预应力管桩在不良地质软基处理中的应用

赵晓涛 中国电建市政建设集团有限公司

1 前言

随着我国基础设施、城镇建设的不断加快，施工过程中遇到的地质条件越来越复杂，尤其在城区内施工时，还要考虑噪声等因素的影响。预应力管桩由于其施工高效、质量可靠、较为经济的优点在铁路建设、建筑施工、市政工程、公路工程等领域得到了广泛应用。经过不断的实践积累，预应力管桩是目前在软基处理中一种较为成熟的施工手段。预应力管桩选用高强度混凝土在厂家预制而成，一般为中空厚壁结构，在出厂前增加好设置的预应力钢筋，借助其桩侧摩擦阻力和桩尖端承力复合作用来提升承载力。但在不良地质区域施工时，由于施工情况复杂，施工水平不一，经常出现质量问题，造成工期影响、造价影响，严重者引起重大工程问题，因此分析预应力管桩施工中出现的质量问题，提前采取相应预防措施，具有重要的工程意义。

2 沉桩方式比选

管桩施工方式分为静压法施工及锤击法施工，根据场地要求、环保要求、施工成本等进行综合比选，选择适用于本工程的沉桩方式。

2.1 静压法施工

静压法施工是利用压桩机的自重和机架上的配重提供反力将预制桩压入土中，不会产生锤击打桩机施工时的振动，施工时噪声小、对周边居民影响小，但是同时静压法施工对场地平整度要求比较高，施工成本相对较高。

2.2 锤击法施工

锤击法施工就是利用柴油锤、液压锤等桩锤的反复跳动，产生向下的冲击力，结合桩体自身的重，克服预制桩的侧壁摩阻力和桩端土层的阻力，将桩施打到设计标高的一种施工方法[1]。施工时对场地要求相对较低，具有垫层平整度要求低、相同条件下造价低等优点，但是其产生的噪声对周边环境影响较大。

以安徽省某市政公园工程为例，本工程预应力管桩主要应用于栈桥、船坊、泵站等下部结构施工，设计工程量1078根，型号为PHS-300（130）AB型方桩，混凝土强度等级C80，根据区域地质特性，计算管桩有效桩长10m~12m，桩尖进入的土层主要为砾砂、圆砾土层内，同时考虑本工程预应力管桩工程量大，现场场地平整度差，本工程采用锤击法施工，本文主要介绍锤击法施工相关内容。

图1

图2

3 施工准备

施工前做好各项准备工作，包括检查预制桩材料质量、现场储存、技术交底等，查验打桩机感测器机器设备是否完好无损，桩机承重与设计方案承载能力是否一致，确保进场材料优质、现场储存得当，施工方法无误，提高预制桩施工水平。

预制桩混凝土需要切实做到100%抗压强度之后才可以运送到现场，对预制桩的外形进行检查，并对其误差及抗裂纤维性进行详细检测，主要对其是否存在明显的竖向及横向缝隙、是否出现歪斜等进行查验，判断其是否满足规范及图纸要求，检查商品产品合格证、检验报告是否齐全，不合格产品禁止进入施工现场。预应力管桩运送到现场后应根据桩位设计就近停放，若近期无法施工需集中进行存放，现场堆放时应综合考虑施工布置、现场运输道路、桩距尺寸、桩的密集度，将预应力管桩堆积齐整，合理布局，堆积场地要求牢固平整，堆放时高度不允许超过2层，方便后期吊装。通过开展技术交底及安全技术交底，将方案要求落实到位，要严格依照施工计划方案施工。

正式施工前应先进行试桩，试桩数量根据图纸及规范要求选取，设计无要求时，一般不少于工程桩数量的1%，且不少于5根，试桩一般在工程桩位置打桩，后期兼做工程桩使用。依据试桩的检测结果，对施工方案进行调整，确保施工过程中各项参数适合场地情况。

4 锤击桩工艺流程

锤击桩施工工艺流程一般为：测量定位-底桩就位、对中、调直-锤击沉桩-接桩-锤击-再接桩-打至持力层-收锤。

施工之前要对基准线与基准点进行精确测量，确保桩机施工不受影响的前提下，设置经纬仪进行测量校核，桩的吊装精确定位，可应用桩架附设的起重设备钩吊桩，吊装的时候应当牢固捆住，吊装点满足结构力学的原理要求，在与桩顶部相距0.2m的部位设置起吊，吊装绳与桩中间需要添加相应的垫片，吊装之时需要均匀起吊，避免发生振动与撞击。

