静压预应力管桩施工技术在地基处理中的应用

冯 伟

（太原供水集团有限公司，山西 太原 030009）

0 引言

桩基是建筑物的地基，它直接关系到建筑物的整体质量和安全。静压预应力管桩是一种基础桩型，它具有污染小、施工速度快、区域适应性强等诸多优点，在工程施工中得到了广泛的应用。静压预应力管桩在工程建设中能够很好地满足环境保护的需要，具有很好的应用前景，是工程质量的重要保证。为了进一步提高工程质量，必须确保静压预应力管桩的施工质量。基于此，本文以某建筑工程静压预应力管桩施工为例，对静压预应力管桩在地基处理中的施工流程以及质量控制要点进行分析，以供相关人员参考。

1 工程概况

某建筑工程共27 层，其中地下1 层，地上26 层，建筑总高度为93.65m。该建筑由2 层圆形裙楼、5 层附属楼、26 层主楼组成，建筑的总面积为32118.2m2，其中地上建筑面积27476.1m2，地下建筑面积4642.1m2。地基土层为较厚的淤泥质土层，该工程的桩基工程安全等级为1 级，施工单位通过对施工现场的实际情况调查分析后，决定采用静压预应力管桩施工技术进行地基处理。

2 静压预应力管桩施工技术概述

2.1 静压法沉桩机理

静压法是一种常用的软土地基处理方法。在沉桩时，桩头对基础产生了直接的冲击和破坏，而桩基的直接剪切破坏也一直伴随或提前发生。在此冲剪作用下，孔隙水在一定程度上会形成非均质水头，造成超孔隙水压力，对土体的结构产生干扰，使约1/2 的桩身抗剪强度降低，出现较大程度的稠化（砂土、粉土）或软化（粘性土），使其重新成型，使静压桩能够顺利地向深层土输送。在沉桩期间，若桩体停止，则部分孔隙水压将消失，桩周土发生径向固结，进而增加桩周土的致密性，增加桩侧土的摩擦，尤其是扰动后，桩端抗力增加，并且随着时间的推移，其强度回复也随之增加。因此，在静压沉桩施工中，不能中途休息，如果需要接桩，则要考虑浅层接桩，尽量避免在好的地基上停留。静压桩属于挤土桩，在进行压桩时，会增加桩周土体的密度，其挤土效应取决于桩的间距、截面形状和特性[1]。

2.2 静压法沉桩适用范围

静压法沉桩一般适用于具有压缩性或松软土层，桩体穿越一定厚度的土层时，要综合分析桩机的压桩力、土层密度、厚度、形态、土层力学参数、桩型等方面的技术指标。在4000kN 以上的压力下，压桩机（见图1）能穿过5～6m 厚的中密或致密的土壤。对于中等规模的压桩机，其承载力大于2400kN，其通过砂层的能力有限，必须进行压桩的可行性分析。在岩溶区，也可以采用静压桩。在此类地区，钻孔桩法施工比较困难；采用钻孔桩，容易夹持；用打桩，容易打碎，只有静压桩才能进行缓慢的压入，可以反映桩体的抗力，但在溶沟或者岩溶区，溶洞多、孤石多、障碍多的情况下，应慎重选用静压桩。压桩力在600kN 以下的小型压桩机，主要应用于粉细砂层、粉土层、粉土层、粉土层等[2]。

图1 静压桩机施工的原理示意图

3 静压预应力管桩施工流程

在进行试桩后，按以下步骤进行预应力管桩的施工：地基处理、测量放样、桩机到位、检查桩位、插桩、桩体对中、静压沉桩、接桩、静压沉桩、送桩、结束压桩、桩质量检查、切割桩、灌注管桩内部的细石混凝土。图2 为静压预应力管桩施工流程。

图2 静压预应力管桩施工流程

3.1 施工场地的平整

本项目管桩场地的设计要求是以设计的碎石褥垫层为基础，再加上35cm 的工作垫层来找平，地基平均承载力约为35kPa。采用YZ26T 振动压路机进行碾压，使场地碎石褥垫层平整、致密。

3.2 桩位布置及测量定位

按照设计图纸进行管桩基础的加固及布桩。该项目桩身设计间隔2.5m，以正方形排列。由专业的技术人员用全站仪对放线的中线进行测量，指定好沉桩位置，然后在桩位中央插入一根长度不小于20cm 的短钢筋钉，用红色的绳子标记，并做好编号，误差不能超过桩身直径的四分之一。

