一種新的PHC管樁沉樁垂直度監控設備的探究

楊光培，劉廣忠

(廣州南洋理工職業學院，廣東 廣州 510900)

1 PHC管樁錘擊施工工藝及垂直度概述

PHC是英文pre-stressed high-strength concrete的縮寫，簡稱預應力高強度混凝土管樁。預應力混凝土管樁是一種打入土中，橫截面尺寸比其長度小得多的管狀細長構件，管樁的上部與承臺(梁)連接組成樁基礎。錘擊法是利用樁錘的沖擊克服土對樁的阻力，使樁沉到預定深度或達到持力層，這是最常用的一種沉樁方法。樁錘是對樁施加沖擊，將樁打入土中的主要機具。樁錘主要有落錘、蒸汽錘、柴油錘和液壓錘。打樁機就位后，將樁錘和樁帽吊起，然后吊樁并送至導桿內，垂直對準樁位緩緩送下插入土中，垂直度偏差不得超過0.5%，然后固定樁帽和樁錘，使樁、樁帽、樁錘在同一鉛垂線上，確保樁能垂直下沉。

2 常見垂直度不足的原因

在工程實施過程中，PHC管樁經常發生垂直度不滿足設計規范要求的現象，嚴重影響工程質量。從沉樁的工藝來分析，出現垂直度不滿足設計規范要求的原因主要出現在以下環節：①沉樁前沒有嚴格控制：樁機就為后，樁身沒有垂直就開始打樁，這是因為管理不到位，沒有安排專人監控，施工人員沒有按施工規范實施；②沉樁過程，場地發生不均勻沉降：場地不平整，施打機械在沉樁過程中發生不均勻沉降，牽引樁身傾斜；③由于地質不均勻或地下有孤石，樁頭兩側受到的力不一致時，樁身發生傾斜。

從以上現象來看，歸根結底就是過程控制不嚴格，監控手續不齊全，質量報警措施不健全。所以除了完善監管制度、嚴格質量控制措施外，探究直觀可控的垂直度監控設備是非常有必要的。

3 傳統垂直度控制的方法

傳統的垂直度監控的措施是利用兩臺經緯儀交叉90°實施監測，在整個沉樁過程中實時觀測、實時糾偏。整個過程需要兩個觀測人員與打樁機械控制人員之間相互協調共同作業，整個過程是動態管理的，缺一不可。這種監控方法存在一定的缺陷。

2)實施難度大：兩臺經緯儀觀測樁身的傾斜度，還需要測量觀測點到樁的距離和樁身的長度來計算垂直度，也就是經緯儀觀測到的是樁身上、下兩點是否在一條垂直線上并分別測量其角度讀數，得到角度差后經過水平距離來計算傾斜的距離，然后用偏斜距離除以樁長(兩個觀測點的垂直距離)才能得到垂直度，這個計算過程需要一定的時間，會影響樁施工的進度，而且對觀測人員的專業計算水平要求比較高，實施較為困難。

3)勞動力投入大：在整個打樁過程中，除了打樁隊伍的投入外，還需要兩個技術人員全過程檢測，無形中增加了勞動力，提高了施工成本。

為了避免以上缺陷的發生，減少工程費用的投入，有效控制工程質量、進度和成本，對新的垂直度監控設備的研發是非常有必要的。

4 垂直度自動監控報警設備的工作原理

垂直度自動監控報警器見圖1，分三個部分組成：限位卡、水平感應器、報警器。限位卡高2 000 mm，直接卡在PHC管樁上下，用兩個固定桿連接固定；下限位卡設兩個水準氣泡，用于粗平觀測；上下限位卡之間設三個垂直度感應器，三個感應器與報警器串聯，當三個感應器的垂直度都超過要求時，報警器發出報警聲音和燈光。

圖1 垂直度自動監控報警器構造圖

垂直度自動監控報警器工作原理見圖2，垂直度自動監控報警器的關鍵環節在于感應器的速度和精度，感應器由外管和鉛錘組成，外觀內直徑為60 mm，鉛錘外徑為50 mm，感應器垂直于上下限位卡箍，兩限位卡箍之間的距離(鉛垂線長度)為2 000 mm，外管與鉛錘之間的距離為60-50=10 mm，垂直度要求的極限為0.5%，2 000×0.5%=10 mm。當垂直度為0時，鉛錘沒有碰到外管，報警器沒有通電；當垂直度大于或等于0.5%時，鉛錘碰到外管，線路連通，報警器報警。

圖2 垂直度感應器大樣圖

鉛錘下方留一根活動線繩連接在下卡箍鉛錘的正下方，避免平時鉛錘活動破壞垂直感應器的外管；為了加速鉛錘固定，在下卡箍下方設置一個鉛錘吸盤，監測前通電可以固定鉛錘，避免鉛錘搖擺影響精度和速度。

5 新垂直度自動控制報警器的使用

5.1 工程項目概況

廣州南洋理工職業學院教師公寓A棟位于廣東省廣州市從化區，本建筑場地類別Ⅱ類，建筑物樁基設計等級為乙級，地基處理采用預應力管樁，共92根樁。本工程基礎采用靜壓式高強預應力管樁500 mm,以全風化巖為樁端持力層，單樁承載力特征值為1 800 kN，預應力管樁施工采用靜壓法。本垂直度控制技術第一次使用于工程，施工技術和施工工藝按傳統施工方法不變，在施工過程中增加了垂直度控制的設備。

5.2 施工過程控制

靜壓法施工工藝流程見圖3。

圖3 預應力管樁施工工藝流程

5.3 施工效果

本工程先由監理隨機選4根樁試打，通過試打得到相關技術參數后全面施工。施工本垂直度后，在沉樁過程中及時糾偏樁身偏斜，項目92根樁施工全部合格，沒有出現偏斜過大等不良現象；另外施工過程中減少了一個垂直度觀測人員，減少了施工成本。

6 結 論

預應力管樁施工的垂直度控制是質量控制的重要指標，通過工程案例試驗證明，本PHC管樁沉樁垂直度監控設備可行，施工效果良好。

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