摘 要：PHC管桩即高强度预应力混凝土管桩，在水运、公路、建筑工程方面应用广泛，具有制作方便、质量可靠、材料强度高、耐腐蚀性强、承载力高、造价成本相对较低等优点。由于管桩在软基处理中应用范围广，且属隐蔽工程，施工质量容易被忽视。其中管桩垂直度就是其中较为突出的质量指标，因为垂直度的指标会影响到最终软基处理的效果。本文通过查阅相关资料，并结合我现场施工实践，分别讨论影响管桩垂直度的相关因素对垂直度偏差造成的影响，并给出相应的施工措施。
关键词：软基;PHC管桩;垂直度;控制;
1 工程概况S319军二路(泉水至黄姑段)改建工程二标项目位于安徽省合肥市庐江县，穿越大面积水塘，稻田等，软土地基分部较广，主要为膨胀土、软土，需采用PHC预应力管桩进行软基处理，以满足地基承载力要求。
本项目主线构造物影响范围内采用PHC A400(95)预应力管桩，总长54.48万米。
根据设计单位野外钻探取芯观测、静力触探试验并结合室内试验成果，场地岩土层自上而下划分如下:
耕土(Q4ml):全场分布。层厚0.50～3.20m，顶层出露高程6.10～28.09m。深灰色，过湿，松散，主要由黏性土和极少量碎石等组成，含植物根茎。该层系近期人工整理场地堆填而成，尚未完成自重固结，属高压缩性土。
粉质粘土(Q4al pl):局部分布，冲洪积成因。层厚0.10～5.70m，顶层埋深0.70～3.20m，层顶高程3.50～18.79m，黄褐色，过湿，可塑。主要由黏粒组成，含铁锰结核。该层切面稍光滑，摇震无反应，干强度和韧性中等。
黏土(Q4al pl):全场分布，冲洪积成因。未揭穿，局部夹层层厚0.40～3.20m，顶层埋深0.50～21.30m，顶层高程-14.10～27.19m，褐黄色，潮湿，硬塑。主要由黏粒组成，含铁锰结核。该层切面光滑，摇震无反应，干强度和韧性中等。
淤泥质粉质粘土(Q4l):局部分布，湖积成因。层厚0.50～19.60m，顶层埋深多为0.50～2m，灰黑、黑色，流塑，过湿，干强度中等，高压缩性，中等韧性，摇震反应慢，稍有光泽。有臭味，含腐烂植物根茎。
1层全风化泥岩(K):层厚2.80～3.30m，顶层埋深2.40～7.60m。灰白色，稍湿，低压缩性。软质岩石，结构构造完全被破坏，原岩风化成土状，泥质胶结，浸水易软化，层状结构。钻进较快。
2层全风化泥岩(K):此层未揭穿，顶层埋深5.80～7.40m，灰白色，稍湿，低压缩性。软质岩石，结构构造基本被破坏，原岩风化成块状及土状，泥质胶结，浸水易软化，层状结构。钻进较快。取出岩心较碎散，向下强度渐高。
施工环境上讲，本项目气候属北亚热带湿润季风气候区，雨水充沛，区域内软土分布较广、厚度均匀，路堤填高变幅较小，软土性质稳定，整体沉降差别不大;施工进度上讲，本项目计划工期较短，工程量较大，施工原材除工程用水外，其他筑路材料都需要远运及购买。
2 管桩垂直度质量要求根据《GBT 50783-2012复合地基技术规范》规定，施工桩体垂直度允许偏差为1%，即管桩顶端中心点与底部中心点的水平偏移量不大于桩长的1/100。
3 管桩施工方法分析3.1 静压法沉桩静压法沉桩是通过液压静压桩机，利用其本身的重量(包括配重)作为反作用力，克服压桩过程中桩周土侧壁摩阻力和桩端土的阻力，将桩徐徐压入土中。该工法具有沉桩速度均匀、无噪音、能自动显示桩压力、昼夜施工等优点。但压装机自重很大，对地面承载力要求较高，故在地面松软处施工时要及时采取加固措施，以确保压桩机的平衡;在硬层特别是中砂以上的土层压入桩很困难，运用此方法需结合地质条件，以保证施工质量。
此外液压静压桩属于挤土桩。桩在压入过程中对周围土进行排挤，使地基的侧向应力增加，从而导致土的密度增加。对于同样截面的桩截面来说，静压法的挤土效应小于锤击法。
