預應力混凝土管樁在生物池軟基處理中的應用

金志斌

(葛洲壩集團第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概述

中國水務江蘇溧陽市第二污水處理廠(一期)工程廠區按地質條件劃分為Ⅰ區和Ⅱ區。I區工程地面下7 m 以內的地基土主要為第四系全新統河漫灘相沖積沉積層和表土層;Ⅱ區工程地質條件相對較差，為第四系全新統古河道相淤積層和表土層，厚度達8余m。根據抗浮計算，粗格柵及進水泵房、生物池、細格柵及曝氣沉砂池、沉淀池、沉淀池配水井及污泥泵房、污泥濃縮脫水機房等部位需要進行樁基處理。在此，重點介紹了預應力管樁在生物池基礎處理中的應用。

2 預應力管樁的設計布置

生物池平面呈矩形，長107.35 m，寬78.6 m，高7 m，壁厚300 mm。生物池基底座落在Ⅰ區③層粉質粘土上，地基承載力特征值fak=150 kPa。生物池抗浮設計水位標高3.6 m，但生物池抗浮水位下埋深近5.45 m，其自重不能滿足抗浮要求，因此，其基礎采用PHC 摩擦樁進行處理，主要起抗浮作用。根據構筑物抗浮計算，生物池基礎采用D=400 mm、長度9 m 和10 m 兩種預應力混凝土管樁進行處理，樁間距及行間距為2.3～2.5 m。在管樁頂部一定深度澆筑填心鋼筋混凝土，管樁頂端及鋼筋深入生物池底板并與底板形成整體。管樁填芯混凝土深度由預應力混凝土管樁抗拔樁試驗后確定。

3 沉樁方法比較及設備選擇

目前預應力混凝土管樁的施工方法主要有靜壓法和錘擊法。靜壓法是利用液壓靜壓樁機本身的重量(包括配重)作為反作用力，克服壓樁過程中樁周土側壁摩阻力和樁端土的阻力，徐徐將樁壓入土中。具有沉樁速度均勻、無噪音、震動小、無空氣污染、晝夜施工等特點。在很多城市市內嚴格要求管樁必須使用靜壓法施工，但壓裝機對場地的地基承載力要求較高，且設備占地面積較大。錘擊法以柴油錘為主，具有施工靈活，樁機對地基耐壓力要求低、進退場容易、施工進度快、效率高、操作方便、地層穿透性能良好等優點。

本項目位于溧陽市郊，工程現場附近有工廠和居民區。因此，從壓樁時段上進行安排，預應力混凝土管樁壓樁主要在白天實施;若根據總體規劃，晚上需要壓樁時，則安排靜壓樁機采用靜壓法壓樁。結合現場總體布置安排，靠近現場辦公區、建筑物(綜合樓)附近及地基承載力和場地滿足要求的區域沉樁時，采用靜壓法壓樁;對于現場辦公區、建筑物附近以外的其它部位，采用錘擊法沉樁。

4 施工順序

生物池東側臨近綜合樓，其余方位場地開闊，因此，進行預應力混凝土管樁壓樁時，按以下原則確定順序:對于生物池距綜合樓較遠的開闊區域，從中間向四周進行并靠近綜合樓一側區域，從臨近建筑物一側開始由近及遠進行。嚴格遵守“先密后稀、先深后淺、先長后短”的原則。

5 沉樁

5.1 準備工作

(1)做好技術準備工作，并對相關人員進行技術、安全及施工進度計劃交底。

(2)開工前，根據施工進度計劃提供管樁等采購計劃并采購到位。

(3)將水源、電源接入現場，電源線架設需滿足安全規范要求。

(4)樁機組裝、驗收并進行空載運轉。

5.2 管樁驗收與起吊、堆放

(1)管樁外觀質量及尺寸檢查。

外觀質量尺寸允許偏差均按GB13476-1999的規定執行。粘皮、麻面面積不得大于樁總外表面積的0.5%;磕損深度不得大于10 mm;不得出現環向和縱向裂縫;不允許出現露筋、斷筋、脫頭現象。若預應力為鋼絲，斷絲和滑脫鋼絲的數量不得大于總量的3%;不允許有空洞和蜂窩;樁端面應平整等。

(2)管樁的起吊采用兩點起吊法。

(3)裝卸時輕起輕放，嚴禁拋擲、碰撞，并固定防止滾落，吊運過程應保持平穩。

(4)運輸過程中及堆放時，樁下墊木設置兩道，支承點的位置設在兩吊點位置，同層的兩道墊木頂面保持在同一水平面上;當重疊堆放時，各層均設置墊木，并保證各層墊木上下對齊;堆放層數不超過三層。

