先張法預應力靜壓管樁的應用和檢測

摘要：先張法預應力管樁在建筑樁基中大量使用。重點介紹了混凝土預應力管樁性能類型、特點及適用范圍，施工工藝、施工技術要點、質量驗收及檢測技術，并結合實際工程介紹了預應力管樁在施工中應注意的問題。

關鍵詞：靜壓管樁 適用范圍 施工技術 檢測技術

中圖分類號：TU473.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)12(a)-0000-00

1 引言

先張法預應力管樁已在建筑地基基礎處理中運用，經過十多年來的改進和完善，其設計和施工技術已相對成熟，并在我國各大工程的應用中得到了證明。該項技術在施工過程中具有噪音低、無震動、無污染、施工快等特點，具有技術先進、安全適用、經濟合理、質量易控制等特性。隨著建筑業的蓬勃發展，新材料、新工藝、新技術的不斷涌現，先張法預應力管樁也由原先的低壓樁力(800～1600kN)發展到高強(C80)型高壓樁力(800-6000kN)，其樁徑也由原來的小規格(Ф300～400mm)發展到現有的大規格樁徑(Ф300~1000mm)。本文重點介紹了混凝土預應力管樁材料性能及適用范圍、施工工藝及技術、驗收檢測中的控制要點。

2 預應力管樁類型和適用范圍

2.1 預應力管樁類型

預應力管樁包括預應力混凝土薄壁管樁(代號PTC，混凝土強度≥60MPa)、預應力混凝土管樁(代號PC，混凝土強度≥60MPa)和預應力高強混凝土管樁(代號PHC，混凝土強度≥80MPa)三種，樁長一般為7~15m，短樁根據施工需要可直接由廠家專門制作。PC樁和PHC樁外徑一般為300mm、350mm、450mm、550mm、600mm、800mm和1000mm等規格，壁厚一般為60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、100mm、110mm、130mm和140mm等幾種。PTC樁外徑一般為300mm、350mm、400mm、500mm、550mm、600mm、700mm 和800mm等規格，壁厚為50mm、55mm、60mm、70mm和80mm等幾種，也可根據設計要求委托廠家另行制作。樁尖形式根據不同的地質情況采用封口型(又分為十字型和圓錐型)和開口型。工程中應用較多的為PHC樁，常用PHC管樁的技術指標如表1所示。

2.2 適用范圍

管樁適用于抗震設防烈度≤7度的地區，當用于8度地區時，所選樁型的各項力學指標滿足建筑物樁基的實際受力狀況時可選用。管樁適用于素填土、雜填土、淤泥、淤泥質土、粉土、粘性土、碎石土等，不適用于密實且較厚的砂土層及風化巖層。一般選擇較硬土層作為樁端持力層(如強風化或全風化巖層，堅硬粘性土層、密實碎石土、砂土、粉土層等)。樁端全面進入持力層的深度(不包括樁尖部分)對于粘性土、粉土不宜小于2.5d，砂土不宜小于2.0d，樁基以下硬持力層厚度不宜小于4.0d（d為樁身截面直徑）。管樁用于摩擦樁或端承摩擦樁穿越堅硬土層較薄時，宜選用A、AB型樁，當用于端承樁或摩擦端承樁且需穿越一定厚度較硬土層時，宜選用AB、B型樁。

3 施工技術實例

3.1 施工準備

3.1.1 工程概況及場地要求

本工程建筑面積5萬平米，框架結構，抗震設防烈度7度，安全等級為二級。施工前將場地大面積深度積水通過專用泵站抽干后，土質呈松軟淤泥狀，且有下陷性，項目監理機構進場后發現不利于樁機作業，監理機構向業主提出了場地必須先進行處理后方可施工，后經業主采納回填800～1000mm厚建筑垃圾。由于西側距農民群體宅基地較近，且這些民房多為磚混式空斗墻結構，結構性能較差，為防止擠土效應對這些建筑物的影響，施工之前先在樁基位置外側開挖防震、防擠地溝。