3.2 锤击法沉桩锤击法沉桩是利用各种桩锤(包括落锤、蒸汽锤、柴油锤、液压锤和振动锤等)反复跳动产生的冲击力和桩体的自重，克服桩身的侧壁摩阻力和桩端土层的阻力，将桩体沉到设计标高的一种施工方法。该工法具有施工简单，施工质量易控制、工期短、效率高、在相同地质条件下单桩承载力高、施工成本低等优点。但在施工过程中振动大、噪音高、扰民严重，在中粗砂以上的土层沉桩困难等缺点。要特别注意桩锤启动前，注意使桩锤、桩帽在同一轴线上，防止偏心打桩。
3.3 植入法该方法在国外应用较成熟，施工流程上先用钻机钻孔，在孔内灌注泥浆，再将预制桩植入孔内。该工法优点是非挤土且环保。缺点是施工效率较低，且在寒冷天气由于冻浆无法施工。
3.4 中掘法中掘法是针对大直径管桩中空特点、结合振动桩锤和钻机施工方法，充分发挥各自优点。既利用钻机在管桩内取土、减少桩端阻力，又利用振动减小侧阻力以达到沉桩目的。该工法可应用于任何土层，即可在流沙、淤泥、砂卵石及易坍孔和地下承压水地质下施工。而且无“共振”危害，护壁、取土同时进行，成桩效率高。钻机取土仅取管桩内孔里的土，属部分取土。既能保证足够的侧摩阻力，又减小全挤土带来的不利影响。此外作业不需要泥浆，施工既文明环保又不受天气影响。但是也有设备系统庞大、设备和施工成本高、效率低，成桩降低了桩端承载力等缺点。故该方法特别适用于大直径的预制桩施工。
3.5 振动沉管法振动沉桩是利用固定在桩顶部的振动器所产生的激振力，通过桩身使土颗粒受迫振动，使其改变排列组织，产生收缩和位移以减小桩表面和土层间的摩擦力，在自重和振动力的共同作用下来实现沉桩作业。该工法具有设备简单，施工效率高，复合地基变形小，但施工振动影响环保，且一般不能沉入强风化以上的土层，大直径桩振动沉入也有很大的困难，挤土效应明显。
4 垂直度控制测量方法分析4.1 垂球法垂球法具有仪器设备简单，施工方法简便，成本投入低的优点，但受外界风力以及场地条件影响很大，具体操作起来比较困难，而且精度较低。
4.2 激光垂准仪法激光垂准仪具有方便、快捷、直观、施工场地适应性强的优点，但多次架设仪器容易形成偏差，此外仪器架设在软土上，沉桩过程中受土体影响较大。
4.3 经纬仪外控法经纬仪外控法具有技术成熟，成本较低的优点，但测量精度一般，对场地需求较大，此外在监控垂直度过程中要严格控制两台经纬仪呈90°布置，否则会产生较大误差。
5 其他施工原因分析5.1 挤土效应挤土效应指沉桩过程中，管桩四周的土体结构收到扰动，土体应力改变，表现为浅层土体隆起和深层土体横向挤出。如果压桩施工方法和施工顺序不当，每天成桩数量太多、压桩速率太快就会加剧挤土效应。
5.2 挤压作用施工便道多设置于管桩施工区域内，在地基浅表层缺少硬土层的情况下，管桩施工后，大量超重型运输车辆反复在其上行走，管桩极易受挤发生倾斜。
5.3 岩层影响在一些基岩以花岗岩为主的软土地区和山前软土地区，基岩面多为倾斜状，桩端因受力不均容易出现管桩倾斜的情况。
5.4 施工材料不规范的起吊、搬运与堆放会致使管桩产生质量问题，如管桩弯曲，断裂等。
6 施工控制措施6.1 运输运输过程中叠层堆放时，外径500mm以上的管桩不宜超过5层，直径为400mm以下的管桩不宜超过8层。管桩运输车宜采采用平板车，装卸及运输时应采取防滑移措施。
6.2 管桩现场堆放管桩堆放应按照不同的规格、长度及施工流水顺序分类堆放，堆放场地应平整、坚实，排水条件良好。
堆放时采取支垫措施，支垫材料宜选用长方木垂直于桩身长度方向布置，枕木支点宜分别位于距桩端0.21倍桩长处，底层最外缘桩的枕木处应用木楔塞紧。
管桩叠层堆放，要满足地基承载力要求;管桩宜单层或双层分类堆放;若存在场地限制因素，则应满足:管桩外径500mm以上的管桩不宜超过5层，直径为400mm以下的管桩不宜超过8层。
