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【摘要】近年来，高强预应力混凝土管桩因其施工速度较快，适用范围广，桩身混凝土强度高，单桩承载力大， 质量稳定可靠，工程造价相对较低，在建筑工程领域得到广泛应用。
【关键词】混凝土管桩优点；管桩设计注意事项；质量问题分析；预防措施
1、高强预应力混凝土管桩优点
1）管桩采用现代化工厂预制，高速离心成型、高温高压蒸养，产品质量稳定。
2）管桩水陆运输方便，施工现场容易摆放，无需现场备料制作，无砼料搅拌，泥浆等污染源，对工地及周边环境环保无污染。
3）管桩桩身混凝土强度高，加上有一定的预应力，密实耐打，穿透性好，对淤泥、粘土、粉土、砂土、卵石砾石、碎石、强风化、全风化岩等各种土层均可进行设计使用，适用范围广。
4）管桩的规格型号多，直径从φ400-φ1200，桩长从6米-15米不等，搭配灵活，接长方便，可根据建筑物荷载要求合理优化选桩、布桩，现场施工可根据地质变化合理配桩。
5）施工工艺较为简便、直观，机械化程度高，可采用静压或锤击设备，静压无噪音无污染，锤机穿透力强，可根据土层选择，沉桩质量可在施工中直接反映，便于监理和业主单位对施工进行监控，施工质量容易保证。
6）工期较短，对场地的面积要求不大，场地达到三通一平即可施工，施工可送桩最大送深达8米，可通过送桩施工桩基再开挖基坑，可避免雨季开挖基坑导致延误工期等问题出现。管桩施工完毕后根据土层情况，只需等待7天-20天便可进行检测，有利于下一道工序的施工。
管桩虽然有上述诸多优点，但也有明显的缺点，它抗弯刚度较差，施工时接桩质量较难控制，在某些土层中沉桩困难，特别是在软弱地基中使用时，打桩过程中的挤土效应、施工过程中的端板焊接不良、重型施工机械的行走碾压、基坑边坡失稳和挖土不当等原因，容易使管桩出现倾斜，偏位以及断桩等质量问题。由于问题经常是在开挖基坑后出现，往往给工程处理带来极大的困难，轻则延误工期、增加造价，重则会引起重大质量事故，甚至已施工的桩报废。因此，在区域内
软土地基较为普遍的地区，出台了一些规定，限制管桩的使用范围。如湖北省以及安徽省马鞍山市均规定对高度超过一定数值且承台周边及底部存在淤泥、淤泥质土的高层建筑不应采用管桩基础。因此，结合多年来实际工程中所接触到的管桩设计和施工出现的问题，对管桩设计和施工中质量问题产生的原因进行分析并提出须采取的预防措施，供参考。
2、管桩设计中注意事项
1）管桩与建筑物的适用性：即拟建设的工程是否符合采用管桩的条件。上文提到，除国家规范和各地地方标准的规定外，一些地区的建筑行业主管部门根据当地的地基土层的特殊情况，出台规定，限制管桩的使用范围。因此，设计前应查阅相关规定，对照建筑物的具体情况，如层数，高度，是否有地下室以及场地土层性质等，明确管桩是否可以采用。
2）管桩与建筑场地的适宜性：须结合地质勘察报告与场地的实际情况，判断是否有合适的桩端持力层以及场地地层的均匀性、沉桩的可能性、管桩的稳定性、以及场地环境条件对管桩施工的限制性。还要预估桩基的承载力，与拟建的建筑物荷载进行比对，明确管桩的适宜性，应达到安全适用、技术先进、经济合理、保护环境的目标。