3.1.2 機械選擇

靜壓樁機選擇見表2，因本工程樁徑為Φ300～400，壓樁力為1600kN，單樁承載力最高1050kN，施工單位申報，經監理確認選擇3YZYl60—180型樁機。

3.1.3 材料準備

管樁進場應提供生產廠家資質證書，材料質保書和檢測報告，混凝土強度應達到100％的設計值，且混凝土齡期應大于7d (錘擊施工應大于14d)。管樁的堆放應保證場地平整，堆放時應設墊枕，墊枕中心位置離樁兩端0.207L處（L為樁長），并設置防滑、防滾措施。堆放層高控制：Φ400mm樁≤5層，Φ400mm～Φ500mm樁≤4層，Φ500mm～Φ600mm樁≤3層，Φ700mm～Φ800mm樁≤2層等。樁進場后應逐個驗收，監理工程師應對外觀質量及尺寸偏差進行驗收，可潑水檢查樁身是否有裂縫，其尺寸允許偏差見表3。

3.2 壓樁技術

3.2.1 工藝流程

靜壓預應力管樁施工工藝流程為：測量定位→樁基就位→壓第一節樁→焊接接樁→壓第n節樁→終壓→移機。

3.2.2 測量定位及樁機就位

根據規劃紅線圖，結合設計樁位圖進行樁位的平面放樣，并在有利位置選擇幾個控制點，利于檢查與核對，同時將主軸線引測至樁基施工場區以外，標注上各軸線名稱，測量放樣完畢自檢合格后，填寫定位放線驗收記錄表，報監理工程師復驗。

靜壓樁機移至壓樁位置，將樁機調整水平，并將夾樁器的中心對準樁位中心。

3.2.3 壓樁

壓好第1節樁是保證整根樁施工質量的關鍵，第一根樁的定位及垂直度應嚴格控制。樁機正、側兩方向10～15m處設置兩臺垂線架或設立經緯儀觀測樁身前后、左右的垂直度，樁插入土中定位時的垂直度控制在0.5％之間，若超過此偏差值應將樁拔起，重新調整機身水平度。

施工過程中經常遇到地下障礙物影響正常壓樁，遇到此類情況，淺表障礙可用人工或挖土機進行清障，障礙清除后重新覆土沉實后再施工。也可采用送樁桿進行引孔，一般比較脆弱的障礙物均能擊穿或擠偏到一邊。如無法清障的情況下應報設計重新調整樁位。

每根樁應一次連續壓(送)到底，接、送樁中間不得無故間歇，盡量縮短休歇時間，盡可能避免在接近設計持力層時接樁。

樁帽與送樁桿底端接觸處應設置彈性襯墊，未能壓到設計標高，高出地面的樁應及時截除，防止機械碰撞或影響樁機行走，切不可用做拉錨點。送樁遺留的樁孔應及時覆蓋，防止樁機行走地面下陷及土石掉入樁腹腔內或給行人帶來安全隱患。

壓樁過程中，注意觀察樁尖入土情況，同時觀察油壓力表，控制壓樁阻力，調整樁機壓力同步平衡，壓入第一節時，暫停送油壓，復測樁身垂直度后方可繼續施壓，施工過程中應實事求是地記錄好壓樁時間及壓入每米樁長的壓力表讀數，以判斷壓樁質量及承載力。

當遇到壓力值突然下降、樁身混凝土剝落、破碎、樁身突然傾斜、位移、樁周涌水、地面明顯隆起、鄰樁上浮或位移、壓樁力在終壓時仍達不到設計值或壓樁長度未達到設計值時壓樁力已滿足要求等情況下，應對照地質資料分析查找原因，以便妥善處理壓樁過程中遇到的問題，必要情況下暫停壓樁，并及時與設計、監理等有關人員聯系，研究處理方案。

3.2.4 接樁

接樁焊接應滿足《鋼結構工程施工及驗收規范》(GB50205-95)二級焊縫的要求，本工程接樁采用CO2氣體保護焊，依靠焊絲和焊件之間產生電弧來熔化金屬進行焊接，此種焊接方法能保證焊接過程中的穩定性。CO2的純度要求不低于99.5％，否則會影響焊縫物理性能和產生氣孔。

