预应力混凝土管桩在生物池软基处理中的应用

金志斌

(葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概述

中国水务江苏溧阳市第二污水处理厂(一期)工程厂区按地质条件划分为Ⅰ区和Ⅱ区。I区工程地面下7 m 以内的地基土主要为第四系全新统河漫滩相冲积沉积层和表土层;Ⅱ区工程地质条件相对较差，为第四系全新统古河道相淤积层和表土层，厚度达8余m。根据抗浮计算，粗格栅及进水泵房、生物池、细格栅及曝气沉砂池、沉淀池、沉淀池配水井及污泥泵房、污泥浓缩脱水机房等部位需要进行桩基处理。在此，重点介绍了预应力管桩在生物池基础处理中的应用。

2 预应力管桩的设计布置

生物池平面呈矩形，长107.35 m，宽78.6 m，高7 m，壁厚300 mm。生物池基底座落在Ⅰ区③层粉质粘土上，地基承载力特征值fak=150 kPa。生物池抗浮设计水位标高3.6 m，但生物池抗浮水位下埋深近5.45 m，其自重不能满足抗浮要求，因此，其基础采用PHC 摩擦桩进行处理，主要起抗浮作用。根据构筑物抗浮计算，生物池基础采用D=400 mm、长度9 m 和10 m 两种预应力混凝土管桩进行处理，桩间距及行间距为2.3～2.5 m。在管桩顶部一定深度浇筑填心钢筋混凝土，管桩顶端及钢筋深入生物池底板并与底板形成整体。管桩填芯混凝土深度由预应力混凝土管桩抗拔桩试验后确定。

3 沉桩方法比较及设备选择

目前预应力混凝土管桩的施工方法主要有静压法和锤击法。静压法是利用液压静压桩机本身的重量(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，徐徐将桩压入土中。具有沉桩速度均匀、无噪音、震动小、无空气污染、昼夜施工等特点。在很多城市市内严格要求管桩必须使用静压法施工，但压装机对场地的地基承载力要求较高，且设备占地面积较大。锤击法以柴油锤为主，具有施工灵活，桩机对地基耐压力要求低、进退场容易、施工进度快、效率高、操作方便、地层穿透性能良好等优点。

本项目位于溧阳市郊，工程现场附近有工厂和居民区。因此，从压桩时段上进行安排，预应力混凝土管桩压桩主要在白天实施;若根据总体规划，晚上需要压桩时，则安排静压桩机采用静压法压桩。结合现场总体布置安排，靠近现场办公区、建筑物(综合楼)附近及地基承载力和场地满足要求的区域沉桩时，采用静压法压桩;对于现场办公区、建筑物附近以外的其它部位，采用锤击法沉桩。

4 施工顺序

生物池东侧临近综合楼，其余方位场地开阔，因此，进行预应力混凝土管桩压桩时，按以下原则确定顺序:对于生物池距综合楼较远的开阔区域，从中间向四周进行并靠近综合楼一侧区域，从临近建筑物一侧开始由近及远进行。严格遵守“先密后稀、先深后浅、先长后短”的原则。

5 沉桩

5.1 准备工作

(1)做好技术准备工作，并对相关人员进行技术、安全及施工进度计划交底。

(2)开工前，根据施工进度计划提供管桩等采购计划并采购到位。

(3)将水源、电源接入现场，电源线架设需满足安全规范要求。

(4)桩机组装、验收并进行空载运转。

5.2 管桩验收与起吊、堆放

(1)管桩外观质量及尺寸检查。

外观质量尺寸允许偏差均按GB13476-1999的规定执行。粘皮、麻面面积不得大于桩总外表面积的0.5%;磕损深度不得大于10 mm;不得出现环向和纵向裂缝;不允许出现露筋、断筋、脱头现象。若预应力为钢丝，断丝和滑脱钢丝的数量不得大于总量的3%;不允许有空洞和蜂窝;桩端面应平整等。

(2)管桩的起吊采用两点起吊法。

(3)装卸时轻起轻放，严禁抛掷、碰撞，并固定防止滚落，吊运过程应保持平稳。

(4)运输过程中及堆放时，桩下垫木设置两道，支承点的位置设在两吊点位置，同层的两道垫木顶面保持在同一水平面上;当重叠堆放时，各层均设置垫木，并保证各层垫木上下对齐;堆放层数不超过三层。