3）管桩的选型：管桩的选型应在综合分析各项条件后确定。主要有拟建建筑物上部结构体系、荷载大小与分布以及对基础沉降及水平位移的要求；抗震设防烈度的要求；地上及地下管线、地下工程的分布，可能受打桩影响的临近建筑物的间距和基础形式；施工机械进退场及施工作业运行条件；防振、防噪声要求等环境条件；管桩规格和型号、单节桩长、接头形式及供应条件；同一结构单元应避免采用不同类型的桩。对承受较大水平荷载的管桩、抗震设防区位于液化土层范围内的管桩，设计人员还应根据相关规范的规定，对图集中管桩的箍筋直径、螺距及箍筋加密区长度做调整，并向生产厂家定制满足抗震构造措施和实际工程需要的管桩。
4）管桩桩长和承载力的确定：管桩应选择良好土层作为桩端持力层，桩端进入持力层的深度不应小于2D；每根管桩的接头数量不宜多于3个，由此条件初步确定桩长。一般管桩用作摩擦型桩时，其长径比不宜大于100；用作端承型桩时，其长径比不宜大于80。多次工程经验表明，管桩的单桩竖向承载力特征值试桩结果与按照地质报告提供的土层参数估算的数值往往差距较大，因此，单桩承载力特征值宜通过同条件下试桩来确定。
5）管桩的平面布置：采用多桩和群桩时，应使桩承载力合力点与其上部结构竖向永久荷载重心相重合。当为大面积群桩时，对硬粘土层和饱和软土层要合理布桩，并适当加大桩中心距，减少挤土效应。
6）由于沉桩机械设备施工时需要一定的空间，当在已经开挖后的基坑中沉桩时，在基坑支护设计时要考虑临近基坑边缘的边桩施工的可能性，留足桩机移动以及操作的必要空间。
3、管桩施工中经常出现的质量问题原因分析
1）预应力混凝土管桩属部分挤土型桩，当带有闭口桩尖时为全挤土桩。在施打大面积密集群桩时，由于大量桩体入土，桩周一定范围内的土体受到挤压和扰动，随着施工数量的增加，挤土效应越加明显，引起沉桩区域和周围土层的水平移动和隆起，如顺序不当导致应力扩散不均匀，往往造成先打入的桩受挤产生倾斜或断桩，管桩施工速度较快时会加剧挤土效应。挤土效应还会引起先打入的桩产生上浮现象，使其承载力达不到要求。此种情况在硬粘土层和饱和软土层最容易出现。
2）沉桩机械都有一定的体积和重量，特别是静压桩机，为抵抗沉桩时的反力，往往根据压桩力的需要在桩机上帶有相应的配重。当地表土层较软时，未采取相应技术措施，桩机行走部分的支腿直接站压在桩顶或桩顶软土层上，形成对地表土层的强大挤压作用，当地基土上部有较厚的软土层或地表面较薄的硬土层下有较厚的软土层时，可将管桩推挤倾斜，甚至断桩。 3）管桩的连接一般采用端板焊接连接，如接桩时焊接质量未达到规范要求或现场施工要求，焊缝强度不足，受挤土效应后接头处不能抵抗水平变位或上浮而产生断桩。
4）施工过程中在一些土层中沉桩困难。管桩虽然在土层中穿透性好，但在含有较大砾石的土层及密实的砂层中沉桩有时仍然会遇到较大的困难，达不到设计标高，出现实际桩长与设计桩长相差较大的情况。
5）桩基施工完成后基坑开挖时一次性开挖深度太快太深，使桩的一侧承受土压力较大，桩身发生弯曲变形。或未采取必要的基坑支护措施，使得基坑边坡失稳，土体滑动，造成管桩倾斜。
4、管桩施工质量问题预防措施
对以上所述各项施工中的质量问题，可采取如下技术措施。
