复杂岩土地基中静压预应力管桩应用的相关问题分析

王家勇

（武汉市给排水工程设计院有限公司，湖北 武汉 430024）

0 引言

从建筑行业的发展来看，预应力管桩建筑桩基工艺的应用范围是非常广泛的，其具备一定的影响力。考虑到其兼有强度大、质量好、穿透性强、容易检测等方面的优势，现今，在很多建筑项目中能够得到全面推广。从现实角度来看，预应力管桩则是通过一些相对独特的技术而创建的一类预制桩，一般是通过一个细长空心的高强度混凝土制作而成的，一些生产企业运用先张法预应力技术，通过离心制作、蒸汽养护等设计而成，其规格类型丰富，并且品质良好，且具有较高的单桩承载力，所以在成本控制、施工效率等方面的优势非常明显，总之由于其存在非常强的应用性能，所以在施工现场能够广泛运用，并且也愈来愈受到建筑业主们的欢迎与支持，对此在实际操作期间，已经完全取代了灌注桩。不过考虑到一些复杂岩土地基等存在的一些特殊性，如果对静压预应力管桩的应用要求了解不全面，对具体的操作技巧了解不深入，则会出现随意应用与建设等问题，比如露桩、短桩、挤土效应与振动、沉桩期间出现浅层障碍无法持续沉桩等，必然会引发出一些问题及安全隐患，甚至会对施工建设进程造成阻碍与限制。本文站在设计及应用层面，思考复杂岩土地基中引入静压预应力管桩存在的问题，然后结合实践应用要求，总结出具体的应用策略与方法。

1 挤土效应与振动影响

1.1 原因探讨

在静压法施工建设的过程中，一般可以将向其称作为挤土效应。挤土效应是因为沉桩过程中能够让周围的土体结构受到振动，必然会对土的受力状态进行调整与转变，由此会形成挤土效应。考虑到桩机在施工建设期间焊接操作周期长一些，桩接头的频率多，同时焊接品质不佳，施工建设工艺与方法不到位，每天造桩数量集中、压桩速率较高、布桩过于密集，一般会导致挤土效应愈加明显[1]。

一些学者站在理论层面进行分析，挤土效应一般又称作为“浮桩”，管桩在施工建设期间一般会出现地基应力，而且在压桩期间桩体通常会对土体造成一定的挤压，导致地基中出现非常大的超孔隙水压力。在管桩分别相对密集的区域，压桩期间桩体通常会对土体的挤压效应非常明显，由此会导致超孔隙水压力变大。如果场地分布存在非常厚的透水性比较弱的黏土、淤泥等，那么超孔隙水压力的消散周期比较长，必然会导致桩周土体出现垂直隆起、横向位移等变化；由此来看，这一状态必然会对桩周土体造成扰动与重塑，使其结构性能出现破坏，引起土体的工程性质出现转变。如果桩侧摩阻力减小，必然会导致周围桩上浮、错位、断裂等，对基础安全与稳定性等造成破坏。另外，静压预应力管桩引起的浮桩问题，也和地质环境、桩型不科学、布桩太过密集、施工速度滞缓等存在一定的相关性。

1.2 防控策略

（1）必须适量地调整布桩的密度，如果密度比较大的话，则需要选择预钻孔沉桩法进行操作，其孔径通常比桩径明显小约50～80mm，深度一般是桩长的30%～50%。在施工操作期间，必须随钻随打，不过一定要避免出现封闭桩问题。

（2）必须严格调整沉桩的速度，通常需要限定在1m/min以内；结合桩入土的深度变化来看，则需要设计最理想、科学的流水路线，一般是遵循“先长再短、先高再低”等原则。如果桩的密度比较密集的话，同时与建筑物的距离比较远，那么其场地相对空阔一些，必须在中间朝着周围不断辐射；若桩的密度比较大，同时一端与建筑物相贴近的话，必须在周围建筑物的一端进行施工建设，然后慢慢地朝着远处进行推进；结合这一操作秩序进行考虑，则需要尽可能地预防因为基坑周围的防护结构造成土体不能扩散，导致管桩被之后施工建设的管桩挤压等问题出现，也能够规避基坑在压桩期间使土体扩散而挤压周围的防护结构，促使其止水效果不断减弱[2]。

