预应力管桩和钻孔灌注桩的对比分析

打开文本图片集

摘要：近几十年来我国社会经济高速发展的同时，建筑行业也随之蓬勃发展。在勤劳智慧的中国人民的努力下，我国建筑行业不论从体量还是技术都有着翻天覆地的变化。城市土地稀缺，桩基处理是不可或缺的必要措施，它保障了国家土地的有效使用，也是人民生命财产安全的保证。

关键词：建筑工程;桩基施工;管桩;钻孔灌注桩

1导言

在现代建筑工程桩基础施工中，预应力管桩和钻孔灌注桩是我们经常采用的施工方式，通过对比两者的优缺点，不光可以有助于我们选择合适的方案，还能帮助我们在现场现场施工管理中注重关键工序，提高工程质量。

2概念

预应力管桩是在施工前，管桩场按规定程序制作的具有一定强度的钢筋混凝土制品。管桩按混凝土强度等级或有效预压应力分为预应力混凝土管桩和预应力高强混凝土管桩等。预应力混凝土管桩代号为PC，预应力高强混凝土管桩代号为PHC。现工程市场用的比较多的为400～600mm预应力高强混凝土管桩。制作完成的管桩运输到工地后，可通过锤击法、静压法、震动法、射水法、预钻孔法及中掘法等方式沉桩，通过焊接预应力管桩两端桩头的方式，连接上下两节预应力管桩，已保障桩身的竖直度及完整度。由于新建项目周边常常有人居住，为减小对周围居民的打扰，现今静压法使用的更为普遍。

钻孔灌注桩是根据设计要求，以冲击钻、回转钻、旋挖钻，螺旋钻等方式，在现场指定位置成孔，在保障孔壁稳定，孔底沉渣可控，入岩深度达到要求后，放入验收合格钢筋笼，钢筋笼通过焊接或机械连接方式来增加长度，最后在灌入混凝土。

3对比

（1）现场情况对比：

预应力管桩由于在工厂制作，工地仅进行沉桩和焊接作业，且不存在出土问题，现场地面比较干净。（锤击管桩锤击声比较大，静压桩机设备体积较大，机械成本较高）同时预应力管桩孔洞，且较为明显，回填也方便，现场也较为安全。

钻孔灌注桩机施工现场机械多含钻孔设备，挖机，吊车，混凝土搅拌车等，工序较复杂，现场需要规划好，钢筋棚场地，泥浆池位置，混凝土搅拌车行进路线等等，工序之间也许配合好，保障钢筋笼和混凝土的及时供应。而且钻孔灌注桩采用的是挖土后填入钢筋混凝土的方式，同时为了保证孔壁的稳定，通常要采用泥浆护壁的方式，造成现场产生大量湿土及泥浆，泥浆一方面阻碍了机械人员的工作，另一方面也对地面情况造成了遮挡，形成了安全隐患。

（2）承载能力对比：

由于预制管桩在管桩工厂制作，桩体混凝土标号也较高，桩身质量是优于钻孔灌注桩的。同时由于施工方式的不同，预制桩的成桩方式为挤土或部分挤土，沉桩时桩身破坏地基土，使桩身附近的土层产生排水，结构发生重塑，待超孔隙水压力消散后，强度往往要高于原状土。对于桩端来说，预制桩不存在沉渣问题，桩端阻力正常发挥，桩端挤土的效应可以使桩端土休止后，强度得到加强。所以在地层相同、桩端面积相同、桩侧面积相同的前提下，预制桩承载力是要优于灌注桩的。

但是由于预应力管桩施工的局限性，适用于地基土质为软土、砂性土、塑性土、粉土、细砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石类土，不易穿透较厚的砂土等硬夹层，当遇砂层、孤石等沉桩困难时，需采用引孔措施。所以土层较为坚硬，砂层，孤石较多时常选择钻孔灌注桩。结合预应力管桩只能进入砂、砾、硬黏土、强风化岩层等坚实持力层不大的深度。钻孔灌注桩可达中风化岩层作为持力层， 桩端承载力较预应力管桩较高，同时钻孔灌注桩桩径一般为800～1200mm，横截面较大，所以往往单桩承载力较预应力管桩要大。

（3）质量管控对比：

预应力管桩的施工工艺为：场地平整→测量放线→桩机就位→吊桩插桩（在此之前完成管桩的检测和进场运输工作）→对中调直→静压（锤击）沉桩→接桩→再静压（锤击）沉桩→终止压桩→锯桩头。