1）为减少沉桩挤土引起的土体位移、隆起，保证施工完成后桩基的质量，可采用开口型桩尖，使部分土体进入管桩内部以减少桩的挤土量，缩小其影响范围。其次，施工过程中应掌握详细的地质勘察资料，根据地层情况、基础形式、布桩情况等选择合理的施工机械，并优化打桩的施工方向和顺序路线。一般地基变位的方向基本上与沉桩施工顺序方向是一致的。在沉桩起始处方向的地基土体变位和应力较小，影响范围也小，而在沉桩终止处方向的地基土体的变位和应力因为受已沉桩的约束作用而明显增大，影响范围也大。因此打桩宜自桩群中间向两个方向或四周对称施工。如施工场地周边有需要保护的建筑物、构筑物、道路或者地下管线等，施工方向宜背离被保护对象。沉桩时尚应控制施工速度，限制打桩速率，速度过快，不利于土层中应力的扩散，土体的水平移动和隆起也越大。在含水量较大的软土层中可设置袋装砂井，以消除部分超孔隙水压力，减少挤土现象。当挤土效应严重，必要时可在场地内设置应力释放孔和采取预钻孔辅助沉桩。
施工过程中应加强检测，动态施工，设置桩的上浮和水平变位观测点，定时检测桩的上浮量及桩顶水平偏位值，做好沉桩记录，如发现桩的上浮或偏移值较大，应及时采取复打、纠偏等措施，确保桩位及标高准确。
2）在打桩施工前，应将场地平整压实，能够满足沉桩机械的行走，并且不能对已施工过的桩产生影响。如果地表土层较软，或地表土层虽然较硬，但厚度相对较薄时，应在机械、车辆行走的位置填一定厚度的碎石或路基板，减小机械对场地表面土体的挤压作用，同时也有利于打桩机械自身的稳定，容易控制沉桩过程中桩身的垂直度。
3）接桩时端板焊接质量须严格按图集的要求并达到标准。应分层焊接，内层焊渣必须清理干净后方可施焊下一层，焊缝应饱满、连续，且根部必须焊透。焊接接头在自然冷却后才可继续沉桩，冷却时间不少于8分钟，严禁用水冷却或焊好后立即沉桩，施工中应对焊接质量高度重视。工程中尽量减少接桩，接桩宜在桩尖穿过硬土层后进行，应避免桩尖接近或处于硬持力層中接桩。
4）实际工程中多次出现在砂层中沉桩困难的情况，特别是在桩基施工后期，土层已被挤密时。因此，当桩基需要穿越砂层或需要进入砂层一定深度，宜优先采用锤击法沉桩，因为锤击法较静压法沉桩的穿透性要强。如困难较大，还可采取引孔辅助沉桩，即用钻机在设计桩位先抽土引孔，随即沉入管桩。由于引孔会减弱桩的摩阻力，最终可能影响到桩的承载力，因此采用此法须通过试验确定引孔的大小和深度。
5）合理选择基坑支护方式与开挖的施工机械和施工方法。基坑开挖时间不宜太早，打桩完成后应留有一定的休止时间。严禁边打桩边开挖基坑。施工应坚持先支护后挖土的原则，深基坑要分层分区域均匀开挖，软土每层挖土的厚度不应超过1.0米，层与层之间留出一定宽度的工作面，并根据土质情况合理放坡，严防土体滑动。挖出的土方必须即时外运，不能堆积在基坑的四周。基坑在接近坑底时应采取接力开挖，前边（接近坑底层土）用小挖机，后边用大挖机，这样可减小挖土机械对桩顶土层的挤压作用。且挖至桩顶标高以上0.5米时，须改用人工清除桩顶余土。
结语：
综上所述，为了充分发挥管桩的优点，应从设计与施工二个方面综合考虑。设计须从场地与建筑物的特点出发，合理选择桩型和持力层并优化布桩。施工中因地制宜采取预防措施是第一位的，在施工前要有针对性地编制方案，施工中加强监督管理和检测，发现问题应立即进行有针对性的处理，如此方能达到预期的效果。
参考文献：
[1]齐红博.高强预应力管桩在基抗支护工程中的应用[J]科技情报开发与经济.2010年第25期.
[2]张仕雄.探讨高强预应力混凝土管桩施工质量控制要点[J].城市建设理论与研究.2012年第04期.
