本期
PC工法组合桩特点分析及应用（一）
PC工法组合桩适用于基坑工程的支护结构，凭借其绿色环保、经济性好等诸多优点，在施工中得到广泛应用。
本期，将分享PC工法组合桩的结构特点、施工方法及施工中常见问题解析。
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PC工法组合桩的特点
01丨PC工法组合桩的由来
PC工法组合桩的前身
PC工法组合桩是一种新型围护桩工艺，其前身为传统拉森钢板桩。
单纯的钢板桩不论是U型、Z型还是直腹型，因其截面刚度小，在深基坑应用时需要多层支撑和锚固结构，从而加大了施工难度，导致其快速高效的优势难以发挥。
PC工法组合桩的应用
PC工法组合桩是将拉森桩与钢管、型钢等材料结合使用，形成各种截面的组合桩用于挡土和止水。
房屋建筑工程、市政工程、港口工程、水利工程的陆上部分均可使用，邻水基坑工程可参考使用。
在施工过程中，可根据基坑工程实际情况选择适合的工法桩组合形式。
PC工法组合桩（钢管与拉森桩组合），以其高强、轻型、材质稳定、质量可靠、耐久性耐候性好、止水及绿色环保、施工便利、重复使用、经济性好等诸多优点，受到工程行业的重视和青睐。
▲ 水上PC工法组合桩
▲ 陆上PC工法组合桩
▲ PC工法组合桩企口
▲ PC工法组合桩样图
02丨PC工法组合桩的结构特点
PC工法组合桩的构成
PC工法组合桩一般由主桩、辅桩和锁扣3部分组成。
根据主桩结构形式的不同，常用的有HZ/AZ组合钢板桩、钢管桩及箱型组合桩等形式。
▲ HZ/AZ组合钢板桩、钢管桩、箱型组合桩示意图
PC工法组合桩的受力特点
PC工法组合桩的主桩抗弯能力强，是主要受力构件，承受墙后的水土压力等水平荷载，主桩也可作为基础桩，承受竖向荷载。
辅桩通过锁口与主桩相连，并通过锁口将荷载传递给主桩。
辅桩长度较短，一般设置在零压力点附近，并需满足渗透及抗管涌稳定的要求。
辅桩的刚度比主桩较小，两者通过锁口连接协调变形，辅桩分担的弯矩一般较小，对抗弯性能要求相对较低。
PC工法组合桩选型
PC工法组合桩选型主要应考虑结构受力性能、钢材用量、锁口数量、地质的适应性及施工等因素。
HZ/AZ组合钢板桩抗弯性能最佳，钢材用量最省，但其竖向承载力相对偏小，适用于竖向承载力要求不高的情况。
钢管板桩抗弯性能较好，竖向承载力较高，可以承受竖向和水平向荷载，延米墙范围的锁口数量最少，但需要专业的钢管桩打桩设备，一般需要水上施工。
箱型组合桩可以承受竖向和水平向荷载，其回转半径较大，特别适用于长度较长、横向支撑较少或没有的情况，但其锁口数量较多，且在同等抗弯强度下，钢材用量偏多。
03丨PC工法组合桩的施工方法
确定位置
沿基坑一定距离设置控制测量点，用全站仪（或GPS）测放出支护结构的内轮廓线，根据设计的组合方式将管桩和板桩的位置确定。
试桩施工
在正式施工前，需进行试打。
一般情况下，钢管桩因其刚度大单独入土时采用大功率锤可将其勉强挤入，而拉森钢板易产生扭曲。
因土层硬度不均，该扭曲现象在水平与垂直方向同时存在，造成钢管桩沿拉森钢板桩锁扣入土时，由于锁口的扭曲产生锁死现象，从而导致钢管桩极难下沉，甚至锁口间因为摩擦产生热量过大而出现溶解现象，最后钢管桩与拉森钢板桩间锁口撕裂，钢管桩才继续入土。
为避免此现象出现，应采取合适刚度的钢管桩。
