高层建筑工程中静压预应力管桩施工技术要点及质量控制

许东阳

厦门城健建设有限公司（361000）

0 引言

由于高层建筑工程中静压预应力管桩施工技术施工进度快、单桩造价低、对环境影响小，是建筑工程领域桩基施工时应用普遍的一种施工技术。特别是该技术具有良好的土层穿越能力，在工程现场施工方便，施工质量稳定可靠，因此，探讨预应力管桩施工技术要点及质量控制的可行措施，并进行深入的理论研究具有重要的意义。

1 工程概况

本工程为佳美安置房A1-2地块项目，工程包括地下室主体、8#-12#楼主体、入口大堂、配套D号楼、配套E号楼、配套F号楼以及室外配套工程等，建筑总面积总101505.97m2,其中地上建筑面积67323.16m2，地下建筑面积34182.81m2。工程为框剪结构，基础采用静压预制管桩基础。

2 施工难点分析

2.1 施工难点

佳美安置房A1-2地块项目高层建筑工程的桩基工程采用全液压静力方法施工（如图1所示），挤土效应是该项目应用静压预应力管桩施工技术施工的难点。在静压预应力管桩施工过程中，容易出现挤土效应，即管桩沉桩时扰动了桩周土体结构，导致土体应力状态改变。预应力管桩在沉桩的过程中土体结构容易受到侵扰，进而改变土体结构的预应力状态。挤土效应主要是指隆起浅层土体，同时横向挤出深层土体，挤土效应破坏周围路面和建筑物，对施工现场周围影响较大，甚至造成工程基坑的坍塌、推移或增大，造成管桩的桩身倾斜或≤20m的浅桩上浮。由于高层建筑工程施工过程需要较长时间,需要严格控制施工工序，应避免出现施工顺序不合理、施工方法不规范、成桩数量太多及施工速度太快等问题，因为这些问题会进一步加剧挤土效应[1]。

图1 静压预应力管桩施工示意图

2.2 解决措施

合理控制静压预应力管桩的布桩间距。采用预钻孔沉桩方法，调整布桩密度，布桩间隔为＜桩径5～10cm，孔径为桩长的1/3，管桩深度为一般长度，随钻随打。施工过程控制沉桩深度约1m/min，避免管桩下降太快。同时，为了确保管桩可以下降到设计位置，应科学规划施工工序，设置合理施工顺序；根据管桩入土深度，采用“由高至低、先短后长”的施工顺序。当布桩密度较大，同时和四周建筑物距离符合场地开阔的要求时，可以按从中间初始点向四周扩散的顺序开展施工；当布桩密度较大，但距建筑物较远或者施工场地面积较小时，应按照从中间向两端的顺序进行施工；当布桩较密度较大，两端距离建筑物一侧近、一侧远时，应按照由近向远的顺序进行施工；当群桩基础＜管桩数量时，应按照由中间向四周扩散的顺序进行施工[2]。

对承台边缘的预应力管桩，插桩施工前应确定承台内其他管桩已完工，且已重新测定桩位无误；在围护结构的深基坑预应力管桩施工中，为了有效解决土体在基坑围护结构开挖后，因无法扩散压桩土体,造成管桩挤土效应，影响最终的承载力，管桩无法满足工程标准，因此应先压桩再开挖基坑。先压桩可以提前发挥止水效果，防止压桩过程中基坑土体扩散对基坑围护结构造成破坏,同时保护了基坑围护结构的强度。为了减轻挤土效应，工程中采取设置塑料排水板的措施消除部分孔隙水压力。通过开挖地面排水沟、设置隔离板桩或地下连续墙等减少挤土现象。在沉桩施工前，完成施工现场周围的建筑物及地下管线的监测，当地下管线距离较近时，应更改桩的种类或施工工序。合理把控施工活动的间隔时间，如果施工间隔时间过长，会影响预应力管桩桩基施工效率，甚至阻碍沉桩作业施工进度。在静压预应力管桩施工技术实践应用中，应当避免在坚硬的土层中开展施工，施工前应明确桩长组合、规格等[3]。

3 静压预应力管桩施工技术要点

3.1 施工流程

施工流程:将制作完成且桩强度达100%设计强度的预应力管桩运至沉桩点→桩位正前方与正侧方、架设经纬仪→插桩→沉桩→接桩→继续沉桩→桩平面位移量测→送桩→拨出送桩、填盖桩孔

3.2 测量定位

在正式施工前，应按照工程的施工总平面图，在不影响施工的地方设置高层建筑的轴线控制点和水准基点，复核无误后放出轴线；根据桩基平面图，确定管桩中心到高层建筑轴线的距离，并放出桩位中心线，标记管桩纵横中心线相交的点为桩圆心。完成预应力管桩桩位的测量放线，应及时上报现场监理人员，复核无误后再开展施工。

