1.引言
预应力混凝土管桩地基加固属于刚性桩复合地基，桩体通常以水泥为主要胶结材料，有时由混凝土或由混凝土和其他掺合料构成，桩身强度较高。为保证桩土共同作用，通常在桩顶设置一定厚度的褥垫层。刚性桩复合地基较散体材料桩复合地基和柔性桩复合地基具有更高的承载力和压缩模量，而且复合地基承载力也具有较大调整幅度。
现以广州至珠海铁路工程DK68+105～DK68+195段路基为例详细阐述管桩施工工艺及其成效。
2.设计情况概述
广珠铁路DK68+105～DK68+195段路基设计为预应力管桩基础，路基顶宽13m。路肩以下4m范围内路基边坡坡比设计为1：1.5，边坡防护形式为立体植被网内洒种草籽+栽种灌木，路基填高4m以下部分路基边坡坡比设计为1：1.75，路基防护形式为干砌片石护坡及墁石基础。路基填高设计在5.0～7.53m之间，管桩桩长设计为12～17m之间。
2.1工程地质及水文地质概况
2.1.1地层岩性
⑴1：填筑土，厚度0.5～1.5m之间
⑵-1：淤泥，灰黑色，饱和，流塑，厚度0～5.16m之间
⑵-2：淤泥质粘土，灰黑色，饱和，流塑，厚度2.43～2.67m之间
⑵-6-1：粘土，灰褐色，软塑，厚度0.3～2.08m之间
⑵-9-1：细砂，褐灰色，饱和，松散，厚度0～0.8m之间
⑸-1-2：粘土，褐红色，硬塑，厚度0～0.5m之间
⑺-2-1：砂岩，褐红色，全风化，厚度0.8～1.32m之间
⑺-2-2：砂岩，褐红色，强风化，厚度2.5m以上
2.1.2水文地质条件
地表水及地下水均较发育，地下水及地表水水质均无侵蚀性。碳化环境条件为T2等级。
2.2设计依据
2.2.1地基土的地质条件：
⑵-1：淤泥，灰黑色，饱和，流塑，II级
r=15.99KN/m3，c=7.6kPa，Φ=4.67°，Φcu=12.45°，Ch=1.43*10-3cm2/s，Cv=0.93*10-3cm2/s，ES=2.18Mpa；
⑵-2：淤泥质粘土，灰黑色，饱和，流塑，II级
r=17.35KN/m3，c=10.58kPa，Φ=7.06°，Φcu=14.73°，ES=3.35Mpa；
⑵-6-1：粘土，灰褐色，软塑，II级
r=19.18KN/m3，c=18kPa，Φ=20°，Φcu=20°，ES=4.43Mpa；
2.2.2管桩壁厚为0.1m，单桩承载力为924KN。
2.3预应力管桩施工要求
2.3.1全段软土地基采用管桩加固，桩径0.4m，桩间距2.2m，特殊位置桩间距不小于1.6m，正方形布置，桩顶设0.6m砂砾垫层，中间铺设一层土工格栅，其抗拉强度不小于260KN/m，幅宽不小于5m；
2.3.2桩长12～17m，穿过软弱层至硬层，长径比不大于100。
2.3.3当在设计桩长范围内遇到硬层，沉桩困难时，采用桩尖引入法施工。
2.3.4预应力管桩技术要求：PHC型；混凝土强度等级C80；桩径40cm，施工采用震动锤击式或静压方式沉桩。
2.3.5桩帽采用C30钢筋混凝土现浇，顶宽140cm，桩帽高35cm。与桩帽相连的桩面应平整并且水平，深入桩帽中不少于5cm。
2.3.6接桩均采用钢端板焊接法焊接。焊好的桩接头应自然冷却后施打。焊接处的强度不低于出厂的强度。
2.3.7管桩从线路中心往两侧布桩，坡脚处有1排桩。施工场坪平整，横断面方向做成约4%的横向排水坡，纵断面方向难以平整时，挖成不陡于1：5的台阶，台阶高0.6m左右。场地平整后，应铺设30～50cm厚的工作垫层，清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。