首节施打
首节钢管桩和拉森钢板桩沉桩设备可采用液压长臂振锤进行施打。
该设备作业半径大、装载灵活，可以自由调整钢管桩的方向和垂直度，施工效率高。
插打
使用液压振动打桩锤时，先利用液压振动打桩锤钳住钢管桩（或钢板桩），同时提升使桩悬空，再继续提升至桩体垂直。
随后将钢管桩（或钢板桩）运至沉桩位置，使其锁口与已沉入钢板桩（或钢管桩）的锁口阴阳咬合，并缓慢下放，直至进入土层不沉、自稳为止。
控制下沉速度
插打过程，用锤夹夹紧桩壁，必须控制好下沉速度，直至设计深度停止。
同时，应控制锤身与桩身保持垂直状态。
辅助下沉
钢管桩无法打入至设计深度时，可采用桩内射水方法辅助下沉。
垂直度纠偏
出现偏位情况应及时进行纠偏，第一根钢管桩沉入后的垂直度影响整个围护结构其他桩的垂直度。
因此需缓慢打入，打入至设计深度一半时暂停沉桩，检查桩身的垂直度是否在0.5%L以内，如满足要求则继续开启振动锤沉桩，否则拔出重打。
垂直度检查
其他桩在锁扣的共同作用下，一般不会产生较大偏差，只需每插打5-10根做一次检查，保证桩身的垂直度在0.5%L以内即可。
▲ 有锁扣PC工法组合桩
▲ 无锁扣PC工法组合桩
PC工法组合桩钢管桩施工工艺流程
04丨PC工法组合桩引孔施工技术
施工方法
当地质为粘土层和细砂层等土层时，若进行常规机械引孔工法桩插打，常出现工法桩进尺困难的情况。
采用高压水刀引孔打工法桩技术，利用高压水流冲击地层，将粘性土和砂性土软化，可达到引孔插打目的：
高压水刀需利用一根工法桩作为“引孔桩”，桩身上焊接固定2根直径为25MM的无缝钢管。
插打端在无缝钢管头上连接2个水刀喷嘴，无缝钢管上部采用高压软管与高压泵连接。
施工时，将高压水刀固定在一根“引孔桩”上，并与工法桩一起插打。
插打时打开高压水泵，采用高压水流冲击地层，将粘性土和砂性土软化，打至设计位置后拔出，换夹一根普通工法桩重新插打，如此重复循环即可。
▲ 水刀
▲ 动力泵与输压管接头
▲ 输压管与水刀接头
▲ 压力管固定
工艺流程
安装水刀装置→连接高压装置→机器试运转→引孔桩引孔插打、拔出→插打钢板桩（或钢管桩）→循环引孔、插打钢板桩（钢管桩）。
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PC工法组合桩施工常见问题
01丨打桩受阻
受阻原因
在砂层或砂砾层中停桩。
PC工法组合桩连接锁口锈蚀、变形。
遇较大障碍物。
预防措施
对地质情况作详细分析，确定PC工法组合桩贯入深度范围内的地质情况。
打桩前对PC工法组合桩逐根检查，剔除连接锁口锈蚀和严重变形的PC工法组合桩，并在锁口内涂抹油脂。
若遇混凝土块等较大障碍物导致PC工法组合桩不能施工的，则用长臂挖机掏挖，PC工法组合桩边打边挖，直至打入至指定深度。
02丨桩身倾斜
倾斜原因
PC工法组合桩施打时，因连接锁口处的阻力大于PC工法组合桩周围的阻力，板桩行进方向对PC工法组合桩的贯入阻力小，PC工法组合桩头部便向阻力小的方向位移。
预防措施
施工过程中用仪器随时检查、控制、纠正PC工法组合桩的垂直度。
发生倾斜逐步纠正用钢丝绳拉住桩身，边打边拉，或使用异形桩调整。
▲ 桩身倾斜纠正图
03丨桩身扭转问题
扭转原因
PC工法组合桩锁口是铰接的，在下插和锤击作用下会产生位移和扭转，并牵动相邻已打入PC工法组合桩，使中心轴线成为折线形。