（3）增设袋装的砂井与塑料排水渠，由此能够尽可能地降低超孔隙水压，达到避免挤土问题；增设隔离板或者地下连续墙，尽可能地避免挤土效应。另外，也可以通过增加泄压孔的方式来大大提升超孔隙水压力的消散效率。对于泄压孔而言，其通常需要配置塑料排水板、垂直砂井等。

（4）当沉桩操作期间，必须加强靠近建筑物、地下管道等监测等，针对周围一些相对重要且关键的管道、建筑物等，则需要将其调整成其他桩型。

（5）需要调整施工期间的停歇时长，缩减时间休息期，一般来说摩阻力变大的话，则会对桩机的具体施工造成一定的影响，从而引起沉桩难度加大。也需要尽可能地避免在砂质粉土、砂土等硬土层中实施焊接固定，确定最标准、规范的桩长。在建筑操作期间，必须注意相同承台中的群桩，接头无法再相同截面中，必须互相错开，预防出现土压力、水压力等，避免其对桩身造成剪切破坏等[3]。

（6）加强监测，灵活调整压桩秩序与进度。从对地基侧向位移、地面与桩的隆起、孔隙水压力与周围建筑物变化等观察来看，则需要灵活性地调整压桩秩序，确保其进度等符合标准要求[6]。

2 沉桩期间出现浅层障碍不能持续沉桩

2.1 原因分析

考虑到在勘察地质检测的过程中，并未特别关注浅层障碍物、区域土层分布深度与特性等，引起沉桩问题则会出现浅层的老地基、大孤石等，如果出现深层的硬塑黏土、密实砂层、沙硕石层等问题，一般会导致不能继续施工建设。

2.2 防治策略

首先，在实施打桩操作之前，必须全方位地了解之前的建筑类型及内部结构，同时还需要实施深桩操作处理；针对浅层的障碍物问题，一般需要通过挖掘机进行清理，如果对后续的施工建设造成一定阻力的话，则需要通过钻机把障碍物进行击穿，避免挪动桩架等强迫回板等动作出现。

其次，设置的桩机能量大小一般要符合标准规定，同时还需要与桩径、桩长、地质环境等相吻合，方可满足施工要求，确保能够稳健施工建设[4]。

3 露桩与短桩

3.1 原因分析

在对复杂岩土地基进行施工建设期间，如果静压预应力管桩的持力层变化比较大，且桩身的土层分布失衡，再加上一些兼有地下室的项目同时具有送桩等操作要求。如果整体组织规划与设计等不够具体、完善等，再加上场地地层的标高不合理、配桩不够精准等情况下，在实施项目操作期间，一般会出现露桩、短桩等问题，这必然会出现资源损耗或浪费等问题，甚至还会对整个施工质量造成一定的破坏与阻扰。

3.2 防治策略

（1）确定持力层变化趋势，并客观性地分析持力层性质，在特殊情况下必须要认真进行施工勘察，精准确定各种类型土层的等高线与持力层深度等。

（2）针对各类典型性、特殊性的地层来说，必须要对其实施现场试桩测试，且结合试桩情况来进一步确定成桩的规范化标准与配桩工艺，由此能够尽可能地预防露桩、短桩等问题出现。

4 静压预应力管桩的设计与施工

由于现场预制桩的质量较好，且承载力也非常大，与灌注桩进行对比，优势突出，不过其成本却非常高。另外，因为灌注桩的施工质量比不上预制桩，而成本却明显减少。结合制作工艺等差异性来看，其能够间接地促进钢筋桩的飞跃发展。由此来看，预制桩不但能够在强调方面达到施工作业的基本要求，而且还能够验算桩在起吊运输、吊立、捶打等过程中的应变力等。最重要的是根据一些实验研究能够发现，常规钢筋桩的配置一般与起吊、吊立的强度变化有着密切的相关性。将桩芯剥离出来，必然不会对桩的承载力带来影响，而且还能够节省混凝土的数量，进一步降低起吊重量。若沉桩技术进行改革与创新，则需要把锤击沉桩调整成静压沉桩，这不但能够大大减少锤击沉桩的动力，还能够减少噪声，对优化作业环境、改善城市环境等带来一定的积极作用。所以选择静压预应力管桩已成为静压沉桩工艺改革的一个主流方向与发展态势。

