临近建筑物条件下预应力管桩施工技术

昝思明

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

随着我国基础工程建设不断发展，越来越多的项目(公、铁路)面临着临近既有建筑物的工程难题，尤其在软土地区，新建构筑物为满足承载力与工后沉降控制的要求，往往需要进行地基处理，其中管桩是常用的一种复合地基加固方法。

预应力管桩具有单桩承载力高、质量稳定、施工快捷等优点，被广泛应用于地基处理中。但预应力管桩是一种典型的挤土桩，沉桩过程中对周围土体扰动十分明显，特别是在饱和软土地区，振动沉桩过程对周边环境和工程质量影响较大，直接威胁到既有建筑物的稳定安全，因此有必要研究一种技术，以尽量消除此类挤土桩施工过程中对临近建筑物的影响。

1 临近建筑物管桩技术特点

一般预应力管桩施工流程主要包括定位、插桩、沉桩、复压、移位等步骤，如图1所示。其中插桩主要有振动打桩与静压两种工艺。

图1 预应力管桩施工流程

a）在临近建筑物一侧设置应力释放孔，对管桩施工的挤土效应进行有效释放，阻断土体压力向临近建筑物传递；b）采用静压施工，无振动力、无施工噪声，适用于城市居民区附近施工管桩；c）调整管桩施工顺序，可预先形成裙桩帷幕，有效抑制挤土效应[1]。

该方法不但适用于公路软土地基管桩施工情况，在铁路以及其他房建领域也可以推广使用。

2 临近建筑物管桩施工工艺

2.1 操作流程

施工管桩前，应先设置应力释放孔，可采用小型钻孔机械钻孔取土，直径30～50 cm，布设在离建筑物最近的管桩外2 m左右，平行于建筑物布置，建议应力释放孔孔深为桩长的一半，取土成孔后用碎石及时填充。该孔的形成使得管桩施工产生的超孔隙水压力有了消散的排水通道。应力释放孔完成后再采用静压施工管桩，其流程与一般管桩施工类似，但注意裙桩施工过程中成桩的顺序，应首先施工临近建筑物一侧的桩，并采用跳打方式，如图2所示，

图2 成桩顺序

本文提出的施工技术针对一般预应力管桩对临近建筑物的振动挤土扰动，主要具备以下几个特点：这样可使临近建筑物一侧首先形成群桩围幕，抑制既有线一侧的挤土效应，并为超孔隙水压力提供充足的消散空间[2]。

2.2 操作要点

应力释放孔是超孔隙水压力消散的排水通道，因此在施工过程中应保证其有充分应力释放时间，即第一排管桩成桩后条件允许情况下静置24 h，再施工第二排，以此类推，逐排施工[3]。

2.3 施工原则

2.3.1 作业时间控制

为满足临近建筑物变形观测和超孔隙水压力的消散有充足的时间，管桩施工作业应严格规定每天工作时间，严格执行设备管理单位、现场监测人员及施工单位观测人员全部到岗才能施工的要求，其他时间严禁施工。根据制定的每日作业计划，严格控制压桩速度，保证土体固结及超孔隙水压力的充分消散时间。建议每天压桩总延米数不超过500 m。

2.3.2 跳桩施打

先施工靠近建筑物一侧的一排桩，采取跳打，即先施工1、3、5、…，观测建筑物无变化后再施工2、4、6、…。依此方法施工第二排桩、第三排桩[4]。

2.4 施工流程

2.4.1 施工准备

首先须对压桩队伍的资质材料进行审查与管理，确保施工队的技术力量及压桩水平；审查施工安排、施工压桩路线、施工进度计划，评价其可行性；并要求技术人员，包括施工技术员、焊工、记录员、开机员等都具有相应技术资格证。

2.4.2 桩机选择

必须根据工程的地质资料和设计的单桩承载力要求，准确地选择压桩机。如果压桩机吨位过小，可能出现桩压不下的情况；如果压桩机吨位过大，易发生陷机情况。所以应该会同各有关部门合理地选择桩机，尽量采用超载施工。桩机压桩力应不小于单桩竖向极限承载力标准值1.2倍。