预防措施
在打桩行进方向用卡板锁住PC工法组合桩的前锁口。
利用好导架，保证垂直度。
桩身扭转严重时，可将扭转部分的PC工法组合桩拔出，采用上述处理措施后，重新打桩。
04丨带桩下沉
带桩下沉原因
因PC工法组合桩倾斜弯曲，连接锁口的阻力增加，致使相邻桩被连带下沉。
预防措施
PC工法组合桩发生倾斜时及时纠正。
将连带下沉的PC工法组合桩和其他一块或几块PC工法组合桩用型钢焊接在一起。
在连接锁口处涂抹油脂，减少阻力。
05丨拔桩困难
拔桩困难原因
连接锁口锈蚀、变形严重。
PC工法组合桩打入密实砂土层。
挖土时支撑不及时，桩变形大。
预防措施
振动锤再复打一次，以克服与土的粘着力及咬口间的铁锈等产生的阻力。
与桩打设顺序相反的次序拔桩。
承受土压一侧的土较密实，在其附近并列打入另一根桩，可使原来的桩顺利拔出。
侧开槽，放入膨润土浆液，拔桩时可减少阻力。
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水上项目PC工法组合桩应用
01丨水上项目围堰工程简介
围堰工程简介
某水上项目围堰工程，围堰结构形式有两种，分别为钢板桩围堰和钢管桩围堰。
钢管桩围堰接头包括PC组合钢管桩与CO钢管桩围堰连接两种形式。
▲ 为适应钢管桩之间不同距离而采用的异性钢板桩
▲ CO钢管桩围堰
钢管桩围堰工程施工方法
钢管桩围堰由钢管桩、钢围檩、拉杆、桩间填土、围堰顶袋装土组成。
钢管桩插打前，搭设施工导向架，打桩设备采用一艘1000T平板船+80T履带吊+APE200高频免震锤+850机械手组成。
钢管桩插打完成后，在钢管桩内侧铺设复合土工布及防渗土工膜，接着安装中间拉杆及两侧横向钢围檩，再填土至拉杆标高。
待前期填土自然沉淀15天左右后继续围堰内填土、压实至围堰顶标高。
随后在围堰顶铺设袋装土，同时进行围堰内侧反压土施工。
待加固强度满足要求后进行边坡修整，并抽排围堰内湖水，完成围堰施工。
02丨围堰施工前期准备
考察施工条件
围堰施工前，组织承包单位对周边交通环境、建构筑物进行实地考察。
对于施工红线范围内需要迁改或保护的构筑物或障碍物，需在正式施工前，与建设单位、产权单位及市政有关部门积极协调确定迁移位置和迁改、保护方案，积极完成迁改工作，创造施工工作面。
地下障碍物排查与处理
地下障碍物排查一般采用查阅相关资料、实地勘察和采用仪器调查三种方式进行排查。
▲ 挖泥船探障作业
围堰施工专项方案审查与论证
本工程围堰施工属于超过一定规模的危大工程范围。
承包单位应当在危大工程施工前组织工程技术人员编制专项施工方案，并经施工单位审核和总监理工程师审查后，由施工单位组织召开专家论证会对专项施工方案进行论证。
开工条件审查
承包单位应根据合同要求及施工进度计划做好围堰工程开工的各项准备工作，包括办妥开工前的各种手续，以及开工前现场的准备情况。
具体包括：① 围堰专项施工方案审查，承包单位资质、组织机构审查；② 特种作业人员资格审查；③ 施工机械设备、检测仪器审查；④ 原材料进场审查；⑤ 测量放样复核审查；⑥ 交底及安全教育；⑦ 施工现场防护设施及作业环境检查。
03丨围堰施工过程监理控制
钢管桩施工监理控制-材料进场
进场的钢管桩、圆钢验收时，应备有出厂合格证，机械性能和尺寸应符合要求。
