杨光培，刘广忠
(广州南洋理工职业学院，广东 广州 510900)
PHC是英文pre-stressed high-strength concrete的缩写，简称预应力高强度混凝土管桩。预应力混凝土管桩是一种打入土中，横截面尺寸比其长度小得多的管状细长构件，管桩的上部与承台(梁)连接组成桩基础。锤击法是利用桩锤的冲击克服土对桩的阻力，使桩沉到预定深度或达到持力层，这是最常用的一种沉桩方法。桩锤是对桩施加冲击，将桩打入土中的主要机具。桩锤主要有落锤、蒸汽锤、柴油锤和液压锤。打桩机就位后，将桩锤和桩帽吊起，然后吊桩并送至导杆内，垂直对准桩位缓缓送下插入土中，垂直度偏差不得超过0.5%，然后固定桩帽和桩锤，使桩、桩帽、桩锤在同一铅垂线上，确保桩能垂直下沉。
在工程实施过程中，PHC管桩经常发生垂直度不满足设计规范要求的现象，严重影响工程质量。从沉桩的工艺来分析，出现垂直度不满足设计规范要求的原因主要出现在以下环节：①沉桩前没有严格控制：桩机就为后，桩身没有垂直就开始打桩，这是因为管理不到位，没有安排专人监控，施工人员没有按施工规范实施；
②沉桩过程，场地发生不均匀沉降：场地不平整，施打机械在沉桩过程中发生不均匀沉降，牵引桩身倾斜；
③由于地质不均匀或地下有孤石，桩头两侧受到的力不一致时，桩身发生倾斜。
从以上现象来看，归根结底就是过程控制不严格，监控手续不齐全，质量报警措施不健全。所以除了完善监管制度、严格质量控制措施外，探究直观可控的垂直度监控设备是非常有必要的。
传统的垂直度监控的措施是利用两台经纬仪交叉90°实施监测，在整个沉桩过程中实时观测、实时纠偏。整个过程需要两个观测人员与打桩机械控制人员之间相互协调共同作业，整个过程是动态管理的，缺一不可。这种监控方法存在一定的缺陷。
2)实施难度大：两台经纬仪观测桩身的倾斜度，还需要测量观测点到桩的距离和桩身的长度来计算垂直度，也就是经纬仪观测到的是桩身上、下两点是否在一条垂直线上并分别测量其角度读数，得到角度差后经过水平距离来计算倾斜的距离，然后用偏斜距离除以桩长(两个观测点的垂直距离)才能得到垂直度，这个计算过程需要一定的时间，会影响桩施工的进度，而且对观测人员的专业计算水平要求比较高，实施较为困难。
3)劳动力投入大：在整个打桩过程中，除了打桩队伍的投入外，还需要两个技术人员全过程检测，无形中增加了劳动力，提高了施工成本。
为了避免以上缺陷的发生，减少工程费用的投入，有效控制工程质量、进度和成本，对新的垂直度监控设备的研发是非常有必要的。
垂直度自动监控报警器见图1，分三个部分组成：限位卡、水平感应器、报警器。限位卡高2 000 mm，直接卡在PHC管桩上下，用两个固定杆连接固定；
下限位卡设两个水准气泡，用于粗平观测；
上下限位卡之间设三个垂直度感应器，三个感应器与报警器串联，当三个感应器的垂直度都超过要求时，报警器发出报警声音和灯光。
图1 垂直度自动监控报警器构造图
垂直度自动监控报警器工作原理见图2，垂直度自动监控报警器的关键环节在于感应器的速度和精度，感应器由外管和铅锤组成，外观内直径为60 mm，铅锤外径为50 mm，感应器垂直于上下限位卡箍，两限位卡箍之间的距离(铅垂线长度)为2 000 mm，外管与铅锤之间的距离为60-50=10 mm，垂直度要求的极限为0.5%，2 000×0.5%=10 mm。当垂直度为0时，铅锤没有碰到外管，报警器没有通电；
当垂直度大于或等于0.5%时，铅锤碰到外管，线路连通，报警器报警。
图2 垂直度感应器大样图
铅锤下方留一根活动线绳连接在下卡箍铅锤的正下方，避免平时铅锤活动破坏垂直感应器的外管；
为了加速铅锤固定，在下卡箍下方设置一个铅锤吸盘，监测前通电可以固定铅锤，避免铅锤摇摆影响精度和速度。
5.1 工程项目概况
广州南洋理工职业学院教师公寓A栋位于广东省广州市从化区，本建筑场地类别Ⅱ类，建筑物桩基设计等级为乙级，地基处理采用预应力管桩，共92根桩。本工程基础采用静压式高强预应力管桩500 mm,以全风化岩为桩端持力层，单桩承载力特征值为1 800 kN，预应力管桩施工采用静压法。本垂直度控制技术第一次使用于工程，施工技术和施工工艺按传统施工方法不变，在施工过程中增加了垂直度控制的设备。
5.2 施工过程控制
静压法施工工艺流程见图3。
图3 预应力管桩施工工艺流程
5.3 施工效果
本工程先由监理随机选4根桩试打，通过试打得到相关技术参数后全面施工。施工本垂直度后，在沉桩过程中及时纠偏桩身偏斜，项目92根桩施工全部合格，没有出现偏斜过大等不良现象；
另外施工过程中减少了一个垂直度观测人员，减少了施工成本。
预应力管桩施工的垂直度控制是质量控制的重要指标，通过工程案例试验证明，本PHC管桩沉桩垂直度监控设备可行，施工效果良好。
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