[3]吴宏毓.预应力管桩常见质量问题及预防处理办法[J].山西建筑.2010年第21期.
【关键词】混凝土管桩优点；管桩设计注意事项；质量问题分析；预防措施
1、高强预应力混凝土管桩优点
1）管桩采用现代化工厂预制，高速离心成型、高温高压蒸养，产品质量稳定。
2）管桩水陆运输方便，施工现场容易摆放，无需现场备料制作，无砼料搅拌，泥浆等污染源，对工地及周边环境环保无污染。
3）管桩桩身混凝土强度高，加上有一定的预应力，密实耐打，穿透性好，对淤泥、粘土、粉土、砂土、卵石砾石、碎石、强风化、全风化岩等各种土层均可进行设计使用，适用范围广。
4）管桩的规格型号多，直径从φ400-φ1200，桩长从6米-15米不等，搭配灵活，接长方便，可根据建筑物荷载要求合理优化选桩、布桩，现场施工可根据地质变化合理配桩。
5）施工工艺较为简便、直观，机械化程度高，可采用静压或锤击设备，静压无噪音无污染，锤机穿透力强，可根据土层选择，沉桩质量可在施工中直接反映，便于监理和业主单位对施工进行监控，施工质量容易保证。
6）工期较短，对场地的面积要求不大，场地达到三通一平即可施工，施工可送桩最大送深达8米，可通过送桩施工桩基再开挖基坑，可避免雨季开挖基坑导致延误工期等问题出现。管桩施工完毕后根据土层情况，只需等待7天-20天便可进行检测，有利于下一道工序的施工。
管桩虽然有上述诸多优点，但也有明显的缺点，它抗弯刚度较差，施工时接桩质量较难控制，在某些土层中沉桩困难，特别是在软弱地基中使用时，打桩过程中的挤土效应、施工过程中的端板焊接不良、重型施工机械的行走碾压、基坑边坡失稳和挖土不当等原因，容易使管桩出现倾斜，偏位以及断桩等质量问题。由于问题经常是在开挖基坑后出现，往往给工程处理带来极大的困难，轻则延误工期、增加造价，重则会引起重大质量事故，甚至已施工的桩报废。因此，在区域内
软土地基较为普遍的地区，出台了一些规定，限制管桩的使用范围。如湖北省以及安徽省马鞍山市均规定对高度超过一定数值且承台周边及底部存在淤泥、淤泥质土的高层建筑不应采用管桩基础。因此，结合多年来实际工程中所接触到的管桩设计和施工出现的问题，对管桩设计和施工中质量问题产生的原因进行分析并提出须采取的预防措施，供参考。
2、管桩设计中注意事项
1）管桩与建筑物的适用性：即拟建设的工程是否符合采用管桩的条件。上文提到，除国家规范和各地地方标准的规定外，一些地区的建筑行业主管部门根据当地的地基土层的特殊情况，出台规定，限制管桩的使用范围。因此，设计前应查阅相关规定，对照建筑物的具体情况，如层数，高度，是否有地下室以及场地土层性质等，明确管桩是否可以采用。
2）管桩与建筑场地的适宜性：须结合地质勘察报告与场地的实际情况，判断是否有合适的桩端持力层以及场地地层的均匀性、沉桩的可能性、管桩的稳定性、以及场地环境条件对管桩施工的限制性。还要预估桩基的承载力，与拟建的建筑物荷载进行比对，明确管桩的适宜性，应达到安全适用、技术先进、经济合理、保护环境的目标。