2.4.3 放线与定位

放线是否准确直接影响建筑物的位置是否符合要求，桩位是否准确直接影响着工程结构，因此必须重视这两个工序。技术人员应对已定好的轴线位进行复核，及时纠正偏差。

2.4.4 桩体质量检查

按照管桩有关规范对于桩尖的构造要求和设计图纸要求，对到场的桩尖进行测量，不满足设计和规范要求的需更换；测量管桩的外径、壁厚、桩身、长度、桩身弯曲度等有关尺寸，特别是管壁厚度，由于静压法施工中的夹持力较大，壁厚不够很容易把桩夹碎。同时应对桩身外观质量进行查验，看是否粘皮麻面、内外表面是否露筋、表面是否有裂缝、断头脱头、桩套箍是否凹陷、混凝土是否坍落等情况。

2.4.5 桩机对中

桩机就位前对施工作业面进行地基承载力检测，不满足承载力要求的进行换填处理，要求地基承载力不小于150 kPa。

2.4.6 调整垂直度

桩机就位后根据仪器调平机台，同时在桩机正面和侧面架设吊锤观测，监控下桩垂直度，要求桩身垂直度偏差不大于1/100。

2.4.7 吊桩

管节吊运采用二端钩吊法或二点法。管节竖起采用一点吊法，吊点位置偏差不超过20 cm。采用钢丝绳捆扣法，注意防滑和便于接桩。

2.4.8 插桩

将桩起吊纳入龙门庭，并将桩身标有尺寸的一面向外。插桩后使桩固定，检查桩帽和桩中心是否一致，并检查桩位有无移动及桩垂直度是否符合规定，桩位允许偏差不超过2 cm，插桩的倾斜度不超过1/400。

2.4.9 压桩

利用桩机的重量由液压系统将管桩垂直压入土中，采用经纬仪双向控制管桩的垂直度。初压时若下沉量较大，宜采取轻压，随沉桩加深，减慢沉速，压力逐渐增加。压桩过程要使压杆、桩帽、桩身保持在同一轴线。若出现桩较难下沉情况，要检查桩架导杆有无倾斜偏心，桩身是否垂直。为保证压桩垂直度，插桩入土50～80 cm后进行一次垂直度调校。采用经纬仪进行监控导架保持垂直，通过桩机导架调整垂直度不大于0.5%，满足要求继续沉桩。

2.4.10 送桩

用钢板制作送桩器确保将管桩压到设计标高。操作时先吊起送桩器，送桩器下端面紧挨管桩上端面，中心线对齐，垂直度满足要求后加压，直到送桩至设计标高。

2.4.11 接桩

为便于操作接桩施工，接桩面应距地面1 m左右。管桩拼接采用二氧化碳保护焊端板焊接，该方法效率高、无焊渣，能够保证焊接质量。结合面之间间隙不得大于2 mm，接桩后降温8 min后再施打，严禁用水冷却焊缝或焊后即打[5]。

3 工程应用效果

某高速公路施工第I段位于我国东南沿海深厚软土地区，该建设项目周边多既有构筑物（民居、公铁路等），设计采用管桩加固：桩长为15～20 m，桩间距2.2～2.4 m，最内侧一排管桩与最近建筑物仅10.5 m；预应力管桩为PC-A500型，混凝土强度等级C60，桩径50 cm，壁厚10 cm。为确保临近建筑物安全，设置位移边桩用于观测周边土体侧向位移。工程建设采用本文施工工艺，整个管桩施工期间测试得到水平位移曲线如图3所示，边桩累积水平位移不足1 cm，临近建筑物未出现安全质量问题，说明该技术有效消除了管桩施工的挤土效应,确保临近建筑物的安全[6]。

图3 边桩水平位移测试曲线

4 结语

高速公路建设项目越来越多地面临临近既有建筑物的工程问题，尤其进行地基处理时，如何保证既有建筑物基础不受影响成为技术难题，本文总结提出的临近建筑物预应力管桩施工技术以应力释放孔、静压、跳打成桩等为主要特点，工程实践表明，该技术有效地消除了管桩施工作业过程中产生的挤土效应以及振动扰动、噪声污染，可以为今后类似工程提供参考。