2.3.8在预应力管桩施工地段加强地表变形监测，在线路中心、路基两侧坡脚、以及坡脚外6～10m各设一排观测桩，纵向间距50～100m。施工期间每天进行地表变形监测，实测地表变形量，测量精度不大于1mm，并做好详细记录，以备路基沉降分析用。
2.3.9管桩施工完毕后，桩顶高差控制在15cm以内。各工点单桩载荷试验不少于3根，小应变动力监测（单桩承载力试验）数量不少于总桩数的5%。
2.3.10施工注意事项
2.3.10.1第一节管桩起吊就位插入地面的垂直度偏差不大于0.5%，并用长条水准尺或其它测量仪器校正；必要时，拔出重插。施打中，桩锤、桩帽、桩身中心线应重合。当桩身倾斜率超过0.8%时，找出原因并设法纠正；当桩尖进入硬土层后，严禁用移动桩架等强行回扳的方法纠偏。
2.3.10.2在较厚的粘土、粉质粘土层中施打管桩，不采用大流水打桩施工法，将每一根桩一次连续打到底，减少中间休歇时间。
2.3.10.3如实、及时、准确地做好管桩施工记录。
3.施工情况概述
为加快施工进度，现场采用震动锤击式与静压方式沉桩同时进行。
3.1锤击法管桩插打施工工艺
选用柴油锤、锤重5吨的桩机。该桩机施工效率为300～400米/天。管桩施工时挤土效应明显，在软粘土层中引起较大的超静空隙水压力，管桩跳桩施工，分2～3次施工完成，这样有利于管桩打入过程中产生的超静空隙水压力的消散。
管桩的施工流程及施工要点如下：
3.1.1整平场地，清除桩机范围内高空、地面及地下障碍物，并做好排水措施。
3.1.2根据打桩施工区域内的地质情况和基础几何形状，在合理选择打桩顺序，对周围建筑物采取预防措施的基础上，进行施工放样，定出桩基轴线并设立高程指示。考虑到管桩施工存在明显的挤土效应，为避免出现土拱现象和产生超孔压，合理的安排打桩顺序显得非常重要，一般情况下，采用如下顺序：桥头到路基；中线到两侧。
3.1.3桩机就位，管桩采用平板车运输，按规格，桩号堆放，堆放于起重钩工作半径范围内，施工前应再次逐根检查，检查混凝土桩有无严重质量问题，对管桩两端应清理干净，施焊面上有油漆杂物污染时，应清刷干净。
3.1.4插桩。桩打入过程中修正桩的角度较困难，因此就位时应正确安放。第一节管桩插入地下时，要尽量保持位置方向正确，插入地面时的垂直度偏差不得超过0.5％。开始要轻轻打下，认真检查，若有偏差应及时纠正，必要时要拨出重打。校核桩的垂直度可采用垂直角，及用两个方向（互成90°）经纬仪使导架保持垂直。通过桩机导架的旋转、滑动及停留进行调整。经纬仪应设置在不受打桩影响范围内，并经常加以调平，使之保持垂直。
3.1.5锤打。因地层较软，初打时下沉量较大，宜采取低提锤，轻打下，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、托板、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，以免管桩受弯受损。打桩较难下沉时，要检查落锤有无倾斜偏心，特别是要检查桩垫托板是否合适。如果不合适，应更换或补充软垫。每根桩宜连续一次打完，不要中断，以免难以继续打下。
3.1.6接桩。接桩时要注意新接桩节与原桩节的轴线一致，两施焊面上的泥土、油污、铁锈等要预先清刷干净。施工时采用焊接的方式，钢板宜用低碳钢，焊条宜用E4320型。当下节桩的桩头距地面1～1.2米时，即可进行接桩，焊接时应先将四角点焊固定，然后对称焊接，确保焊缝质量和设计尺寸。管桩焊接施工应由有经验的焊工按照技术规程的要求认真进行。
3.1.7送桩。为将管桩打到设计标高，需要采用送桩器，送桩器采用钢板制作，长4米。设计送桩器的原则是打入阻力不能太大，容易拨出，能将冲击力有效地传到桩上，并能重复使用。