（1）场地平整：清除地表杂物，并填平场地中的坑洼处，必要时用压路机压实表土。并沿场地四周挖沟排水至集水坑进行集中排水。

（2）测量放线：测量定位、放线、复核工作由专人负责，对测量仪器定期检查，做好测量定位放线的原始资料。由专职测量人员测量出场地内的压桩的位置，桩位中心点插入φ12钢筋进行定位，位中心为圆心，用白灰划出与桩同直径的圆圈，桩位偏差不得大于20mm;另外，在场地醒目位置设置水准点，数量不宜少于3个;设置标尺，用以观测桩身入土深度，桩机就位对中前用全站仪从新复核校正，确保桩位偏差缩小在施工规范之内。

（3）桩机就位：将桩机移至桩位中心，观察水平仪和挂在桩架上的垂球，调平机身，四周垫稳。

吊桩插桩：当桩端距离桩机5m以内时，可准卷扬机钢丝套在桩端0.2L处单点起吊，待管桩基本垂直后再持升桩锤，并将桩顶喂入桩帽，然后扶正就位，当桩端距离桩机5mm以外时，由吊机运送至桩机前。将桩垂直地对准桩位中心，使桩周边对准白灰圆圈，缓缓放下插入土地，起动压桩机轻压，将管桩压入土中0.5m或1.0m后用双向经纬仪调整桩身垂直度。

（4）压桩：利用桩机的重量（利用柴油锤的重量，）由液压系统持桩将管桩垂直压入土中，并随时用两台经纬仪双向控制管桩的垂直度。并观察压桩的压力与深度。在整个压桩过程中，要使压杆、桩帽、桩身尽量保持在同一轴线上。必要时应将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压力，以免管桩受弯。压桩较难下沉时，要检查桩架导杆有无倾斜偏心，桩身是否垂直，每根桩宜连续完成，以免难以继续下压。

（5）接桩：本桩基工程接桩方法采用板端焊接，下节桩必须露出地面500～1000cm，下节桩的桩头处宜设导向箍，以便于上节桩就位，接桩时上下节桩保持顺直，错位偏差不得大于2mm。焊接时应先在坡口圆周上找到对称4～6点，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层对施焊缝。焊接层数宜为3层，内层焊渣清理干净后方可施焊外一层，焊缝应饱满、连续，且根部必须焊透，焊缝质量必须符合《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的有关规定;焊接接头应在自然冷却（不小于8min）后，方可继续沉桩.为避免应力集中，应避免浇水冷却。

（6）再压桩：施工方法同上，直至到达桩顶设计标高。

（7）锯桩头：锯桩头时，应采取有效措施保证截桩后管桩质量，截桩宜采用据桩器，严禁采用大锤横向敲击截桩或强行扳拉接桩。

钻孔灌注桩的施工工艺为：钻孔桩施工流程：桩位放样→钢护筒埋设→泥浆系统布置→桩机就位→钻孔→清孔→装吊钢筋骨架→灌注水下砼→桩基施工完毕，拆卸钻机。

（1）桩位放样：采用丈量法进行桩位测放，在施工期内对测量基线予以保护及定期复核，以保证测量控制精度符合设计要求。

（2）钢护筒埋设：根据桩位，使护筒中心和桩中心重合，偏差小于50mm。护筒与坑壁之间用粘性土填实，确保护筒位置的准确及稳定，再次校正护筒中心偏差，并用水平尺校核护筒的垂直度，使护筒达到水平牢固。

（3）泥浆循环系统布置：配备沉淀池、循环池进行泥浆净化后流回孔内，确保终孔后灌注前孔内泥浆各项指标的要求。

（4）钻机就位：钻机就位，保证机械平稳垂直。

（5）钻孔：成孔施工时，要保证垂直度。钻进到持力层深度后应观察岩样，确认最终钻孔深度。钻进到设计标高终孔时，应放入测绳同监理共同确认。

（6）清孔：除去孔底沉淀的钻渣和泥浆，以保证灌注的钢筋混凝土质量，确保桩的承载力。

（7）装吊钢筋骨架：钢筋笼在吊运过程中，由于其在纵向抗弯能力较差，必要时在笼内加支撑，以提高笼的刚性。当笼吊至孔口时，使笼中心对准桩位中心，扶正后并缓缓匀速下入孔内，严禁摆动碰撞孔壁，边下钢筋笼边装上保护块。当最后吊筋下至孔口时，固定在孔口的定位架上，将钢笼临时吊于孔口。

（8）灌注水下砼：灌注前料斗下覆隔水盖板。开始灌注时，开启料斗，并立即连续供料，使首批砼一起压住隔水盖板迅速落下。随着砼连续不断地灌入，孔内砼面不断上升，导管的埋深也在不断增加，需要定时测量砼面的上升情况。在灌注中要不断上下提动导管，以防止速度过快而产生空洞及混凝土不能流动钢笼外侧。

