预应力管桩在软土地基施工中的质量问题与防治策略研究

吕振声

广州市恒盛建设集团有限公司 广东 广州 510030

引言

随着建筑工程的快速发展，软土地基的处理成为人们一直以来研究的热点。软土地基一般都具有压缩量较高、强度较低等特点，基础施工难度也比较大，处理不好会对工程建设和后续使用造成很大的影响。预应力管桩就是预应力混凝土管桩，这种结构形式的钢管桩受力性能优良，已被广泛应用于各个行业，尤其是在软弱地基上。预应力管桩具有管理方便、使用范围广、成本低、施工效率高等优点，预应力管桩广泛用于了软土地基的工程。

本文结合工程实例，分析预应力管桩在软土地基施工中的质量问题与防治策略研究，为今后工程的开展提供借鉴。

1 施工中管桩地基存在的问题

预应力管桩在软土地基施工中具有非常重要的作用，其中涉及很多学科，包括岩土工程、工程结构、水文地质等，这也使得其施工和设计非常复杂。因此在进行预应力管桩施工的过程中，要综合考虑周围的环境，重点针对工程施工过程中的难点和重点制定详细的方案，通过总结工程经验，得出了目前施工中管桩地基存在的问题：

顶桩位移的情况。大量的管桩结构用于地基的加固上，但是由于地基中的土层没有足够的承载力，易造成顶桩位移的情况出现；再者由于桩位在放线过程中缺失标志或不准确，给施工带来一定的影响，也会造成顶桩位移。

施工过程中未能严格按照规范标准进行作业，导致管桩的施工质量不符合要求。

未能做好施工前的准备工作，缺乏详细的地质勘察资料，也就无法了解施工区域的详细信息。

2 案例简介

案例项目位于南沙区大岗镇广珠路和环城东路交界口以北，蕉门水道西南面。拟建设12栋13层建筑，地下室两层。项目具体建设内容包括住宅、商业、肉菜市场等公建配套。总用地面积34812.87m2，总建筑面积109951.01m2。

基坑周长约721m，考虑承台厚度后基坑开挖深度为8.5m。基础采用预应力高强混凝土管桩基础，PHC桩共计2680根，平均桩长29m，总长约77720m。由预应力高强混凝土管桩（PHC）+承台组成， PHC桩径500mm，壁厚125mm，采用AB型，有效桩长：25-33m，桩端进入持力层不小于2m，单桩竖向承载力特征值：1800kN、抗拔桩单桩竖向抗拔力特征值400kN，拟采用环保锤施打作业。

3 预应力管桩在软土地基施工中的质量问题

3.1 由于施工场地原因导致质量问题

项目用地主要地表水体为鱼塘及北西侧的蕉门水道。属于珠三角冲积平原地貌，其主要含水地层为冲积砂层（粉细砂、中粗砂、砾砂）及基岩风化层。地下水位的变化受地形地貌、地层岩性、地下水补给来源及排泄等因素控制。用地范围内分布较多鱼塘，均为土质塘埂，鱼塘水深约0.8～1.0m，多为当地村民养殖鱼虾等，场内多地表潜水。在原状地貌或开挖后基底施打，没有足够的承载力，施工设备没有稳定操作，对桩身完整性有较大的影响。

3.2 由于桩机操作人员的失误而引起的质量问题

根据勘察报告揭露场地地下水初见水位埋深0.50～2.10m（标高3.64～5.70m）；稳定水位埋深0.40～2.00m（标高3.41～5.70m）；受气候降水影响，水位年变化幅度约1.0～4.0m，最大时局部低洼地段接近地面。

在预应力管桩的施工中，现场技术人员发现，桩机操作人员因为赶工，沉桩速度过快，顺序颠倒，管桩焊接时，出现了焊缝不饱满，冷却时间不足的情况，导致焊缝存在缺陷。焊接后没有足够的时间冷却就进行沉桩，焊缝在富含地下水的土壤中脆化，严重影响焊缝质量[1]。

3.3 预应力管桩承载力设计中的缺陷

与其他桩基相比，管桩间距可以适当扩大，在施打过程中会产生挤土，挤土效应会产生增强桩的偏位、倾斜、桩身上浮等，会对单桩承载力和地基承载以及地基处理效果造成影响。对于常规固结土壤，采用锤击法和静压法施工的桩距不能超过3m，对于桩长区域的土层具有较强的挤压作用。桩距应控制在3.5倍以内。案例项目存在软弱土质，不正确的施工顺序和方式，会影响桩基的承载力。

4 预应力管桩在软土地基施工中质量问题的防治策略

4.1 施工前准备

案例项目经反复比较，最终选择了在原状地貌进行预应力管桩施工，由于场地内地质较差需换填1～2m厚砖渣，确保场地能满足桩机行走和能保证总重量80～90t的管桩运输车辆安全行走，具体情况需根据现场实际情况而定。施打前应确保场地开挖平整至可直接送桩标高，严禁相同区域边开挖边进行管桩施工。还考虑了相应的排水措施，在施工场地内的桩机周围开挖了一条明渠进行排水，以确保桩机的稳定，从而确保了桩的完整性。换填完成后即可进行预应力管桩施工，送桩深度为约8.3m。各施工区段内同时平行施工，由中间向四周对称施打。预应力管桩施打时，桩距等于或小于3倍桩径及承台下桩数多于9根的，均应采取跳打方式施工。

4.2 检验性试桩

试桩主要是为了确定桩贯入度、承载力和持力层强度，为后续施工奠定基础，其作用比较明显。在工程施工前，施工人员需要根据设计中的桩承载力、规格以及长度等，结合施工现场的实际地质条件，进行打桩试验，以获得一系列的信息，确定最终贯入度、停止沉桩控制标准等数值，为后续施工打下基础[2]。