3.1.8收锤。复合地基管桩的收锤标准不同于桩基管桩，按工程经验取10锤/50厘米～10锤/80厘米。
3.1.9做好打桩记录。
3.2静压法管桩插打施工工艺
采用ZYC800B型静压桩机。
3.2.1沉桩前的准备工作
沉桩前应处理地上、地下障碍物，对场地进行平整压实，放出桩基线并定出桩位，并在不受沉桩影响的适当位置设置水准点，以便控制桩的入土标高；接通现场的水、电管线，准备好施工机具；做好对桩的质量检验。
3.2.2沉桩顺序
沉桩顺序是否合理，直接影响沉桩进度和施工质量。在确定沉桩顺序时，应考虑桩对土体的挤压位移对施工本身及附近建筑物的影响。沉桩顺序为：自中央向边缘环形打。
3.2.3沉桩施工
3.2.3.1沉桩前的准备工作：
⑴认真处理高空、地上和地下障碍物。
⑵对现场周围（50m以内）的建筑物作全面检查。对危房进行必要的处理。
⑶对建筑物基线以外4～6m以内的整个区域及打桩机行驶路线范围内的场地进行平整、夯实。在桩架移动路线上，地面坡度不得大于1%。
⑷修好运输道路，做到平坦坚实。打桩区域及道路近旁应排水畅通。
⑸在打桩现场或附近需设置水准点，数量为两个，用以抄平场地和检查桩的入土深度。根据建筑物的轴线控制桩定出桩基每个桩位，做出标志，并在打桩前，应对桩的轴线和桩位进行复验。
⑹打桩机进场后，应按施工顺序铺设轨垫，安装桩机和设备，接通电源、水源，并进行试机。然后移机至起点桩就位，桩架应垂直平稳。
3.2.3.2压桩程序
一般情况下都采取分段压入，逐段接长的方法，其程序如下：
测量定位→桩尖就位、对中、调直→压桩→接桩→再压桩→送桩(或截桩)。
⑴测量定位。施工前放好轴线和每一个桩位，在桩位中心打一根短钢筋，并涂上油漆使标志明显。如在较软的场地施工，由于桩机的行走会挤走预定短钢筋，故当桩机大体就位之后要重新测定桩位。
⑵桩尖就位、对中、调直。对于ZYC800B型压桩机，通过起动纵向和横向行走油缸，将桩尖对准桩位；开动压桩油缸将桩压入土中1m左右后停止压桩，调正桩在两个方向的垂直度。第一节桩是否垂直，是保证桩身质量的关键。
⑶压桩。通过夹持油缸将桩夹紧，然后使压桩油缸伸程，将压力施加到桩上，压入力由压力表反映。在压桩过程中要认真记录桩入土深度和压力表读数的关系，以判断桩的质量及承载力。当压力表读数突然上升或下降时，要停机对照地质资料进行分析，看是否遇到障碍物或产生断桩情况等。
⑷接桩，当下一节桩压到露出地面0.8～1.0m时，应接上一节桩。
⑸送桩或截桩。如果桩顶接近地面，而压桩力尚未达到规定值，可以送桩。静力压桩情况下，只要用另一节长度超过要求送压深度的桩放在被送的桩顶上便可以送桩，不必用专用的送桩机移位。
⑹压桩结束，当压力表读数达到预先规定值时，便停止压桩。
3.2.3.3终止压桩的控制原则
本段路基管桩加固区设计为端承桩，桩尖伸入⑺-2-2：砂岩，褐红色，强风化层，桩长12～17m。
根据广东省标准《静压桩基础基础规程》（讨论稿）规定，对于端承摩擦桩或摩擦端承桩，终压控制标准可根据下列条件和原则综合确定。
⑴当桩入土深度15＜L≤23m时，终压力可取桩的竖向承载力特征值的2.0～2.4倍，当桩较短且土质差时取值接近2.4倍，桩较长且土质较好时取值进行2.0倍并复压2～3次；
⑵当桩入土深度8m＜L≤15m时，终压力可取桩的竖向承载力特征值的2.2～3.0倍，当桩较长且土质较好时取值接近2.2倍，桩较短且土质一般时取值3.0倍左右并复压3次；
⑶当桩的入土深度只有6m～8m时，终压力可取桩的竖向承载力特征值的2.8～3.2倍并复压3～5次；
⑷当终压力值受到各种条件的限制而达不到本上述要求时，按实际情况降低单桩竖向承载力特征值，不得任意增加复压次数。具体处理方法如下：