堆放場地選擇在平整堅實的地方，最下層與地面接觸的墊木應加寬;管樁根據樁的規格、長度和使用先后、遠近及樁機行走路線放置，盡量避免二次倒運。

5.3 施工工藝

場地平整→放樣→樁位放點→樁機就位→沉樁→收錘(壓)→移機→填芯混凝土鋼筋安裝→填芯混凝土澆筑→下一循環。

(1)場地平整。

場地平整需滿足設備布置、行走路線及地基承載力要求。被清理的范圍延伸到距建筑物基礎外側2 m 的距離。

(2)定位放樣。

放出需處理的施工范圍，然后放出定位軸線和控制點，控制點應盡量設置在遠離沉樁區域不受干擾的地方，并加以固定保護，鉆機就位。

(3)吊樁。

用吊車從樁堆將樁水平吊運至樁架附近，然后用樁機上的起樁鉤及卷揚機吊樁就位。管樁吊起時要控制速度，避免管樁與樁機碰撞而使管樁受損。

(4)插樁。

待樁起吊提升到垂直狀態后，由人工配合將樁尖準確地放在樁位上，將管樁緩緩插入土中約1 m 左右后停止施壓。用經緯儀從成90°的兩個方向檢查并調直樁身的垂直度，且控制樁身垂直度偏差在0.5%以內。

(5)沉樁。

①沉樁時，繼續用兩臺經緯儀交叉檢查樁身垂直度，邊校正樁身垂直度邊往下沉樁，避免由于樁身傾斜產生管樁損壞。因地層較軟，初打時下沉量較大，采取低提錘輕打幾下，隨著沉樁加深，沉速減慢，起錘高度可漸增。打樁連續施打，間歇時間不宜過長，以防止樁周土固結，增大沉樁的阻力。當采用錘擊法遇到沉樁困難時，可置換大號柴油錘，采用“重錘低擊”的措施予以解決。

沉樁過程中，詳細觀察周圍建筑物的沉降或上升情況，在建筑物上設置觀察點，利用遠處的固定水準點進行對比分析，從而確定沉降或上升情況。避免對綜合樓、正昌路路面及大橋結構造成不良影響。

②沉樁過程中，遇到下列情況時應停止沉樁，并經分析研究、采取措施后方可以繼續施工:

a.貫入度發生急劇變化或打樁機振幅異常;

b.樁身突然傾斜移位或錘擊時回彈嚴重;

c.樁頭破碎或樁身開裂;

d.附近地面有嚴重隆起現象;

e.樁架發生傾斜或晃動。

(6)送樁。

經過抗浮計算，生物池地基采用一根樁長處理即可滿足池體抗浮要求。

為使管樁達到設計標高，決定采用送樁器送樁。送樁器用鋼板制作，設計送樁器的原則是沉入阻力不能太大，容易拔出，能將錘擊(或靜壓)力有效地傳到樁上并能重復使用。當樁的樁頭距地面1～1.2 m 時，安裝送樁器繼續沉樁至設計標高。

(7)收錘(壓)標準。

錘擊摩擦樁采用樁長和貫入度雙控制，以設計樁長為主，貫入度為輔。最后貫入度的確定需根據試驗樁的結果用水準儀測量樁頂標高，確定最后1 m 每10擊的下沉量和總錘擊數。沉樁時應詳細、準確地填寫沉樁記錄。

靜壓摩擦樁應達到樁端設計標高及靜壓力雙控制(以標高為主，靜壓力為輔)。

6 管樁檢測

當預應力混凝土管樁打到設計標高后，對樁進行以下項目的檢測:

(1)小應變測試法。

施工結束后，按樁總數的20%進行小應變測試，檢測樁的完整性。

傳感器安裝:傳感器安裝時，必須確保傳感器的軸線與樁身的縱軸線平行;將傳感器安裝在樁平面中心位置，必須與樁粘接良好，在樁中心距的1/2處錘擊激發。

數據采集:首先檢查設備性能，待其正常后方可使用;使用能產生低頻的力錘并在現場進行激振方式和接收條件的選擇試驗;對每一根被檢測的單樁最少應進行三次以上的重復測試。

經檢測，所有預應力混凝土管樁十分完整，未出現斷樁現象。

(2)試樁、抗拔力檢測。

正式施工前，須進行試樁以確定管樁的單樁抗拔力。試樁數量為3根。直徑400 mm、9 m 樁長單樁抗拔力特征值為215 kN，試樁荷載為單樁抗拔力特征值的2倍，即430 kN。

預應力混凝土管樁施工完成后，也按照《建筑基樁檢測技術規程》JGJ106-2003進行抗拔檢測。

試樁及抗拔檢測結果表明:抗拔承載力特征值達到430 kN，滿足設計要求。

7 填芯混凝土

沉樁完成并經檢測合格后，按設計要求安裝填芯鋼筋及樁端錨筋、灌注填芯混凝土，填芯混凝土標號比生物池相應部位底板混凝土高一級。樁端、填芯鋼筋及樁端錨筋伸入生物池底板，底板混凝土澆筑后與管樁形成整體。

8 結語

通過預應力混凝土管樁在生物池基礎處理中的應用，成功解決了池體抗浮問題。與其它處理方式相比，具有速度快、效果好、質量優等顯著特點，在類似項目應用中具有十分廣闊的前景。