3）管桩的选型：管桩的选型应在综合分析各项条件后确定。主要有拟建建筑物上部结构体系、荷载大小与分布以及对基础沉降及水平位移的要求；抗震设防烈度的要求；地上及地下管线、地下工程的分布，可能受打桩影响的临近建筑物的间距和基础形式；施工机械进退场及施工作业运行条件；防振、防噪声要求等环境条件；管桩规格和型号、单节桩长、接头形式及供应条件；同一结构单元应避免采用不同类型的桩。对承受较大水平荷载的管桩、抗震设防区位于液化土层范围内的管桩，设计人员还应根据相关规范的规定，对图集中管桩的箍筋直径、螺距及箍筋加密区长度做调整，并向生产厂家定制满足抗震构造措施和实际工程需要的管桩。
4）管桩桩长和承载力的确定：管桩应选择良好土层作为桩端持力层，桩端进入持力层的深度不应小于2D；每根管桩的接头数量不宜多于3个，由此条件初步确定桩长。一般管桩用作摩擦型桩时，其长径比不宜大于100；用作端承型桩时，其长径比不宜大于80。多次工程经验表明，管桩的单桩竖向承载力特征值试桩结果与按照地质报告提供的土层参数估算的数值往往差距较大，因此，单桩承载力特征值宜通过同条件下试桩来确定。
5）管桩的平面布置：采用多桩和群桩时，应使桩承载力合力点与其上部结构竖向永久荷载重心相重合。当为大面积群桩时，对硬粘土层和饱和软土层要合理布桩，并适当加大桩中心距，减少挤土效应。
6）由于沉桩机械设备施工时需要一定的空间，当在已经开挖后的基坑中沉桩时，在基坑支护设计时要考虑临近基坑边缘的边桩施工的可能性，留足桩机移动以及操作的必要空间。
3、管桩施工中经常出现的质量问题原因分析
1）预应力混凝土管桩属部分挤土型桩，当带有闭口桩尖时为全挤土桩。在施打大面积密集群桩时，由于大量桩体入土，桩周一定范围内的土体受到挤压和扰动，随着施工数量的增加，挤土效应越加明显，引起沉桩区域和周围土层的水平移动和隆起，如顺序不当导致应力扩散不均匀，往往造成先打入的桩受挤产生倾斜或断桩，管桩施工速度较快时会加剧挤土效应。挤土效应还会引起先打入的桩产生上浮现象，使其承载力达不到要求。此种情况在硬粘土层和饱和软土层最容易出现。
2）沉桩机械都有一定的体积和重量，特别是静压桩机，为抵抗沉桩时的反力，往往根据压桩力的需要在桩机上帶有相应的配重。当地表土层较软时，未采取相应技术措施，桩机行走部分的支腿直接站压在桩顶或桩顶软土层上，形成对地表土层的强大挤压作用，当地基土上部有较厚的软土层或地表面较薄的硬土层下有较厚的软土层时，可将管桩推挤倾斜，甚至断桩。 3）管桩的连接一般采用端板焊接连接，如接桩时焊接质量未达到规范要求或现场施工要求，焊缝强度不足，受挤土效应后接头处不能抵抗水平变位或上浮而产生断桩。
4）施工过程中在一些土层中沉桩困难。管桩虽然在土层中穿透性好，但在含有较大砾石的土层及密实的砂层中沉桩有时仍然会遇到较大的困难，达不到设计标高，出现实际桩长与设计桩长相差较大的情况。
5）桩基施工完成后基坑开挖时一次性开挖深度太快太深，使桩的一侧承受土压力较大，桩身发生弯曲变形。或未采取必要的基坑支护措施，使得基坑边坡失稳，土体滑动，造成管桩倾斜。
4、管桩施工质量问题预防措施
对以上所述各项施工中的质量问题，可采取如下技术措施。
