預應力管樁在復合地基工程中的應用

馮小剛

(中鐵十八局集團 第五工程有限公司，天津 300450)

預應力高強混凝土管樁(Prestressed High-strength Concrete Pipe pile)，即PHC管樁是在近代高性能混凝土(HPC)和預應力技術的基礎上發展起來的混凝土預制構件。作為一種新型的基樁，20世紀90年代以來，預應力管樁在廣東沿海地區廣泛應用于工業與民用建筑、橋梁、港口碼頭、水利工程等。據不完全統計，PHC管樁在廣東基樁工程中占70%以上。PHC管樁能夠獲得如此大的應用市場，其主要原因是它具有耐打、耐壓，穿透能力強，單樁豎向承載力高，抗震性能好，耐久性好，造價適宜，施工工期短，施工現場文明整潔等特點。本文結合廣州江高—石井污水處理廠的復合地基工程，對PHC管樁的施工工藝和在施工過程中常見的幾種異常情況的處理方法，進行了簡要的分析說明，可為同類工程提供參考。

1 工程概況

江高—石井污水處理廠位于廣州市白云區大朗村。廠區內改良生化池地貌屬山前平原，場地較平坦、寬闊，現為菜地和桃樹林，地基土大部分為人工素填土和淤積土。改良生化池基礎摩擦端承樁采用 φ400 mm的預應力管樁，PHC樁混凝土等級為C80，型號為AB型，樁壁厚度為95 mm，開口型鋼制樁尖。污水處理廠區內改良生化池總計為2個池共2 132根預應力管樁，單樁豎向承載力特征值要求≥1 000 kN。PHC管樁基礎設計示意于圖1。

根據地勘資料反映，場地內各巖土層自上而下分述如下:

1)人工填土:松散(軟)，土質不均勻，不能作為天然地基基礎持力層。

2)粉質黏土:整個場地內均勻分布，呈可塑狀態，有一定的強度，層厚變化較大(0.5～8.0 m)，無軟弱下臥層時可做天然地基基礎持力層。

3)粉細砂:在場地的部分地段有分布，呈松散 ～稍密狀態，強度較低，局部會輕微液化，一般不能做天然地基基礎持力層;中粗砂:在場地的部分地段有分布，呈稍密～中密狀態，有一定的強度，無軟弱下臥層時可做天然地基基礎持力層;礫砂:在場地的部分地段有分布，呈稍密～中密狀態，強度較高，可做天然地基基礎持力層。

4)強風化層:整個場地均有分布，呈堅硬土狀，半巖半土狀和碎塊狀，強度較高，預制樁的端阻力特征值的經驗值q=3 500～4 000 kPa，是預應力管樁基礎理想的樁端持力層。

5)泥巖中風化:巖心較破碎，呈碎塊狀和短柱狀，層面埋深13.1 m，屬軟巖，巖體破碎，本層可以作為預應力管樁或鉆孔灌注樁樁端持力層。

6)泥質粉砂巖中風化:層面埋深7.3～17.1 m，巖心較破碎，多呈短柱狀和碎塊狀，屬軟巖，巖體破碎，可以作為預應力管樁或鉆孔灌注樁樁端持力層。

以下為灰巖等。

2 PHC管樁靜壓沉樁施工要點

2.1 吊樁和沉樁

1)起吊管樁時，先拴好吊樁的鋼絲繩及索具，然后用索具捆綁住樁的上端，起動機器起吊管樁，使樁尖對準樁位中心，緩緩放下插入土中。

2)樁尖插入樁位后，使其入土一定深度，再調整樁的垂直度，用線錘或經緯儀縱橫雙向校正。樁在入土前，應在樁架或樁身上設置尺寸標記，以便在施工中觀測、記錄。

3)管樁施工過程中，樁身的垂直度偏差不得大于1%，當樁身傾斜率超過1%時，應找出原因并設法糾正。

4)沉樁過程中應觀察樁的進尺情況和垂直度。適當限制壓樁速度，沉樁速度一般控制在1 m/min左右;當地基表層中存在大塊石等障礙物時，要避免壓偏;當樁尖進入硬土層后，嚴禁移動樁架等強行回扳的的方法糾偏;在較厚的黏土、粉質黏土層中應將每一根樁一次連續打到底，盡量減少中間停歇時間，若停歇時間過長，樁周土固結，極易造成沉樁困難。

