，随着沉桩加深，沉速减慢，起锤高度可渐增。在整个打桩过程中，要使桩锤、桩帽、桩身尽量保持在同一轴线上。必要时应将桩锤及桩架导杆方向按桩身方向调整。要注意尽量不使管桩受到偏心锤打，以免管桩弯扭破坏。打桩较难下沉时，要检查落锤有无倾斜偏心，特别是要检查桩垫桩帽是否合适。如果不合适，需更换或补充软垫。每根桩宜连续一次打完，不要中断，以免难以继续打下。
(7)接桩施工
接桩采用端板式焊接接头。当下节桩的桩头距地面0.6～0.8m左右时，开始进行接桩。先将焊接面清刷干净，再在下节桩头上安装导向箍引导就位，当PHC桩对好后，对称点焊4～6点加以固定，然后拆除导向箍。由2名电焊工手工对称施焊，焊接层数应大于等于二层，内层焊渣必须清理干净后再焊下一层，要保证焊缝饱满连续。焊条采用J422焊条，焊条直径为Ф4.0mm、φ3.2mm。焊接具体操作与要求按FGJ94-94中的有关条款之规定执行。焊好的桩接头应自然冷却3～8分钟后方可锤击沉桩。
(8)在沉桩过程中碰到下列情况应暂停打桩，查明原因后再按处理方案施工：
a、沉桩过程中桩的贯入度发生突变；
b、桩头混凝土剥落、破碎；
c、桩身突然倾斜、跑位；
d、地面明显隆起、临桩上浮或桩位水平移动过大；
e、贯入度或锤击数与试验成果明显不符；
f、桩身回弹曲线不规则。
6结束语
软弱基础上建设大型预制场在国内尚不多见，但我国南方沿海地区普遍地质条件较差，建设项目难以避开软基地质，PHC作为在房屋建筑领域常用的基础形式，在预制场梁片生产台座及轨道等对工余沉降要求高，但非永久结构的特点下，充分发挥了其施工速度快、质量稳定、承载能力强、长度可灵活截取、成本低的优点，软基预制场生产区至完成全部预制件施工，尚无明显沉降，使用情况良好，证明该方法作为预制场主要动能区软基处理的方法是可行的。
参考文献：[1]桥涵交通部第一公路工程总公司主编人民交通出版社;