复杂岩溶地区预应力管桩成桩质量控制

吴少跃

（广东省建筑工程集团有限公司， 广州 510000）

0 引言

预应力混凝土管桩遇到的复杂岩溶、厚砂层、斜岩等地质情况，断桩问题是困扰预应力管桩施工的一大难题，本文依托广州市白云国际机场噪音区扩建改造工程桩基础施工，有针对性地选取五个详勘孔位进行预应力管桩破坏性试桩试验,对类似地质条件预应力管桩施工具有一定的借鉴意义。

1 工程概况

广州白云国际机场扩建工程噪音区治理项目总建筑面积为415402.2 ㎡。北区2 层地下室，南区1 层地下室。上部为20 栋27～32 层的高层住宅，总高约为83.1～91.8m，局部有3 层裙房，裙房高约为12.9m。

2 地质情况

根据勘察报告的揭露，场地的主要地层按地质成因从上至下依次分为：上覆土层主要为(Qml )第四系填土层<1-2>；（Qal+pl）冲积-洪积层<2-1>软塑状粉质粘土、<2-3>粉细砂、<2-4>中粗砂、<2-7>可塑状粉质粘土、；（Qal+pl）冲洪积土层<3-1>可塑状粉质粘土和<3-3>流塑～软塑状粉质粘土；(C1ds)基岩（石炭系石磴子组）灰岩风化岩带。

本场地地质情况主要包括：岩溶分布广泛、岩面起伏、砂层过厚、砂层直接见岩等。灰岩分布被第四纪地层覆盖，为埋藏型岩溶形态，场地内的岩溶特征主要表现在以下几方面：①灰岩表层与第四纪覆盖层接触部位表现为凹凸不平，岩面起伏大；②溶洞、溶沟多发育于基岩面附近种类型：充填溶沟、半充填溶沟及空洞等，本场地大部分有充填物或半充填。超前钻过程中钻探出现异常现象，譬如漏水、漏浆、钻具掉落、塌陷等。

3 试验目的

1）、核实详勘地质资料，确定有关各项施工工艺及参数，确定施工设备性能、工艺。

2）、验证按设计终压值压桩能否穿透砂层，按照图纸要求，预应力管桩终压值需达到3000kN，记录压桩速度、压力值，确定管桩在厚砂层中施工的可行性，若无法压入，与业主、监理、设计单位现场确定。

3）、确定挤土桩之间施工过程的影响程度。

4）、记录达到设计终压值时管桩沉入深度，是否满足入岩要求，达到设计有效桩长不少于12 米。根据地质资料初步暂定GJ1、GJ2、GJ3、GJ4、GJ5 桩长分别为39.1m、33.7m、38.2m、34.7m、32.3m（未包含送桩长度）。

5）、验证桩端持力层，是否能达到规范和图纸入中、微风化岩0.5m 的要求。

6）、确定斜岩对管桩成桩的影响，是否造成断桩。

4 试桩施工机具及材料投入

本项目区域位于广州市；沉桩机械选用液压式桩机施工；焊接设备选用二氧化碳保护焊；供电设备，现场未接通市政供电系统，临时用电采用柴油发电机组发电，按TN-S 系统进行临电布线，采用“三相五线”进行三级配电、两级保护方式布置。

5 试验结果分析

5.1 试桩数据汇总

施工前检查有关动力设备及电源等，防止压桩过程中途间断施工，确定无误后，即可正式压桩。压桩是通过主机的压桩油缸伸程之力将桩压入土中。压桩过程中，应经常观察压力表，控制压桩阻力，调节桩机静力同步平衡，勿使偏心，并详细作好静力压桩施工记录。桩在沉入时，根据静压桩机每一次的行程，记录压力变化情况。

对GJ1、 GJ2、 GJ3、GJ4、 GJ5 五根预应力管桩进行试桩，共出现4 次断桩。

5.2 试验结果分析

从实验结果中得出：

GJ1 以3000kN 入砂层4m，沉入4m 后压力值增加至3300kN，继续沉桩7m 压力值降低至2200kN 并持续3m，此时应为管桩穿透砂层，22m 时压力突增，按照设计要求以3000kN 复压三次，无异常反应，逐渐加压至4500kN，桩机压力表指针震荡，并且压力值短暂跳至500kN 左右后继续回升至2000kN 后继续沉桩。与设计、监理各方确认，应为压力值达到4500kN 时出现断桩。

GJ2 以3000kN 穿透砂层，至粉质粘土层后压力值逐渐降至2200kN，至岩面压力值增加至4500kN 穿破溶洞，在溶洞中以4500kN 继续沉桩，至32.5m 时，桩机压力表指针震荡，之后读数稳定在1600kN，直至沉至37m，此时桩长已经大大超过设计值，远超过基岩深度。与监理现场确认，应为沉至岩面发生断桩。

GJ3 以3000kN 入砂层5m，当沉至入砂层5m 时压力值升至3500kN，继续沉桩2m 后压力值降低至2800kN 穿透砂层，在粉质粘土中以2400kN 沉桩至30m 触岩，压力值提升，并以5000kN 破岩，溶洞中压力值一直稳定在以4500kN，压至37.5m 无法压入，说明再次触岩。

GJ4 以3000kN 入砂层7m，之后逐渐难入，继续沉入砂层2m 其压力值增加至4500kN，并以4500kN 沉至30m，此时桩机压力表指针震荡，并且压力值短暂跳至150kN 左右后继续回升至5000kN，沉至33m 后无法继续压入，与业主、监理现场确认为压至30m（岩面）时发生断桩。现场利用吊绳测得沉桩深度约为30m。

GJ5 以3000kN 入砂层2m，之后逐渐难入，继续沉入砂层2m 其压力值增加至4500kN，并以4500kN 沉至20m，此时桩机压力表指针震荡，并且压力值短暂跳至300kN 左右，继续回升至2500kN 沉桩至34m，压力值有所上升，以2800kN 沉至39m，此时桩长已经大大超过设计值，远超过基岩深度。与代建、监理、设计现场确认为压至20m 时发生断桩。

6 试桩结论

1、利用本次试桩试验复核现场地质情况，证明地质条件与详勘资料基本相符。

2、对于厚砂层地质条件，静压桩机在压进的过程中会发生连续振动，压力表显示值会比较大且在小范围内连上下摆动。按设计终压值取3000kN，能够穿透较薄砂层，但对于厚砂层成桩（GJ4 和GJ5），只能入砂层2～7m，无法达到设计有效桩长，需4000～4500kN 方可穿透砂层。

3、对于复杂岩溶地质条件，当沉桩穿透砂层进入粘土层或为细砂时，由于桩端阻力较小，终压值难以达到3000 kN，一般为2500～3000kN 之间。

4、对于斜岩地质条件，因遇岩层的情况下，桩入土深度不增加或压进缓慢的情况下压力值会突然猛增，需及时停止施压，继续加大压力的情况下，极可能发生断桩。

5、采用该控制措施施工大面预应力管桩，效果良好，断桩率仅为1.6‰，表明靠谱，对于地质复杂的厚砂层、溶岩和斜岩地区预应力管桩施工有借鉴意义。