在进行试打桩施工的时候，要符合如下几个方面的条件：①施工人员要对试打桩进行仔细的选择，要选取出地质条件、规格以及长度都具有较强代表性的管桩；②试验桩的施工情况与设计桩基的情况一致；③可以采用高、低应力加载试验，或者采用静态载荷试验，来测定桩的承载能力，从而得到对应的数据。

在对预应力混凝土的承载能力进行分析时，必须充分考虑到成桩过程中产生的材料破坏。在不容许出现裂纹的情况下，采用极限承载力Hcr的统计量乘0.75；如果桩身上有裂纹，则应容许；对于2桩，在不容许产生裂纹的情况下，采用极限统计量HU，进行2桩的水平承载力静载试验（为了更好地反映桩基在水平载荷作用下的真实工作状态，需要同时考虑承台底端的阻力和侧向的抗力）、桩顶的不能旋转的约束条件以及桩基所受的竖向载荷[3]。可以按照设计中的具体需要进行测试。在进行前期的地勘工作之前，应当对地勘工作进行熟悉和了解，并与勘察单位进行及时的沟通，保证项目的质量。

在对施工场地内的表层土质进行测试后，要保证承载力能够满足锤击桩机械施工和移动的过程中，不会产生沉陷。对于部分软土层，可采取提前换填处理，或采用整块钢板铺垫作业。在桩机进场后，要对各部件及仪表进行检测，以保证设备运转安全、正常。在保证设备运转安全、正常后，要按照打桩顺序，移动调整桩机对位、调平、调直。要认真研读地质资料，估算埋深，并按照计划安排，采购适当长度的管桩，每一根管桩进场都要经过质检员、施工员、监理员共同监察，并对其出厂合格证和桩身标志进行检验，一旦发现不合格的管桩，就必须马上撤出，不得使用。管桩的外表品质不能包括：粘胶，麻面，桩身缝线漏浆，内外表面露筋，局部磕伤，表面裂缝，断筋，掉头桩箍，内表面混凝土塌落，接头，桩箍与桩身黏合面漏浆，孔洞，蜂窝。在场地内堆砌管桩时，要选一个离桩机较近，容易接近的地方，堆砌长度不能大于两层。尤其是对于高温的钢管桩，必须等其冷却后才能使用。

施工人员应对桩顶的标高进行严格的控制，通常情况下，预应力管桩的控制主要是两个关键点，一是贯入度；二是标高。应根据地质情况、贯入度、设计桩长和标高等因素来决定施工中的控制沉桩深度。在桩端承载层为黏土的情况下，桩顶的控制主要是控制桩身的标高，其次是控制桩身的贯入度。在桩端持力层是密室砂性土的时候，应该把贯入度控制作为主要内容，而标高控制作为辅助[4]。

4.3 超长送桩措施

在施工过程中专门设计并投入专用送桩器，送桩器的形式采用套筒式，长度达到9m送桩器应具有足够的强度和刚度，且应考虑能尽里减小上拨时的阻力，送桩器应与管桩直径相适应，桩帽宜套入桩顶30～40cm。

必须保证“送桩杆”与桩身的纵向轴线保持致。送桩时，需用两台互为正交的经纬仪观测控制送桩的垂直度。送桩杆与桩顶的接触面间，应加硬木衬垫，防止桩顶击碎。衬垫需经常更换，送桩杆与桩顶接触面要保持密贴。控制送桩深度时，不要加上硬木衬垫的厚度[5]。

为确保周边桩基施工桩位不受影响，送桩达到深度后，送桩杆不要急于拔出，可先将送桩杆拔松动后，待相邻桩入土深度达到拟送桩深度，再将送桩杆拔出。在送桩施工时，送桩器缓缓套在桩顶上后，用经纬仪观察送桩器的垂直度，发现有偏差立即调整，确保桩帽、送桩器、桩身处于同直线上。送桩器内必须放缓冲垫层，垫层必须不小于1cm，不允许在没有放垫层的情况下进行送桩施工用水准仪控制桩顶标高，在送桩前必须对桩顶位移进行测量并记录。送桩器做岀停打标记，并由现场质检员验收确认后进行送桩工作。当桩顶打至接近地面需要送桩时，应测出桩的垂直度并检查桩顶质量，合格后立即送桩。

4.4 土方开挖

土方开挖前，应根据现场的工况，将施工区域内的地下、地上障碍物清除和处理，土方开挖采用机械挖土与人工挖土相结合，以便于更好的保护工程桩不受破坏。案例项目基坑内基本为淤泥或淤泥质土，开挖前进行基坑降水，降水深度为基坑开挖面以下1m，降水可保证淤泥沉降脱水，形成含水量较低的可运输土质。土方及淤泥开挖需在全部工程桩完成并相隔7天后进行，挖土需根据土质的情况，分层均匀进行，挖土过程中桩周边土体高差不宜大于1m。为防止开挖设备碰撞预应力管桩，采用了长臂挖掘机进行开挖，开挖2层土截一次桩头[6]。

5 结束语

由于预应力管桩应用所具备的种种优点，施工单位应该加强对该类型管桩的研究，要在对工程土质条件和综合情况进行深度调查的基础上，根据预应力管桩的特点，将其科学运用到软土地基的施工当中，通过桩位放样、检验性试桩和送桩等方法，将预应力管桩合理运用到软土地基，从而提高地基强度，降低固结沉降问题的发生概率，确保工程施工质量。