薄壁溶洞地质条件下预应力管桩＋微型钢管桩组合施工技术

李祥进 秦婕妤 熊跃鑫 李金洲 罗 科

1. 中建四局第一建筑工程有限公司 广东 广州 510800；2. 中国建筑第四工程局有限公司 广东 广州 510630

1 工程概况

广东广雅中学花都校区建设工程项目地下室区域存在薄壁溶洞，经超前钻勘察，统计溶洞见洞率达51%。项目质量、工期要求高，若采用传统的灌注桩施工，则成本较大、周期较长，无法高密度地进行平行作业，且传统灌浆作业的浆液流失严重，成本较高。因此，通过对薄壁溶洞进行处理和优化，采用预应力管桩＋微型钢管桩组合施工技术，有效避免了灌注桩施工时遇到的难题[1-5]。

2 技术原理与主要工序

本技术实施时，将下端设有锯齿桩尖的预应力管桩从地面打至溶洞顶部上方且在未打穿溶洞顶壁位置处停止打入。利用钻机在预应力管桩内进行钻进成孔。

钻孔深度要求及补强措施如下：

1）先钻入桩底岩层≥3 m，如果钻孔中没有溶洞，则停止钻入。相应的补强措施为注浆灌满。

2）如果钻孔中发现溶洞，则继续钻入，直至穿过溶洞，并进入下面的连续微风化灰岩层≥0.8 m。相应的补强措施为：溶洞连续高度不超过5.5 m，则桩底接微型钢管桩；溶洞连续高度超过5.5 m，则需通知设计复核。

钻机成孔后发现溶洞时，将管壁周围均布有注浆孔的微型钢管桩从预应力管桩中间插入，并垂直贯穿溶洞直至打入溶洞底部的微风化灰岩层≥0.8 m，微型钢管桩顶端位于预应力管桩内。通过孔底返浆灌浆法，将水泥浆从预应力管桩顶口向预应力管桩和微型钢管桩内注入，直至微型钢管桩桩顶返出纯浆体时停止灌浆。预应力管桩及微型钢管桩通过水泥浆形成整体，同时微型钢管桩周围溢出的水泥浆将其包裹形成一圈严密的防腐层，注浆结束后注浆面高度高出微型钢管桩顶端一段距离（图1）。

图1 预应力管桩＋微型钢管桩组合做法

微型钢管桩桩底标高由设计根据现场超前钻勘察数据确认，即桩端进入微风化灰岩层≥0.8 m。

2.1 管桩及微型桩组合施工

预应力管桩与微型钢管桩应严格按照打桩及钻孔深度要求施工，预应力管桩成孔后应准确记录桩孔深度，用以钢管备料。终孔时应进行桩端持力层验收，合格后方可继续施工。微型钢管作为施工的主要材料，打入微风化灰岩层的深度不小于0.8 m，下段3排注浆孔的孔距为0.5 m，其余孔距为1.0 m。钢管可采用高频焊管或无缝管，需做防腐处理，垂直度容许偏差为1/100，中心位置容许偏差为直径的1/20，桩身直径容许偏差为－20 mm。

2.2 组合结构注浆

向预应力管桩和微型钢管桩内注入水泥浆时，应根据具体情况调整注浆设备的注浆压力在1.5～2.5 MPa范围内，防止水泥浆在溶洞内从注浆孔中喷射溢出，应确保注浆的均匀性，注浆孔孔径为10 mm。注浆结束后，预应力管桩和微型钢管桩均留在地下，将微型钢管桩作为穿越溶洞时的加固支撑。微型钢管桩外表被52.5R纯水泥浆全方位包裹，有效解决钢管桩的腐蚀性问题，且微型钢管桩底端嵌入微风化灰岩层≥0.8 m，承载力得到保障，安全可靠性较高。

3 工艺操作要点

3.1 现场布置

在工程前期准备阶段，应完成临时道路的修筑，接通临时水、电，平整桩基础施工场地，保证现场排水畅通，满足桩机及管桩材料的进场要求。

3.2 桩机就位

3.2.1 桩机组装

合理确定桩机设备的停放位置，安排电气控制线路铺设位置和方向。根据现场情况，清理装配现场障碍物、平整场地，必要时铺设垫块或枕木扩大桩机承托面积，大吨位（静力压）桩机停置场地的地基承载力不应低于35 kPa。

3.2.2 桩位定位放线

根据已有设计资料，采用全站仪运用极坐标的方法放出桩位，插入竹片或钢筋作为桩位标记，并在竹片或钢筋上做出醒目标记，保证打桩时不易搞错，放出的桩位需经建设方、监理复核签认后才可施工。

施工过程中，由于土体挤压或桩机行走等因素，在打桩前应对桩位进行复核，并定期复核各轴线的控制点。

3.3 微型钢管桩施工

预应力管桩按照常规施工方法施工即可，主要是标高及终压值的控制。管桩中所套钢管桩的施工工艺如下。

1）钻机成孔：采用MGL-150D钻机严格按照钻孔深度要求成孔，钻孔前复核测量基线、水准点及桩位。钻孔过程中不断检测桩中心及直径，并随时观察土质变化，对照复核地质报告，如出入较大，应和勘察、设计单位联系，采取处理措施。管内先采用双液浆封底，后灌注水泥浆，桩端进入完整中-微风化灰岩层≥0.8 m后可终孔。预估控制桩长（管桩桩底标高以上4 m计）8.0～18.0 m。

2）清孔：采用气压或清水清孔。

3）压力灌浆微型钢管桩制作：钢管桩φ168 mm，厚14 mm，钢管顶端4 m和入完整岩部分（≥0.8 m）范围内开孔，出浆孔孔径10 mm，前3排孔距500 mm，上部孔距1 000 mm，呈梅花状分布。

4）压力灌浆微型钢管桩安装：采用起吊设备，将制作好的钢管放入孔内，预估桩端埋深20.0～30.0 m。在钢管桩安装过程中，为控制好钢管的垂直度，提高钢管安装质量，特以操作平台及两向垂线法控制垂直度。

5）配浆：采用水泥浆，按水灰比0.4～0.6配制，采用52.5R纯水泥浆。

6）注浆：采用孔底返浆灌浆法，将灌浆管插至孔底，直至钢管桩桩顶返出纯浆体时停止灌浆。

7）拆管：当浆液至钢管管口时，即停止灌浆，关闭进浆阀，拆除注浆镀锌钢管。

需要说明的是：灌浆后，由于浆体的凝固收缩及沉淀，要及时进行桩管内补浆，并采用水泥浆将钢管与管桩的间隙充填密实，特别是在管桩内壁与钢管桩外侧，通常会有空隙出现，所以施工中在水泥浆初凝后，必须对空隙位置进行补灌浆处理，使侧壁位置灌浆饱满。

4 结语

广东广雅中学花都校区建设工程成功应用了组合管桩施工技术，很好地解决了薄壁溶洞区域地基基础为预应力管桩时的施工问题。施工过程中钢管桩运输方便，施工速度快且成桩质量检测速度相比灌注桩方案更快，大大减轻了项目的工期压力，对项目管理进度起到了重要的推进作用，取得了管理与经济的双重效益，具有广泛的应用和推广前景。