对长度为14～21m的静压桩，应以终压力满载值为终压控制条件，视土质情况决定是否进行复压。若桩周土质条件较差且设计承载力较高时，宜复压一、二次为好。
对长度小于14m的短静压桩，终压控制条件除终压力值必须达满载值以外，还必须满载连续多次复压，特别是长度小于8m的短桩，连续满载复压的次数应适当增多。
3.2.3.4施工注意事项
⑴压桩施工前应对现场的土层地质情况了解清楚，做到心中有数；同时应做好设备的检查工作，保证使用可靠，以免中途间断压桩。
⑵压桩过程中，应随时注意使桩保持轴心受压，若有偏移，要及时调整。
⑶接桩时应保证上、下节桩的轴线一致，并尽可能地缩短接桩时间。
⑷量测压力等仪表应注意保养，及时检修和定期标定，以减少量测误差。
⑸压桩机行驶道路的地基应有足够的承载力，必要时需作处理。
3.3施工结果及检测情况
3.3.1根据试验结果，该段路基单桩承载力均满足设计要求。（设计单桩承载力为924KN）
3.3.2通过填土开始至填土结束后这段时间对沉降速率的观测，其结果满足每天横向≤5mm，纵向≤10mm的设计及《客货共线铁路路基工程施工技术指南》（TZ202-2008）要求。
4.管桩及其打入方式优缺点分析
4.1管桩较适合的应用条件
4.1.1要求单桩竖向极限承载力标准值在2400～5600KN之间的建筑，选用管桩较经济合理；
4.1.2基岩埋深在15～30m左右，有较厚的强风化岩层作持力层，持力层标贯在45击左右较合理；
4.1.3淤泥软土较厚的地基、近海建筑，采用其他桩型易出现质量事故的，采用管桩为首选。
4.2静压桩施工优缺点分析
因静压桩施工工艺具有噪音小，震动小，造价低，施工速度快的特点，近年来PHC管桩无论在公路上还是在工民建中均得到了广泛应用。
4.2.1优点：
4.2.1.1承载力强。PHC管桩的预应力钢筋为高强刻痕钢丝，采用螺旋箍，掺入高效外加剂，二次搅拌，高速离心，蒸养-压蒸养护方式，使桩身强度达C80。
4.2.1.2易于接桩。PHC管桩两端均设有钢板套箍，该套箍可加强耐压性能外，又是接桩时的接头，接桩时将套箍对焊机可，费时较少，不会影响桩的继续施压，因此桩的焊接加长较方便。
4.2.1.3造价低廉。PHC管桩具有单位承载力造价低，仅为钢桩价格的1/3～2/3，并节省钢材。
4.2.1.4施工周期短。在压桩施工时，每台机每天可完成40m左右长的管桩6～7根。
4.2.2缺点：
压桩施工时易产生挤土效应，影响周围建筑物，不适于建筑物密集地区施工。
5.结束语
在广东、福建等沿海地区，管桩在各种桩型的选择中已占主导地位。预应力管桩复合地基作为刚性桩复合地基的一种重要形式，它能够较好的利用增强体和天然地基共同承担荷载的潜能，依靠桩与桩间土共同作用来达到提高承载力和减小变形的目的，具有施工速度快、质量可靠、地区适应性强、抗震性好等诸多优点，在工程建设中得到了越来越广泛的应用，有着广阔的发展前景。
参考文献：
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[2]建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）[S]，北京：中国建筑工业出版社，2002
[3]建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）[S]，北京：中国建筑工业出版社，2002
[4]建筑桩基基础规程（JGJ94-2008）[S]，北京：中国建筑工业出版社，2008
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