2.2 接樁

1)采用焊接接樁法。下節樁樁頭須設導向箍以保證上下樁節找平接直，對接前管樁端板表面應用鐵刷子清刷干凈，坡口處應刷至露出金屬光澤，然后沿圓周對稱點焊八處，待上下節樁固定后再拆除導向箍，繼而分層施焊。每個接頭的焊縫不得少于兩層，每層焊縫的接頭應錯開，焊縫應飽滿。施焊完畢須自然冷卻8 min后方可繼續施壓。

2)下節樁施壓后露出地面0.5～1.0 m時即可接樁。接樁時，上下樁節中心線偏差≤2 mm，節點彎曲矢高不得大于0.1%樁長，且不大于20 mm。

2.3 送樁

靜壓送樁的質量控制應符合下列規定:

1)測量樁的垂直度并檢查樁頭質量，合格后方可送樁，壓樁、送樁作業應連續進行;

2)送樁應采用專用鋼制送樁器，不得將工程樁用作送樁器;

3)當場地上多數樁的有效樁長小于或等于15 m或樁端持力層為風化軟質巖，需要復壓時，送樁深度不宜超過1.5 m;

4)當樁的垂直度偏差小于1%，且樁的有效樁長大于15 m時，靜壓樁送樁深度不宜超過8 m;

5)送樁的最大壓樁力不宜超過樁身允許抱壓壓樁力的1.1倍。

2.4 穩壓

當樁進入持力層時，應根據地質資料核對樁尖入土深處的地質情況，然后以設計樁長和最終穩定壓力為控制條件(雙控)，當壓樁機終壓力達到單樁豎向承載力設計值的1.8～2.5倍時，可終止壓樁。最終穩定控制次數可取3～5次，每次約1 min。符合設計要求后，方可移動樁機。沉樁、穩壓后的樁群如圖2所示。

3 PHC管樁靜壓沉樁施工異常情況處理

3.1 穿過較密集卵礫石層的處理

改良生化池設計采用靜壓法施工，施工過程中發現部分樁由于卵石層較密集，雖然可以穿過卵石層，但是對樁身質量、樁端頭板及焊接部分可能會造成損害，而出現三類樁。為了確保沉樁質量，通常的處理方法有以下三種:①當樁尖到達硬夾層時，由于卵石層受振動及側向擠壓，摩擦力漸增，可以停止施打一段時間(一般為10～20 h)，使被壓密卵石層應力得到逐漸釋放，其摩擦力就有回復原狀的趨勢，摩擦力相應減少，靜壓時樁更容易沉入;②認真查閱勘察資料(或進行鉆探)，確定出卵石層的厚度，驗算其是否能達到作為持力層的標準，同時對該樁進行單樁承載力試驗，看其是否能滿足設計要求，如果不滿足設計要求，對該樁進行補樁;③使用鉆機提前鉆進一個一定直徑的鉆孔，以減小沉樁時卵礫石層對樁身的側摩阻力，使管樁順利穿過硬夾層。

通過詳細分析工程勘察資料，根據地層情況綜合采用以上三種方法進行處理，使得各樁都滿足了設計要求。

3.2 爆樁頭的處理

爆樁頭產生的原因有以下幾種:①管樁質量太差;②搬運、吊裝或堆放過程中碰撞損壞;③樁頭混凝土不密實(樁頭處箍筋較密);④打樁過程的施工方法不當，靜壓速度過快;⑤樁帽太大、太小、太深等樁頭尺寸偏差太大或樁帽襯墊材料不符合要求;⑥遇孤石或硬巖面時繼續猛壓或遇厚度較大的硬夾層需貫穿。

在施工過程中，通常的處理方法是在爛樁附近補樁。

3.3 樁身突然傾斜的處理

樁身突然傾斜的原因有以下幾個方面:①地質勘察工作沒有做到位;②在施打大面積密集群樁時，造成先打入的樁擠土產生傾斜;③當樁壓入地下3 m發生傾斜超出允許偏差時，未按規程拔出重壓;④基礎開挖順序不合理，導致 PHC樁在挖土過程中產生傾斜;⑤施工時未對雜填土進行清理或清理不徹底，導致樁機傾斜而致使樁身突然傾斜。