堆放场地选择在平整坚实的地方，最下层与地面接触的垫木应加宽;管桩根据桩的规格、长度和使用先后、远近及桩机行走路线放置，尽量避免二次倒运。

5.3 施工工艺

场地平整→放样→桩位放点→桩机就位→沉桩→收锤(压)→移机→填芯混凝土钢筋安装→填芯混凝土浇筑→下一循环。

(1)场地平整。

场地平整需满足设备布置、行走路线及地基承载力要求。被清理的范围延伸到距建筑物基础外侧2 m 的距离。

(2)定位放样。

放出需处理的施工范围，然后放出定位轴线和控制点，控制点应尽量设置在远离沉桩区域不受干扰的地方，并加以固定保护，钻机就位。

(3)吊桩。

用吊车从桩堆将桩水平吊运至桩架附近，然后用桩机上的起桩钩及卷扬机吊桩就位。管桩吊起时要控制速度，避免管桩与桩机碰撞而使管桩受损。

(4)插桩。

待桩起吊提升到垂直状态后，由人工配合将桩尖准确地放在桩位上，将管桩缓缓插入土中约1 m 左右后停止施压。用经纬仪从成90°的两个方向检查并调直桩身的垂直度，且控制桩身垂直度偏差在0.5%以内。

(5)沉桩。

①沉桩时，继续用两台经纬仪交叉检查桩身垂直度，边校正桩身垂直度边往下沉桩，避免由于桩身倾斜产生管桩损坏。因地层较软，初打时下沉量较大，采取低提锤轻打几下，随着沉桩加深，沉速减慢，起锤高度可渐增。打桩连续施打，间歇时间不宜过长，以防止桩周土固结，增大沉桩的阻力。当采用锤击法遇到沉桩困难时，可置换大号柴油锤，采用“重锤低击”的措施予以解决。

沉桩过程中，详细观察周围建筑物的沉降或上升情况，在建筑物上设置观察点，利用远处的固定水准点进行对比分析，从而确定沉降或上升情况。避免对综合楼、正昌路路面及大桥结构造成不良影响。

②沉桩过程中，遇到下列情况时应停止沉桩，并经分析研究、采取措施后方可以继续施工:

a.贯入度发生急剧变化或打桩机振幅异常;

b.桩身突然倾斜移位或锤击时回弹严重;

c.桩头破碎或桩身开裂;

d.附近地面有严重隆起现象;

e.桩架发生倾斜或晃动。

(6)送桩。

经过抗浮计算，生物池地基采用一根桩长处理即可满足池体抗浮要求。

为使管桩达到设计标高，决定采用送桩器送桩。送桩器用钢板制作，设计送桩器的原则是沉入阻力不能太大，容易拔出，能将锤击(或静压)力有效地传到桩上并能重复使用。当桩的桩头距地面1～1.2 m 时，安装送桩器继续沉桩至设计标高。

(7)收锤(压)标准。

锤击摩擦桩采用桩长和贯入度双控制，以设计桩长为主，贯入度为辅。最后贯入度的确定需根据试验桩的结果用水准仪测量桩顶标高，确定最后1 m 每10击的下沉量和总锤击数。沉桩时应详细、准确地填写沉桩记录。

静压摩擦桩应达到桩端设计标高及静压力双控制(以标高为主，静压力为辅)。

6 管桩检测

当预应力混凝土管桩打到设计标高后，对桩进行以下项目的检测:

(1)小应变测试法。

施工结束后，按桩总数的20%进行小应变测试，检测桩的完整性。

传感器安装:传感器安装时，必须确保传感器的轴线与桩身的纵轴线平行;将传感器安装在桩平面中心位置，必须与桩粘接良好，在桩中心距的1/2处锤击激发。

数据采集:首先检查设备性能，待其正常后方可使用;使用能产生低频的力锤并在现场进行激振方式和接收条件的选择试验;对每一根被检测的单桩最少应进行三次以上的重复测试。

经检测，所有预应力混凝土管桩十分完整，未出现断桩现象。

(2)试桩、抗拔力检测。

正式施工前，须进行试桩以确定管桩的单桩抗拔力。试桩数量为3根。直径400 mm、9 m 桩长单桩抗拔力特征值为215 kN，试桩荷载为单桩抗拔力特征值的2倍，即430 kN。

预应力混凝土管桩施工完成后，也按照《建筑基桩检测技术规程》JGJ106-2003进行抗拔检测。

试桩及抗拔检测结果表明:抗拔承载力特征值达到430 kN，满足设计要求。

7 填芯混凝土

沉桩完成并经检测合格后，按设计要求安装填芯钢筋及桩端锚筋、灌注填芯混凝土，填芯混凝土标号比生物池相应部位底板混凝土高一级。桩端、填芯钢筋及桩端锚筋伸入生物池底板，底板混凝土浇筑后与管桩形成整体。

8 结语

通过预应力混凝土管桩在生物池基础处理中的应用，成功解决了池体抗浮问题。与其它处理方式相比，具有速度快、效果好、质量优等显著特点，在类似项目应用中具有十分广阔的前景。