6.3 沉桩操作过程垂直度控制管桩施打前先对其垂直度进行观测调整，满足要求后进行慢速施打，当最下节的管桩在进入图中50～80cm时要停止施打，对其垂直度进行二次校正后再继续打桩，严禁“一次到位”的施工。下节桩的桩头处宜设置导向箍或其他导向措施，接桩上下节桩应保持顺直，错位不超过2mm;逐节接桩时，节点弯曲矢高不得大于1/1000桩长，且不得大于20mm。手工焊接时宜先在坡口圆周上对称电焊4点～6点，待上、下节桩固定后拆除导向箍再分层焊接、焊接宜对称进行。
管桩截桩应采用锯桩器，严禁采用大锤横向敲击截桩或强行扳拉截桩。
6.4 沉桩后重型机械行走挤压控制为降低重型机械行走时产生的水平挤压力和加强管桩桩顶的倾斜约束，可先分层填筑1～2m的施工垫层后再进行管桩施工。
制定施工组织方案时，尽量避免施工便道设置于管桩施工作业区域内。此外，可参照“青砂、毛渣、泥结碎石”的施工便道设计，满足雨季便道使用要求，减少不均匀沉降对管桩的影响。
6.5 沉桩过程的挤土效应控制对于桩间距较小的管桩，可采取隔排跳孔的施工顺序减少因挤土效应引起的管桩倾斜问题。
6.6 倾斜岩层中管桩施工控制为避免倾斜岩层的影响，可采取桩端设置桩尖的措施加以解决，相应的桩尖类型可选择锯齿十字形或尖底十字形钢桩尖。
6.7 技术质量措施参考各施工工法特点，结合我项目施工特点，决定采用振动沉管法施工，轻量化施工机械，减小施工机械施工过程中自身的沉降对管桩施工质量的影响;机动性强，满足施工进度需求;操作简单，施工质量易控制。
测量方法采取经纬仪外控法，为避免误差的产生，应首先保证观测地点的平稳，其次观测距离不宜小于50m且两台经纬仪呈90°布置。
根据设计图纸要求，管桩间距为2.4～3.0m。查阅相关资料可知，软土中直径300～400mm的管桩在沉桩过程的挤土效应影响范围主要在2.5～3.0m，因此在施工过程中采取隔排跳孔的施工顺序来减少挤土效应对管桩施工质量的影响。
制定标准化沉桩作业施工流程，设定质量关键控制节点。在技术交底中明确每个作业流程中每位参与人员的作业内容、作业范围与作业顺序。避免某一施工流程质量的松懈对后续作业产生恶性影响，进而影响PHC管桩整体的施工质量。
应用BIM技术统筹规划场地布置。整体上，提前规划全线管桩流水施工，整体把握施工进度，减少施工机械进行不必要的机动，避免土体对施工后管桩的挤压;局部上，对某一施工区域进行合理划分(管桩叠放区、施工作业区、临时用电区、便道运输区等)，以保证安全施工及高效施工，进一步保证施工质量。
吊装前根据桩长在管桩桩身上用红漆标注50mm宽的“终压控制红线”，沉桩后可根据质量线判断桩长以是否满足要求以及粗略判断垂直度能够满足规范;长时间可观察沉降以及挤土效应的影响，作为质量验收的可视化依据。
7 结语PHC管桩垂直度是否符合要求会直接影响到地基的竖向承载力，结合我项目实例与现场施工采取控制措施，完工后对桩位逐一进行量测，最大桩偏位90mm，管桩垂直度验收100%合格，很好的保证了软基处理的效果。经总结PHC管桩垂直度控制验收主要分为3个阶段:
施工准备阶段:即施工组织设计阶段，在该阶段应充分结合施工特点，考虑环境因素、工期因素、安全因素、交通因素等。合理选用施工机械，配置相关作业人员，应用BIM统筹规划场地布置。
施工实施阶段:严格按照交底内容进行标准化、精细化施工作业，施工过程化整为零，细化工作内容，做好相互衔接。此外，质量关键控制节点重点把握，有的放矢。
施工验收阶段:施工结束后，尽快组织施工验收以便进行下一道工序的进行，桩帽施工及铺筑施工可加强管桩顶部约束，降低挤土效应产生的影响。
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