上述①是施工過程中產生樁身傾斜的主要原因，如下沉至一定深度時，由于地質傾斜面較大或樁身遇大的卵石下沉造成樁身傾斜。在施工過程中，遇到孤石或障礙物造成樁身傾斜，最后一般會導致管樁斷裂，遇到這種情況一般是進行補樁，除非經靜載或動測證明單樁承載力可達到設計要求，顯示這樣的樁基礎仍可使用。

3.4 樁身斷裂的處理

樁身斷裂有以下幾個原因:①樁節的細長比過大，沉樁又遇到了較硬的土層;②樁制作時，樁身彎曲超過規定，樁尖偏離樁的縱軸線較大，沉入后樁身發生傾斜或彎曲;③樁入土后遇到大塊堅硬的障礙物，把樁尖擠向一側;④穩樁時不垂直，壓入地下一定深度后，再用移動樁架方法校正，使樁身產生彎曲;⑤兩節樁或多節樁施工時，相接的兩節樁不在同一軸線上，產生了曲折;⑥制作樁的混凝土強度不夠。樁在堆放、吊運過程中產生裂縫或斷裂未被發現。

樁身斷裂預防措施:①施工前應對樁位下的障礙物清理干凈，必要時對每個樁位用釬探了解。對樁構件要進行檢查，發現樁身彎曲超過規定(L/1 000且>20 mm)的不得使用。一節樁的細長比不宜過大，一般不超過40;②在穩樁過程中，如發現樁不垂直應及時糾正，樁壓入一定深度后發生嚴重傾斜時，不得采用移架方法來校正。接樁時，要保證上下兩節樁在同一軸線上，接頭處應嚴格按照操作要求執行;③樁在堆放、吊運過程中，應嚴格按照有關規定執行，發現樁開裂超過有關驗收規定時不得使用。

3.5 沉樁達不到設計要求的處理

原因分析:①勘探點不夠或勘探資料粗略，對工程地質情況不明，尤其是持力層的起伏高程不明，致使設計考慮持力層或選擇樁長有誤，也有時因為設計要求過嚴，超過施工機械能力或樁身混凝土強度;②勘探工作是以點帶面，對局部硬夾層、軟夾層不可能全部了解清楚，尤其在復雜的工程地質條件下，還有地下障礙物，如大塊石、混凝土塊等。壓樁施工遇到這種情況，就會達不到設計要求的施工控制標準;③樁身斷裂，致使樁不能繼續壓入。

預防措施:①詳細探明工程地質情況，必要時應補勘;②合理選擇施工機械、施工方法及壓樁順序;③防止樁身斷裂。

3.6 接樁處松脫開裂的處理

原因:①連接處表面沒有清理干凈，留有雜質、雨水、油污等;②連接件不平，有較大空隙，造成焊接不牢;③焊接質量不好，焊縫不連續、不飽滿或有夾渣;④兩節樁不在同一直線上，接樁處產生曲折，沉樁時接樁處產生集中應力而破壞連接。

預防措施:①接樁前連接部位上的雜質、油污等必須清理干凈，保證連接部件清潔;②檢查連接部件是否牢固平整和符合設計要求，如有問題，必須進行修正;③接樁時，兩節樁應在同一軸線上，焊接預埋件應平整服貼，焊接后，認真檢查一遍，符合要求才繼續壓樁。

4 結束語

廣州污水處理廠采用PHC管樁技術，取得了很好的效果。施工中所有預應力管樁均滿足設計要求，質量可控，達到了預期的目標。

［1］劉瑾瑜，劉明虹.簡述 PHC管樁施工要點［J］.甘肅科技，2005，21(7):151-152.

［2］中華人民共和國建設部.JGJ 94—2008 建筑樁基技術規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

［3］史佩棟.實用樁基工程手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，1999.

［4］徐培軍.靜壓預應力混凝土管樁處理高速公路軟土地基施工技術［J］.鐵道建筑，2008(7):62-63.