3.3 静压预应力管桩起吊

按照设计的桩机施工路线，安装桩机；桩机准确就位后，开展桩的起吊作业。静压预应力管桩起吊施工采用单点起吊，即单点法旋转垂直进行吊桩，吊点距离桩顶0.31L（L为桩长）；当管桩被吊离地面时，应检查桩身，避免桩身存在断裂等现象；如检查时发现桩身已破裂，应及时将此桩吊离，运出施工现场并作坏桩处理；应边吊桩边检查，保障桩身质量。为了方便进行起吊施工，管桩应堆放在施工场地周边。

3.4 静压预应力管桩对位

桩机准确就位后，按额定的总重量配置压重，严格控制机架垂直度，垂直度允许偏差0.5%。管桩吊起进入桩架龙门后，先对准桩位中心，管桩对位应徐徐放下，在桩顶扣上与有动滑轮组的压梁箱相连贯的桩帽，保证桩帽中心和桩身纵轴线吻合一直，并保持垂直。为保证桩位的准确性，应根据布设好的桩位标志，在地下埋设长约30cm的φ6mm的钢筋，并以埋设的钢筋为圆心，画直径为400mm的圆，管桩就位后的桩端四周须与该圆吻合。施工过程中，应密切检查施工动力设备、电源等运行情况，防止压桩时设备故障导致施工间断，确定施工设备均可正常运行后，方可进行正式压桩。

3.5 沉桩

沉桩过程中随时调整桩机水平，当压桩下沉约0.5m时，从相互正交的两个方向调整预应力管桩的垂直度。调整好预应力管桩的桩身垂直度后，即可继续进行沉桩作业。详细记录每个预应力管桩入土后的标高，在施工区附近应设置不受沉桩影响的水准点，水准点数量≥2个。在整个施工过程中应对水准点做好保护措施，避免水准点因施工行为受到损坏。在压桩过程中，密切观察压力表，严格控制压桩阻力，调节、平衡桩机静力，解决沉桩过程容易偏心的问题。为确保压梁导轮和导笼的正常接触，应认真检查并详细记录静压预应力管桩施工工艺和施工过程[4]。

3.6 送桩及对桩顶高程与终止沉桩压力的控制

送桩是利用送桩器施工，把预应力管桩沉到设计位置。静压预应力管施工采用全液压静力方法，桩顶高程和终桩压力的大小是确保高层建筑工程整体施工质量的重要指标。准确控制桩顶的高程指标，避免不准确的桩顶高程影响上部施工；终止沉桩压力可以体现出预应力管桩未来的实际承载力，在预应力管桩施工中，必须严格控制桩顶高程和终止沉桩压力两项指标。首先根据工程设计要求，严格把控施工过程中的桩顶高程。在桩顶满足设计要求时，观察沉桩阻力值并做好详细记录；结合实际工程的地质情况和施工实践经验，准确判断终止沉桩压力值，确保终止沉桩压力满足设计要求，无法判断时，应及时上报技术人员，根据指示继续施工。当桩顶高程未达设计要求、桩尖已进入砂层时，应参考沉桩阻力判断终止沉桩压力，保证终止沉桩压力满足并超出设计要求。另外，注意以下情况需要进行区别对待:当相对桩身强度阻力并不大时，应继续进行沉桩，直到符合设计标高；当阻力≥18MPa且桩尖下不存在软弱土层时，即可终止施工；当桩尖下如果是软弱土层时，则应反复施压，确保桩尖越过软弱土层，该情况下桩尖应进入设计持力层[5]。

3.7 焊接接桩

压至其顶端，在地面上≥70cm时可停止压桩，开始继续接桩焊接（如图2所示）。工程采用电焊接桩，钢板采用低碳钢、结422焊条，焊接前在桩头设置预埋铁件，铁件应除锈处理并确保表面清洁干净。当接桩焊接利用CO2气体保护预应力管桩时，可采用交流手工焊接。单个桩机配置2台电焊机。焊接接桩时，为减少焊接变形和残余应力，安排2人同时对角分段进行焊接作业。桩找正之后，当桩节之间间隙较大时，可在上下桩结合面之间的间隙用铁片填实，然后焊接牢固；上下桩结合面之间的间隙≤2mm，保证焊缝外观连续饱满。焊好后施工人员应敲掉焊缝表面的焊渣，先自检，再由质检人员和监理检查，确保焊接质量合格。为有效解决焊缝骤冷发生裂缝的问题，焊好的桩接头在自然冷却后，方可继续沉桩，自然冷却时间≥8min；冷却过程避免用水冷却，防止焊好直接继续沉桩。当发生贯入度剧变、桩身突然发生倾斜、移位、桩顶或桩身出现严重裂缝或破碎等情况时，可暂停施工及时上报。

图2 焊接接桩示意图

4 结语

通过应用静压预应力管桩施工技术，总结了施工技术和质量控制要点，工程实践证明可以从技术上有效减轻挤土效应对管桩施工质量的影响，防止管桩出现焊接裂缝，系统的解决了静压预应力管桩施工质量通病。静压预应力管桩在高层建筑工程中应用广泛，要求在施工过程中严格把控施工技术，不断提高建筑行业技术水平。