3.3 管桩的采购、吊运及堆放

（1）检查并堆放管桩。进场时，应对钢管桩的出厂证书、检测报告进行检验，对桩体进行全面的检查。最多可堆放4 根管桩，并堆放在平整、牢固的场地，应有良好的防滑防滚保护。

（2）选择有资质、有实力、业绩优良、有稳定质量控制的预制桩厂。所有进场的管桩均应事先或随车携带有效的质量证明资料。管桩桩身必须清楚地标明规格、生产商及生产日期等。

（3）管桩进场后，监理和施工方要对管桩的尺寸、外观、质量等进行验收，工程中所用的管桩一般为高压蒸汽养护，在桩的强度大于C60 的情况下，在出厂之前要进行检验。其生产日期、批号、规格等均符合规定。管桩吊装时，要轻装，避免发生强烈的撞击，在搬运过程中，要放置两块垫板，并用木楔固定，以防止翻滚。

现场堆砌管桩时，宜在桩端距离桩端1/5 的位置处设置两个垫块，底部最外层的管桩要用木楔进行堵漏。堆叠管桩在二层以上时，应使用起重机将其提起，不得直接拖动。图3 为管桩堆放示意图。

图3 管桩堆放示意图（L为桩长）

3.4 压桩施工

3.4.1 设备检查与管桩标识

在压桩之前，要对压桩机的各个部件进行仔细的检查，确保其工作正常。每根桩的基桩都要先焊好桩头。在桩身上用米标出长度，从下往上依次标出桩长，这样可以看出桩的埋深及记录当下的压强。同时，对压桩的整个过程进行详细的记录。

3.4.2 吊桩插桩

立桩时用压桩机起重，固定点距桩端1/4 桩的长度。用起重机械将桩头旋入桩机，对中，并调节垂直度。带桩头的第一节桩在插入0.5～1.0 m 时，应严格控制管桩的垂直度，并及时调整，误差不得超过0.5%，可用经纬仪对其进行校正，如有需要，将其拔出并重新插入[3]。

3.4.3 压桩

打开液压卡钳，将桩体夹紧，使其与桩位中心对齐，并调整好位置，再进行压桩；每次沉桩高度为一桩，然后反复进行沉桩，使一段桩体完全沉桩；接着进行焊接桩，接着进行第二、三段的沉桩，这样就能实现单桩的施工。

桩机指挥员与主机操作员配合，实现了对中后桩垂直度的调整及桩身垂直度的调控：首先用长水平尺量测，再用线锤沿两侧90°角进行观测，并对桩体垂直度进行调整，垂直度误差不超过0.5%方可沉桩；在沉桩期间，要对桩身的垂直度进行监测，若发现桩身偏差超过1%，要及时调整。

3.5 接桩

在接桩过程中，接头数量不得多于3 个。在静压桩距地面0.5～1.0m 处，停止静压，然后进行接桩。在接桩过程中，在下段桩的桩端要设置导向环，使上段桩放置在适合的位置，上下段桩必须保持平直，中线的偏差不能超过2mm，节点的弯曲失高不能超过桩长的0.1%。

如果上下桩间有间隙，则用楔形钢板全部垫紧并焊牢；在焊接管桩前，先用铁刷把上、下两面的表面清扫干净，直到其坡口有金属光泽为止。

采用分层焊法，在坡口周围先安排6 处对称的焊点，然后3 名焊工以120°角的角度进行焊接，上下桩节固定好后，将导环拆掉，然后分层进行焊接，要确保各层焊接厚度一致，焊层不能低于3 层。

在进行下一层焊接前，必须先清除内壁上的焊渣，坡口槽处的焊接应满焊，焊料的厚度要比坡口高1 mm 左右，焊缝要逐层检查，要均匀连续，不得有气孔、夹渣等缺陷，并符合《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205-2001 中的二级焊缝要求。

焊接好的桩头在自然冷却8min 后进行静压，不得使用水冷却或焊后立即打孔，在自然冷却后，所有的接头都要涂上涂料，以防腐蚀。

3.6 送桩或截桩

送桩机的外型应与承压桩的外型尺寸相符，具有一定的强度和刚性，通常采用一种圆型的钢柱。在送桩时，送桩机的轴向和桩身必须保持一致。在送桩机上，按现场实测的地表标高，将送桩器上的送桩深度提前标示，然后用水准仪进行跟踪观察，使管桩精确达到设计高度。同时在送桩机上最后的1m 处定位，并对最终的压强进行详细的记录。管桩暴露在地表时，必须进行截桩。截桩时，应采用专门的截桩器，切勿用大锤横向撞击。在完成送桩后，对下根管桩进行机械位移调节。