管樁焊接時，其入土部分樁身的樁頭宜高出地面0.5～1.0m，以方便操作。對接前應用鋼絲刷清上、下樁節的端板，坡口處應刷至露出金屬光澤，上下對接偏差≤2mm。

如采用電焊條焊接時，焊條宜采用E43，焊接層數宜為三層，不得少于二層，內層焊渣必須清理后再施焊外一層。焊接時宜先在坡口周圍上對稱點焊4～6點，兩人對面對稱焊接，焊縫必須連續飽滿，不中斷，盡量縮短壓同一根(節)樁的停頓時間。

焊好的焊接接頭應自然冷卻后，才能繼續沉樁，自然冷卻時間不應小于8min，嚴禁用水冷卻和焊好即沉，焊接應按隱蔽驗收進行，焊好后報監理工程師驗收，并填寫預制樁隱蔽驗收記錄。

4 質量控制要點

管樁在吊運時應輕吊輕放，嚴禁碰撞、滾落，吊點位置在樁身兩端0.207L處。施工時吊點位置控制在0.293L處。管樁堆放超過2層時應用吊機取樁，嚴禁拖樁，不超過2層時可用廢舊輪胎等彈性材料保護樁端進行拖拉取樁。

壓樁順序應自中間向兩個方向或四周對稱施打，根據設計標高打樁順序先深后淺。

為避免和減少沉樁擠土效應對四周建(構)筑物、地下管線等影響，在施工大面積密集群樁時，可采用以下輔助措施，同時對周圍建筑物的變形進行監測，并做好記錄：①在場地四周開挖防震、防擠地溝，并可與其他防護措施結合使用；②設置隔離板樁或地下連續墻；③全部或部分群樁可采用引孔沉樁；④設置袋裝砂井或塑料排水板，以清除部分超孔隙水壓水；⑤盡可能采用開口型樁尖。

對有孤石較多的地質部位的樁的施工可采用送樁桿先進行引孔，再壓樁，配樁時應根據地質報告和實際情況確定配樁計劃，并考慮同一承臺的樁接頭位置應錯開，壓樁過程中，應控制沉樁速率，以減少地基中孔隙水壓力的增長速率，防止對周圍土體及相鄰樁產生擠壓，使樁位產生偏移，土方開挖時應做好成品保護，編制具有可操作性的土方開挖方案報監理審批，避免挖機在樁頂端及與樁較近的位置行走和挖鏟碰撞樁體。土方開挖應在壓樁結束2周以后進行，采用分層均勻開挖，樁間土盡量采用人工掏挖。

截樁應采用專用割樁器截割，嚴禁采用大錘敲擊或用挖機扳拉截樁。

5 檢測和驗收

5.1 檢測

樁基的檢測數量、檢測方法及受檢樁的選擇應符合《建筑基樁檢測技術規范》(JGJl06-2003[S])規定，并由建設、設計、監理、施工四方相關人員共同選樁，形成選樁記錄，必要時邀請質監及有關專家共同參與。

5.1.1 靜載檢測

(1)檢測數量

當①設計等級為甲級、乙級的樁基；②地質條件復雜、樁施工質量可靠性低；③本地區采用的新樁型或新工藝，這三種情況有一種時應采用靜載試驗檢查單樁豎向抗壓承載力，檢測數量同一條件下不少于3根，且不宜少于總樁數的1％，當工程樁在50根以內時不應少于2根。

(2)檢測數據分析和判定

單樁豎向抗壓極限承載力Qu可按下列方法綜合分析確定：1)根據沉降隨荷載變化的特征確定：對于陡降型Q-S曲線，取其發生明顯陡降的起始點對應的荷載值。2)根據沉降隨時間變化的特征確定：取S-lgt曲線尾部出現明顯向下彎曲的前一級荷載值。3)對于緩變型Q-S曲線可根據沉降量確定，宜取S=40mm對應的荷載值；當樁長大于40m時，宜考慮樁身彈性壓模量；對于直徑大于或等于800mm的樁，可取S=0.05D(D為樁端直徑)對應的荷載值。