起吊时将桩锤提升到预定高度，在将桩缓慢吊起，高度应低于桩锤高度，将桩与桩冒固定，初始施打时应缓慢用力，采用重锤低击的原则，控制初始的落距不宜过大，保证首次施打入土深度不大于50cm，此时通过经纬仪校核桩身垂直度，参数符合要方可正常打桩。沉桩时先利用自身重量将桩静压至抬架，再启动柴油锤施打，将桩打架2m~3m时再度调节桩身垂直度，首节桩垂直度误差在0.5%之内，如果不符合垂直度要求应将桩拔出并再次进行施打，整根桩的桩身垂直度误差不可超出1%，施工过程中如果出现贯入度反常，桩体破损等异常情况，要求立即停止施工，原因调查清楚采取合理措施后方可继续施工，不得强行扮桩纠偏，以防桩身开裂[2]。

本工程收锤原则主要以标高、贯入度作为控制指标，桩顶标高允许误差为±10mm，当设计桩端位于强风化砂砾岩时，主要通过贯入度控制，当沉桩贯入度已符合规范要求，但桩端未达到设计标高时，应继续锤击贯入100mm或30~50击，其平均贯入度不应大于控制贯入度，当设计桩端土层为砾砂、圆砾土时，主要通过标高控制，当桩端达不到设计标高时应用贯入度作为校核[3]。贯入度控制应满足规范要求，最后贯入度不宜小于20mm/10击，并连续测量3次。收锤后施工人员应会同监理人员及有关人员共同检查桩内壁有无明显的破损，并做好记录。

5 常见质量问题及预防措施

5.1 桩机施工产生挤土效应，造成成桩质量不合格

预应力管桩施工过程中，打桩机将桩打进土中，由于桩对土的挤压作用，改变了原貌土的受力状态，导致桩尖下土体缩小形变，施打过程中土相对于桩的摩擦阻力随着打入深度不断变大，当桩尖土地受力超过其极限状态时，土体会发生大幅度形变，导致桩四周的土向水平方向挤开，桩四周一定区域内土体应力状态全部被破坏。其在软土地基中施工时，不同于粉砂土地基，土质条件差，渗透系数小，在施工过程中超静孔隙水压力不能有效消散，会产生严重的挤土变形，容易造成桩身倾斜、桩位偏移等工程质量问题。

施工中由于挤土效应导致的桩身损坏比较常见，属于质量关键控制点，要引起高度重视，提前做好各项预防措施，在高密度布桩区要在桩位区域合理布设应力释放孔，最大程度缩小对桩周土体的影响，加快超静孔隙水压力有效消散；设计单位应合理选择桩型及桩距，对饱和土及非饱和土采用不同的最大平面布桩系数。

5.2 收锤标准不清晰，造成桩身疲劳破损

在预应力管桩施工过程中，如何确定收锤标准是重中之重，常见收锤标准控制指标为贯入度控制及桩顶标高控制，但实际施工过程中，由于地质环境的复杂性，经常会出现未达到设计标高但贯入度已经很小的情况，如果坚持按标高控制收锤标准，容易导致锤击次数过多，桩身产生疲劳破损。也会出现已达设计标高，但贯入度依旧很大的情况，这种情况下容易产生预应力管桩单桩承载力不足的情况，需要联系各参建单位到场结合桩基检测报告共同出具处理意见。

采用单一的标高控制或贯入度控制都不是最恰当的收锤标准控制措施，因为在软土地基中施工，摩擦桩的受力主要来自桩周的侧摩阻力，受桩长影响会导致差异较大。所以施工过程中要采取标高控制与贯入度控制相结合的控制方法，施工中要根据项目实际情况总结试桩及前期施工最后三阵与最后每阵贯入度，作为施工中的重要参考。

5.3 打桩顺序及打桩速度安排不合理，造成桩上浮或偏位

施工过程中，施工速度越快、每日施工量越大，土体中应力叠加效果越显著，容易导致土体的隆起和侧移，隆起效果较为严重时，预应力管桩桩身随之被抬高，导致整体桩身受力发生变化，承载力不能满足施工要求[4]。施工过程中往往因为工期进度而忽视每日施打数量这一关键指标。施工中应合理安排打桩顺序及打桩速度，根据桩位设置先完成场地中间位置预制桩施打，后打四周的桩，对于间距较小的桩采取跳打，严格控制现场单日沉桩量，做好现场施工信息化监测工作，时刻观测桩的施工各项参数，对出现上浮的桩及时处理。

针对偏位、倾斜甚至断桩等施工质量常见问题，要根据不同工程地质条件、质量问题产生原因、桩基静载实验及桩身完整性实验检测结果综合判断，选取不同的处理措施，针对偏位问题采取纠偏措施，针对上浮问题，采取复压、锤击复打、压密注浆、补浆等处理手段保证桩基施工质量。

6 结束语

预应力管桩具备成桩品质靠谱、经济收益明显、施工安全性高、作业高效等优点，在不良地质中进行地基处理的应用越来越广泛，但是施工中出现的问题也比较多，设计单位及施工单位都要提前充分考虑在软土地基中施工可能出现的质量问题，提前采取措施加以防范，当出现质量问题时，要高度重视，不要出现侥幸心理，及时采取相关措施，保证工程质量。