3.7 终止压桩

一般情况下，送桩压力为设计压桩力的1.3～1.5倍，在达到标准后，维持正常压力10min 并且沉降量不大于2mm/min 即可终止压桩。在同一种地质条件下，当发生静压力明显增大或降低等异常现象时，应立即停止施工，并向监理汇报，如有必要，应增加静力触探等施工勘察的补钻数据，找到原因后实施相应措施。在完成管桩工程后，如出现高出地面的桩头，应采取防护措施，防止施工机械的冲撞。在机械开挖过程中，必须对铲斗的入土深度进行严格的控制，以免造成桩顶破坏。

3.8 桩帽的施工

在完成管桩工程后，应向监理单位报告并进行复合地基的承载力测试，通过后才能进行桩帽工程。

在桩的顶端开挖已填埋的砂砾，开挖的深度、宽度以及长度应根据桩的设计高度和桩帽的设计尺寸来确定。开挖后再进行打磨，形成砂砾状的土模。

在桩顶下30cm 处插上木塞，保证桩塞的稳定，防止滑动，同时，按照设计要求，对钢筋笼和桩盖进行加固，并对保护层的厚度进行严格的控制。经过检验、混凝土的灌浆和维护，在混凝土浇注时，尤其是在预应力管桩的施工中，必须进行振动夯实。

4 静压预应力管桩施工质量控制要点

静压预应力管桩的施工不仅要严格按照流程和工艺施工，还要在质量控制要点上下足功夫。

（1）桩帽与桩身之间、送桩器与桩之间应有合适的弹性垫圈，桩帽、压桩器与桩身之间的间距为5～10mm。

（2）桩机安装完毕后，要将桩头的垂直调整控制在0.5%以内，然后进行压桩，并随时对桩身的垂直度进行测量，如有明显的误差，应及时停止，调整好后再进行加压。桩身压实后，垂直度不宜超过1%。

（3）桩的上下节要焊接牢固，下节桩端安装导向环，确保上下节段的连接，如果桩节间有很大的空隙，则采用钢板焊接，接头间距不能超过2mm。一根桩柱原则上应一次性压实，不能人为中断。压桩必须在压实的同时进行插入。压桩深度的控制应结合压桩力设计高程以及稳定压下沉量等，并依据工程地质情况及设计需要，进行综合考虑。

（4）在进行压桩时，必须保证桩架的牢固和稳定，桩帽与桩体应保持在相同的竖直轴线上，确保桩架不受斜压。采用J422 焊条用于管桩的焊接，进行焊接时，首先采用点焊方式进行焊接，分三次将焊缝焊满，第二次焊接时，应清除上一次焊接时的残渣，并保证焊缝饱满无夹气孔、夹渣等。

（5）桩端的钢帽应清理干净，除去污垢和其它杂物，在焊接时要把四个点都固定好，再进行对称焊，以减小焊接的变形。接桩时应快速、连续地进行沉桩，间隔时间不可过长。

（6）在沉桩过程中，如果出现了突然的变化，要使桩始终在承受轴向压力的状态，必须对偏移进行调整，避免出现断裂和质量问题。如出现位移或桩顶、桩体出现严重裂缝、断裂等情况，应立即停止压桩，并与工程部门沟通，对其原因进行分析，采取处理措施。施工过程中，如果桩发生挤断、隆起、挤偏等现象，必须按跳桩顺序施工，调整压桩速率。

5 结束语

综上所述，静压预应力管桩具有适用范围广、污染小、施工速度快、区域适应性强等优点，适用于具有压缩性或松软土层，桩体穿越一定厚度的土层时，要综合分析桩机的压桩力、土层密度、厚度、形态、土层力学参数、桩型等方面的技术指标。施工中要把控地基处理、测量放样、桩机到位、检查桩位、插桩、桩体对中、静压沉桩、接桩、静压沉桩、送桩、结束压桩、桩质量检查、切割桩等环节的工艺和质量，力求发挥出该技术的潜力，保障建筑工程的建设效果。