單樁豎向抗壓極限承載力統計值的確定應符合下列規定：1)參加統計的試樁結果當滿足其極差不超過平均值的30％時，取其平均值為單樁豎向抗壓極限承載力。2)當極差超過平均值30％時，應分析極差過大的原因，結合工程具體情況確定，必要時可增加試樁數量。3)對樁數為3根或3根以下的柱下承臺，或工程樁抽檢數量少于3根時，應取最低值。

5.1.2 高應變檢測

(1)檢測數量

高應變檢測的目的：①判定單樁豎向抗壓承載力是否滿足設計要求；②檢測樁身缺陷及其位置，判斷樁身完整性類別；③分析樁側和樁端土阻力。高應變抽檢數量不宜少于總樁數的5％，且不得少于5根。

(2)檢測數據分析和判定

單樁承載力的統計和單樁豎向抗壓承載力特征值的確定應符合下列要求：1)參加統計的試樁結果，當滿足其極差不超過平均值的30％時，取其平均值為單樁承載力統計值。2)當極差超過30％時，應分析極差過大的原因，結合工程具體情況綜合確定，必要時可增加試樁數量。3)單位工程同一條件下的單樁豎向抗壓承載力特征值Ra應按得到的單樁承載力統計值的一半取值。

樁身完整性判定可采用式（1）、式（2）計算：

β= (1)

x=c× (2)

式中：β—樁身完整性系數；—缺陷反射峰對應的時刻(ms)；x—樁身缺陷至傳感器安裝位置的距離(m)；Rx—缺陷以上部位土阻力的估計值，等于缺陷反射波起始點的力與速度乘以樁身截面力學阻抗之差值；

Z——樁身截面力學阻抗（kN·s/m）；L—— 測點下樁長（m）；t1——速度第一峰對應的時刻（ms）；

F(t)——t時刻的錘擊力（KN）； V (t)——t 時刻的質點運動速度（m/s）；c——樁身波速（m/s）。

5.1.3 低應變檢測

(1)檢測數量

低應變法檢測的目的：檢測樁身缺陷及其位置，判斷樁身完整性類別。低應變檢測數量不應少于總樁數的20％，且不得少于10根，當遇到施工質量有懷疑樁、設計方認為重要的樁、局部地質條件出現異常的樁或施工工藝不同的樁的情況下應適當增加抽檢數量。樁身完整性可按表5確定。

(2)檢測數據分析與判定

樁身缺陷位置應按式（3）、式（4）計算：

式中：x—樁身缺陷至傳感器安裝點的距離（m）；tx—速度波第一峰與缺陷反射波峰間的時間差(ms)；c—受檢樁的樁身波速(m／s)；’—幅頻信號曲線上缺陷相鄰諧振峰間的頻差(Hz)。

5.2 驗收

土方開挖后，由項目監理機構組織樁基、總包、設計、建設并邀請質監站等單位相關人員組織樁基工程竣工驗收，驗收檢驗批按每臺班、每樁機、同規格進行劃分，對樁位超過規范偏差值的應報設計人員確認是否要重新處理。

6 結語

先張法預應力靜壓管樁正處于推廣應用階段，施工工藝及材料的質量控制是把好工程質量的關鍵。設計人員應根據勘察資料對樁型進行合理選擇；勘察單位對地質較復雜的地段應增加勘察鉆孔，以便為設計提供合理的設計依據；施工企業應加強材料的施工前檢驗及施工工藝的合理設計；監理企業應對壓樁及土方開挖的施工方案進行認真審核，并對樁位的定位、壓樁力及標高、樁身垂直度進行督促檢查。

參考文獻

[1] 江蘇省建設廳《先張法預應力混凝土管樁基礎技術規范》.蘇JG／T011-2003[S].

[2] 江蘇省工程建設標準設計站《先張法預應力混凝土管樁》.蘇G03-2003[S].

[3] 《建筑基樁檢測技術規范》.JCJl06-2003[S].