预制桩基础两种施工工艺在不同工程地质条件下的选择

王帅（辽宁省建筑设计研究院岩土工程公司，沈阳110005）



预制桩基础两种施工工艺在不同工程地质条件下的选择

王帅
（辽宁省建筑设计研究院岩土工程公司，沈阳110005）

摘要：预制桩是岩土工程施工项目常见的桩型之一，而工程地质条件是预制桩施工工艺选用的决定性因素之一。本研究以热源厂建设工程项目为例，介绍预制管桩在同一场地内，两种不同施工工艺在不同工程地质条件下的选择，概括它们的工艺特点，分析不同地质条件下采用不同施工工艺的原因，得出预制桩工艺选用时需要考虑的因素。

关键词：工程地质条件；预制桩基础；施工工艺

辽宁省船舶工业基地石化产业园是辽宁省“五点一线”重点工程，一期工程包括园区一座热源厂（以下称本工程）。厂内综合办公楼和锅炉车间的原设计采用静力液压PHC预制管桩，但在实际施工过程中发现，部分区域存在难以达到设计标高、压入困难、夹桩器打滑等情况，严重影响工程进度。经补充勘察发现，场地内少数区域粉质黏土地层中存在砾石夹层，这一地质条件不适合进行静力压桩施工。经过设计变更，将部分工程桩由静力液压的施工工艺改为柴油锤击打贯入的施工工艺，显著提高了工作效率。

1　场地工程地质条件

本工程场地较大，地质条件主要以淤泥质土、黏性土、粉质黏土为主，多处于软塑——流塑状态，含水量呈饱和状态，具有中——高压缩性。设计桩端持力层为黏土夹粗砾砂层，有效桩长不低于22.0m，单桩竖向承载力特征值1 200kN。发现有砾石夹层区域位于场地西侧及西南侧，水平方向上分布不均。夹层呈中密状态，位于粉质黏土层中下部，层顶埋深16.0～17.0m，层厚0.9～1.4m。

2　桩型及两种施工工艺的特点

该热源厂桩基础施工涉及一种桩型，即预应力高强混凝土管桩PHC。涉及两种施工工艺，一种是静力压桩工艺，一种是锤击打桩工艺。与其他桩型相比，预应力高强混凝土管桩有自身的特点和优势，而两种施工工艺又有各自的特点和优势。

2.1预应力高强混凝土管桩的桩型特点

2.1.1成桩速度快

预制管桩施工工艺简单，其施工过程中除接头和桩尖焊接之外，其余工序全部由机械完成。相比灌注桩而言减少很多工序，具有无须制作钢筋笼及下笼，无须泥浆护壁，不产生钻渣，无须灌桩等优势，并且桩身是在工厂预制好后运至现场的，无须外购商混或建立搅拌站，对场地条件要求低，施工管理及调度也比较方便。

2.1.2单桩抗压承载力高，质量可靠

预制管桩属于挤土型桩，成桩过程中产生强烈的挤土效应，其侧摩阻力得以充分发挥，因此单桩承载力通常都很高。桩身由工厂预制，质量容易保证。成桩后不存在缩颈、夹泥等质量问题。一般情况下只要地质条件合适且不出现剧烈变化，施工过程中严格遵守相关操作规程，预制管桩是较少出现质量事故的。

2.1.3不受季节影响

北方的冬季常常有-10℃～-20℃的低温天气，其他桩型在这种低温环境下基本无法施工，即便采用保温养护、加防冻剂等措施，也难以保证施工顺利进行，更难保证成桩质量。而预制桩在冬季则不受低温限制，这是预制桩独有的优势。

2.2静力压桩施工工艺特点

静力压桩机分为顶压式和抱压式两种，本工程采用的是抱压式压桩机。桩机以自重作为反力，通过夹桩器握夹桩身及液压千斤顶的顶压，将管桩压至设计标高，同时桩机上有自动记录仪，自动记录压桩入土深度及压力，可以自动打印压桩阻力曲线，以便及时发现作业中出现的问题。全机行走、起吊、压桩、送桩均以电作为动力，对场地电力系统要求较高，系统可靠性略低。2.3锤击贯桩施工工艺特点