其中放点和按图纸要求控制桩长，是两者都需要严格把控的，预应力管桩施工，现场主要控制桩身垂直度，和焊接质量。而钻孔灌注桩的工序较多，且都对桩的质量有着直接影响，需要分工合作，每道工序都要控制到位。

（4）检测对比：

预应力管桩

施工过程中通过管桩长度计算入土深度，通过看压力表或管桩下沉速度判断管桩承载力是否达到要求。

对管桩质量进行的检测：预应力混凝土管桩沉桩前破坏性检测、预应力混凝土管桩沉桩过程中桩头、桩尖检测。

对施工质量的检测：桩位偏差测量、低应变检测、单桩竖向抗压（抗拔）静载试验、垂直度检测检测。

钻孔灌注桩

施工过程中通过测绳判断成孔深度，通过挖出的岩样和钻进情况判断是否进入持力层，从而保障进入持力层深度。

对材料进行的检测：混凝土抗压强度检测、钢筋原材检测。

对施工质量的检测：钢筋焊接件检测、桩位水平偏差测量、低应变法试验检测、声波透射法检测、单桩竖向抗压（抗拔）静载试验检测，钻芯法检测。

（5）工期对比：

由于钻孔灌注桩机械较多，工序较复杂，不但需要管理人员协调好各班组的施工速度，还受混凝土单位的供应速度影响，而且浇筑的混凝土还需较长的养护时间，所以预应力管桩在工期方面更加可控，施工更迅速。

（6）经济对比：

预应力管桩符合现代工业流水作业特点，集中生产，施工可控，机械作业较多，人工参与较少，施工完毕现场也较好处理。总体更经济，签证也较少。经济计划更有保障。但在土质更复杂，持力层要求更高的地区，预应力管桩无法施工，或许先引孔再施工，钻孔灌注桩才是最为经济的选择。

4.案例

由于预应力管桩和钻孔灌注桩各自的特点，有些项目会同时采用两种桩型，武汉山水雅苑项目工程位于湖北省武汉市青山区工业路与黄州街交叉口的东南侧，此项目工程桩采用预应力管桩PHC-500A（125），而支护工程采用的则是钻孔灌注桩作为支护桩。土层构成及特征如下：

从土层考虑，此项目最主要的特点是粉细砂，细砂层特别厚，而（5-1）中风化破碎泥质粉砂岩层深度达到43.5～46米，过厚的砂层其实对预应力管桩施工和钻孔灌注桩施工都有较大影响，对预应力管桩施工来说过厚的砂层会使沉桩速度难度变大，而对于钻孔灌注桩施工来说则十分考验孔壁的保护。综合考虑后，设计人员还是采用了预应力管桩的方案，其中工程桩桩端持力层为3-3细砂层，进入持力层深度≧3m，单桩竖向抗压均为承载力特征值2000kN。而由于钻孔灌注桩桩径更大，抗水平荷载的能力更强，支护桩则选用的钻孔灌注桩，由于地处闹市，周边紧邻学校和居民区，静压沉桩无疑是最佳选择。

武汉五环体育中心地质主要为粘土，持力层为泥岩或灰岩，常伴有孤石和溶洞，不便使用预应力管桩，最终设计采用钻孔灌注桩，施工期间泥岩区域土质良好也无渗水旋挖机械可采用干孔作业，一台机械一天可以完成12根，然而遇到灰岩区域，持力层过硬一天1根桩都无法完成。最后只能采用冲击钻施工。由于土层为黏土，采用冲击钻施工产生了相当体量的泥浆，产生了极大的施工压力和经济压力。所以说很多时候不是我们选择施工方案，而是地质情况限定了施工方案。作为一个现场工程管理人员，需要充分的理解地质情况和设计要求，才能更好的组织施工。

总结

综上所述预应力管桩具有造价经济，工期短，质量有保证等优点，但对土质、场地条件有一定要求。钻孔灌注桩环境适应了较强，能够应用在各种复杂的地质条件及施工环境中，并且能通过挖或冲洗上来的岩土直观的观察土层情况，施工及设计人员可以依据实际情况对其中存在的问题及时处理，保证施工质量。

参考文献：

[1]王文亮.探索钻孔灌注桩技术在建筑工程施工中的应用.中国建筑装饰装修 2022.2.25

[2]邓孟炘.建筑工程钻孔灌注桩施工质量管控探究.中国住宅设施.2021-09-30

[3]牛洁.建筑施工中的钻孔灌注桩技术.中国建筑装饰装修.2021-05-15

[4]郑跃辉建筑工程预应力管桩地基施工技术四川水泥2021-11-10

[5]陈育民 静压预应力管桩的特点与施工技术探讨砖瓦2021-09-10