1）为减少沉桩挤土引起的土体位移、隆起，保证施工完成后桩基的质量，可采用开口型桩尖，使部分土体进入管桩内部以减少桩的挤土量，缩小其影响范围。其次，施工过程中应掌握详细的地质勘察资料，根据地层情况、基础形式、布桩情况等选择合理的施工机械，并优化打桩的施工方向和顺序路线。一般地基变位的方向基本上与沉桩施工顺序方向是一致的。在沉桩起始处方向的地基土体变位和应力较小，影响范围也小，而在沉桩终止处方向的地基土体的变位和应力因为受已沉桩的约束作用而明显增大，影响范围也大。因此打桩宜自桩群中间向两个方向或四周对称施工。如施工场地周边有需要保护的建筑物、构筑物、道路或者地下管线等，施工方向宜背离被保护对象。沉桩时尚应控制施工速度，限制打桩速率，速度过快，不利于土层中应力的扩散，土体的水平移动和隆起也越大。在含水量较大的软土层中可设置袋装砂井，以消除部分超孔隙水压力，减少挤土现象。当挤土效应严重，必要时可在场地内设置应力释放孔和采取预钻孔辅助沉桩。
施工过程中应加强检测，动态施工，设置桩的上浮和水平变位观测点，定时检测桩的上浮量及桩顶水平偏位值，做好沉桩记录，如发现桩的上浮或偏移值较大，应及时采取复打、纠偏等措施，确保桩位及标高准确。
2）在打桩施工前，应将场地平整压实，能够满足沉桩机械的行走，并且不能对已施工过的桩产生影响。如果地表土层较软，或地表土层虽然较硬，但厚度相对较薄时，应在机械、车辆行走的位置填一定厚度的碎石或路基板，减小机械对场地表面土体的挤压作用，同时也有利于打桩机械自身的稳定，容易控制沉桩过程中桩身的垂直度。
3）接桩时端板焊接质量须严格按图集的要求并达到标准。应分层焊接，内层焊渣必须清理干净后方可施焊下一层，焊缝应饱满、连续，且根部必须焊透。焊接接头在自然冷却后才可继续沉桩，冷却时间不少于8分钟，严禁用水冷却或焊好后立即沉桩，施工中应对焊接质量高度重视。工程中尽量减少接桩，接桩宜在桩尖穿过硬土层后进行，应避免桩尖接近或处于硬持力層中接桩。
4）实际工程中多次出现在砂层中沉桩困难的情况，特别是在桩基施工后期，土层已被挤密时。因此，当桩基需要穿越砂层或需要进入砂层一定深度，宜优先采用锤击法沉桩，因为锤击法较静压法沉桩的穿透性要强。如困难较大，还可采取引孔辅助沉桩，即用钻机在设计桩位先抽土引孔，随即沉入管桩。由于引孔会减弱桩的摩阻力，最终可能影响到桩的承载力，因此采用此法须通过试验确定引孔的大小和深度。
5）合理选择基坑支护方式与开挖的施工机械和施工方法。基坑开挖时间不宜太早，打桩完成后应留有一定的休止时间。严禁边打桩边开挖基坑。施工应坚持先支护后挖土的原则，深基坑要分层分区域均匀开挖，软土每层挖土的厚度不应超过1.0米，层与层之间留出一定宽度的工作面，并根据土质情况合理放坡，严防土体滑动。挖出的土方必须即时外运，不能堆积在基坑的四周。基坑在接近坑底时应采取接力开挖，前边（接近坑底层土）用小挖机，后边用大挖机，这样可减小挖土机械对桩顶土层的挤压作用。且挖至桩顶标高以上0.5米时，须改用人工清除桩顶余土。
结语：
综上所述，为了充分发挥管桩的优点，应从设计与施工二个方面综合考虑。设计须从场地与建筑物的特点出发，合理选择桩型和持力层并优化布桩。施工中因地制宜采取预防措施是第一位的，在施工前要有针对性地编制方案，施工中加强监督管理和检测，发现问题应立即进行有针对性的处理，如此方能达到预期的效果。
参考文献：
[1]齐红博.高强预应力管桩在基抗支护工程中的应用[J]科技情报开发与经济.2010年第25期.
[2]张仕雄.探讨高强预应力混凝土管桩施工质量控制要点[J].城市建设理论与研究.2012年第04期.
[3]吴宏毓.预应力管桩常见质量问题及预防处理办法[J].山西建筑.2010年第21期.