图柴油锤式打桩机作业现场Fig.Diesel-hammer pile driver working site

因管桩靠纵向钢筋对高强混凝土施加预应力，因此可以充分发挥柴油锤施打时的冲击动能，既可以充分发挥高强混凝土的抗压性能，又避免了因应力波产生拉应力造成的不利影响。全机对场地电力系统要求较低，结构相对简单可靠。相比静力压桩机，柴油锤式打桩机功率密度大，适应地层能力更强。但柴油锤桩机架子比较高，对场地平整硬化有一定要求。图是本项目施工现场的作业场景。

3　地质变化对施工工艺选择的影响

补充勘察之后经过论证分析，我们确定导致静力压桩施工困难的原因即在于局部砾石夹层的存在。这夹层厚度不是很大，静力压桩工艺难以穿透该层，但锤击打桩工艺配合尖头十字桩尖即可贯穿该夹层。在这样的地质条件下，锤击打桩工艺比静力压桩工艺具有优势。第一，静力压桩工艺的机理是将桩机向下压力通过桩身传递到桩端，使桩端土产生缓慢的压缩变形并形成剪切破坏，整个压入过程中桩周土对桩的摩阻力方向始终向上，对桩做功为负，极大地抵消了压桩机对桩所做的正功。第二，由于这一夹层分布不均匀，如果对每一桩点都采用预钻等助沉方法，将额外增加工作量，不但成本提升，工期方面也难以满足业主方要求。而采用锤击打桩工艺施工，只需要场地内桩机互换位置即可，既不提升成本，也保证了工期不受影响。当然对施工方案也要有针对性的调整：第一，采用尖头十字桩尖，有利于对桩端土造成冲入式剪切破坏，以便更顺利的贯穿夹层。第二，采用重锤低落距的方式击打。对预制管桩来说，其横截面积较小，而混凝土抗剪能力相对较弱。重锤低击可防止贯入过快造成的桩身偏斜，也就有效防止了桩在夹层处出现断裂而造成的质量事故。第三，试打时从中心开始，选择部分桩点进行试打，逐步掌握桩端进入砾石夹层时的相关技术参数。之后施工就会比较顺利，最终在既定成本下实现桩基施工任务的按期完成。

4　结语

后期检测结果表明，检桩承载力均满足设计要求，所有桩的桩底反射明显，桩身完整，均为I类桩。由此可见，虽然是同一预制桩型，但施工工艺的选择必须考虑地质条件的差异，除此之外，还需要综合考虑施工预算、组织管理、合同工期、周边环境等多重因素，才能更好地完成施工任务。

参考文献：

［1］江正荣.建筑地基与基础施工手册［K］.北京：中国建筑工业出版社，2003.

［2］陈还，徐天平.基桩质量检测技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，2003.

［3］李守巨，王永毅.岩土工程师实务手册［K］.北京：机械工业出版社，2006.

Selection of Two Construction Technologies of Precast Pile Foundation in Different Geological Conditions

WANGShuai
(Liaoning Architectural Design and Research Institute, Geotechnical Engineering Company, Shenyang, 110005, China)

Abstract:Precast pile is a common pile type in geotechnical engineeringconstruction, and engineeringgeological condition is one ofthe decisive factors in the choice ofprecast pile construction technology.Takingconstruction project ofheat source plant for example, this paper introduced the selection oftwodifferent construction technologies in different engineering geological conditions, summarized their technological characteristics, analyzed the reasons of using different construction techniques under different geological conditions, and proposed the factors ofselectingprecast pile technology.

Key words:Engineeringgeological conditions; Precast pile foundation; Construction technology

收稿日期：2015-12-14

中图分类号：TU74

文献标志码：A

文章编号：1674-8646（2016）02-0034-02