对所有同类型的钢管桩做锁口通过检查，从桩头至桩尾进行。若发现钢管桩有弯曲、破损、锁口不合的均需要修整。
钢管桩施工监理控制-试桩
钢管桩大面积施工前，应先进行试桩施工，试桩施工位置应由业主、设计、监理共同协定，根据试桩确定施工相关参数。
▲ 现场试桩示意图
钢管桩施工监理控制-测量放样
桩施打前，先在钢管桩轴线上每50米间距定出测量标志杆起到定向作用。
▲ 纵向围堰桩测量控制示意图
▲ 现场放样
钢管桩施工监理控制-安装导向架
导向架的高度要适宜，要有利于控制钢管桩的施工高度和提高施工工效。
导向架不能随着钢管桩的打设而产生下沉和变形。
导向架的位置应尽量垂直，并不能与钢管桩碰撞。
▲ 焊接限位卡板
▲ 安装导向架
钢管桩施工监理控制-钢管桩插打
钢管桩的搬运、运输应注意采取保护措施，保证运输安全及钢管桩防腐层不被破坏。
钢管桩起吊采用双点起吊喂桩。
本工程采用履带吊装配振动锤进行钢管桩的插设，边插边打，将吊钩缓慢下放。
测量定位准确，确保第一根桩满足要求，然后以第一根桩为基准，逐根插打并保证垂直度。
施打中应随时检查其垂直度是否准确，不符合要求的应立即纠正或拔起重新施打。
锤击停打应以设计标高控制为主，贯入度做参考。
▲ 钢管桩打设
▲垂直度控制
铺设土工材料及钢围檩、拉杆安装
当PC工法组合桩用于围堰时，还需进行铺设土工材料、钢围檩安装、拉杆安装、粗砂填芯等作业。
▲ 铺设土工布
▲ 铺设土工格栅
▲ 钢围檩大样图
▲ 加固围檩焊接钢板
▲ 拉杆安装示意图
▲ 拉杆安装
PC工法组合钢管桩围堰合龙控制
合龙前调整垂直度，当钢管桩两端间距 20～30 根桩时，测量合龙的宽度，以及两侧桩的倾斜度，加工合适调节钢板桩再次进行纠偏，之后每打入一根桩，均需用全站仪控制其垂直度，以保证围堰顺利合龙。
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陆上项目PC工法组合桩应用
01丨陆上项目简介
项目简介
某陆上项目，拟建建筑物由5栋塔楼及裙房组成，设有4层地下室。
该项目基坑北侧采用PC工法组合桩作为基坑支护。
02丨PC工法组合桩施工
PC工法组合桩施打遇阻
基坑北侧采用PC工法组合桩作为基坑支护，其中PC钢管桩长16M，拉森钢板桩长12M。
PC工法组合桩施打过程中因土质坚硬，采用高压水刀进行引孔。
高压水刀引孔法的作用
解决PC工法组合桩在施工过程中因阻力较大使得沉桩困难的关键，是减少PC工法组合桩与土层之间的摩阻力，高压水刀引孔法能实现此要求。
水刀，即以水为刀，由电机为动力源与煤层注水机组合而成的辅助PC工法组合桩下沉的一种产品，其在硬塑黏土、中密实砂土及风化岩层等土质应用效果良好。
水刀相对于其它引孔设备操作简单，实用性强，实用地广，性价比高。
▲ 水刀引孔作业
▲ PC工法组合桩插打
高压水刀引孔法施工控制要点
场地整平，根据标注的施工线利用挖机清理地表回填的建筑垃圾石块等。
水刀就位开机测试，发动机逐步加大观察进水出水是否正常，接头是否漏水，刀头喷射情况。
按设计点位引入第一根钢管桩，逐步开引，注意钢管桩的垂直度，缓慢打入，一直打到设计标高处。
按上述依次打入PC工法组合桩。
根据土质情况，水刀可以改装成单刀头或者多刀头或者大输出动力。
▲ PC工法组合桩现场图
来源：浙江天成项目管理有限公司