4.1 单桩承载力的计算

对于施工设计者来说，通常需要结合“建筑桩基工艺规范”确定的地质物理指标与承载力之间的关系来计算单桩承载力。一般来说，按照标准规定来看，单桩承载力明显小于单桩静载测试确定的数据，结合其最终的数据来看，大部分已经竣工的建筑工程的沉降量都是有限的，基本上符合建筑行业的规范化应用需求，对此管桩的单桩承载力一般无法结合固定的公式进行统一计算，不然的话会引起项目投入成本增加，甚至会导致消耗变大[5]。另外，在选择预应力管桩的情况下，通常具有一定的便捷性，由于在管桩工厂化加工与设计过程中，桩长一般需要结合埋深的要求进行灵活调整，设计人员在确定桩径、长度等过程中，需要需要将其由工厂拉到施工现场进行测试，无须像预制桩一样需要在现场进行养护1个月乃至到工期，一般来说，在打桩1周后即可给予试打。所以，根据本项目规划与设计来看，则需要选择试打桩和工程桩相融合等策略。

4.2 静压管桩的施工质量检测与控制

在实施静压管桩的过程中，其中一个不容忽视的难题是复杂岩土地基等引发的一系列问题。由于其持力层的坡度是不稳定的，具有起伏不平等特点，一般需要通过开口型桩尖来大大提升桩的嵌岩性能，若要预防桩尖的滑动，选择开口桩尖的最大优势是砂土能够持续性地渗透到桩腔中，利用上挤力、腔壁摩擦力等实现平衡效应，由此能够达到土塞目的，并且也能够进一步地提升单桩承载力。考虑到桩长短各有不一，无法统一调整施工压桩力，必须要对其实施动态性的调整，在给予压桩期间，必须严格、认真、精准地记录压桩时间，同时对压力表进行精准读数，并确定压桩深度，具体来说，必须要对其实施持续压桩，同时还需要严格调整压桩的操作速度，通常是为1～2m/min[6]。

5 工程实践

5.1 工程概况与地质特征分析

拟建项目是地下2层、地上22层综合大厦，建筑面积是32700m2，选择框架-剪力墙结构进行设计。结合地质勘查要求，场地土层的分布是从上至下进行设计，其分别是：杂填土、淤泥层、粉质黏土、砂层、残积粉质黏土、强风化花岗岩等。对于杂填土来说，其上层一般是碎砖块、碎石子、瓦片、混凝土块等，下层大部分是粉质黏土，相对松散、略湿，其厚度一般是在0.3～1.5m。对于淤泥层来说，其厚度一般是在1.6～10.5m；对于粉质黏土来说，其主要是一层具有流塑状粉质黏土层，厚度一般是在3.7～5.8m。砂层一般是指中砂颗粒物，其厚度一般是在1.6～3.5m。残积粉质黏土具有软塑特性，内部包括一层高压缩性土，其厚度一般在0.5～3.6m。对于强风化花岗岩来说，其厚度一般是在6.5～12.5m，其岩面埋深起伏明显，浮动较大。

5.2 工程桩的质量检测

如果按照桩的静载试验来看，其根本目的是有两个：①为确定单桩的承载力等做铺垫。②为检测工程桩的质量、确保能够顺利验收等提供完整且精准的数据与参考凭据。结合我国的一些规范性条例与行业规定来看，试桩数通常不小于总桩数的1%，所以能够确保整个项目符合设计要求。

6 结语

由于预应力混凝土管桩具备质量稳定、适应性强、成本易控制、施工速度快、环保节能等优势，所以能够在业内备受好评与欢迎。不过考虑到管桩基础项目质量控制涉及不同的过程与环节，这是一个系统性的任务，不但需要进行精准勘测与设计、保障桩身质量、科学确定沉桩形式等，而且还需要精准选择合适的施工工艺，施工操作期间必须要选择最科学、最合理的打桩方案，确保其顺序合理，同时还需要在进行原位引孔、复压操作、增设防挤沟与泄压孔等过程中必须灵活性地减弱挤土、浮桩、露桩、断桩等带来的消极影响。由此来看，在具体施工建设过程中，相关技术人员必须要注重施工现场的规范化管理与高效监控，方可最大限度地提升施工效率。