灰巖地區靜壓式預應力混凝土管樁施工方法探討

文｜廣東電網有限責任公司肇慶供電局 姚志光

一、工程概況

肇慶大旺供電局電力生產調度綜合樓位于廣東省肇慶市高新技術產業開發區內，地處灰巖地區，建設用地面積17983平方米，總建筑面積為13987平方米，由十二層的主樓和三層的裙樓組合而成，建筑高度50.6米。

地質勘察布設鉆孔13個，其中技術孔5個，鑒別孔8個，技術孔鉆入完整中風化或微風化巖層約3米，鑒別孔鉆入強風化巖層3～5米。本次鉆探揭露，穩定地下水位埋深為2.4～2.8米之間，地基土主要由素填土Q4ml、第四系沖積層Q4al及石炭系C炭質灰巖、灰巖組成，其中素填土Q4ml、第四系沖積層Q4al的承載力均偏低，強風化炭質灰巖呈灰黑色，富含炭質，巖石風化強烈，巖質硬度低，巖芯破碎，取芯率較低，遇水易軟化，層面深度起伏較大，埋置深度19.22米-28米不等。強風化炭質灰巖、灰巖可作為該工程的良好地基持力層，其中炭質灰巖的承載力特征值的建議值fak為700KPa,樁側（預制樁）摩阻力特征值建議值qsa為100 KPa，樁端（預制樁）阻力特征值建議值qpa為4000 KPa（L≥16米）。

圖1 勘察點平面及地質剖面圖

該工程的樁基設計就是采用的典型的靜壓式預應力混凝土管樁施工法。施工管樁采用的是AB型，樁徑為500毫米，壁厚125毫米，管樁混凝土強度C80，管樁基座持力層是強風化炭質灰巖地層。所以，管樁尖插入持力地層不小于1.5米，單體管樁承載力特征數值為1100kN，管樁有效長度約為25米，總樁數255根。

二、靜壓式預應力混凝土管樁法施工的前期準備

1.此項內容主要涉及的是“三通一平”：即場內通道路、施工用水、施工用電及場地平整工作，對回填場地的大石塊應清除，要求施工場地地耐力≥22T/m2, 并做好排水工作，以確保大噸位樁機行走施工、管樁運輸、堆放的地基剛度要求，防止壓樁時沉陷。

2.靜壓式預應力混凝土管樁法的樁位放樣

（1）靜壓式預應力混凝土管樁法的施工軸線必須嚴格依照事先設計測定的坐標點來進行引測，并且需經過反復的核對確認，軸線控制點位置的設立要不受打樁作業的影響。

（2）根據事先設計確定的樁位圖，按照既定順序對其逐一編號后，依號及尺寸在實際工程點施放。并同時設置好樣樁，便于樁機就位定位。

（3）樁位樁放樣允許誤差1cm，樣樁應保持與地平，周圍要設立標記以利于查巡，并在打樁前要再次進行核對。

（4）在施工范圍內至少要設立4個以上的，不受打樁作業影響的水準點，以便于控制管樁樁頂的標高。同時，每根管樁都應做好標高記錄。

（5）施工時要每壓一排樁，復一排樣樁，防止壓樁擠土對樁位偏差的影響。

3.靜壓式預應力混凝土管樁法施工時對沉樁線路的選定

靜壓式預應力混凝土管樁法施工時對沉樁線路的選定應該根據施工現場的地形、土層以及管樁間的距離、斜樁的方向、管樁架的移動等多項因素來綜合確定。同時，還應該保持每個管樁的入土深度要相差無幾。在施行靜壓式預應力混凝土管樁法進行施工時，因為伴隨著沉入管樁段數的增長，各地層地質在構造中的土體密度也必然會跟著增高。由此造成了土體和管樁表面摩擦阻力的增大，導致施工中壓樁過程所需要的壓入力也逐步增大。為了保證壓樁施工過程中對各管樁的壓力與阻力基本平衡，壓樁施工過程中的壓入線路應該選擇為單向性的。這樣可以在管樁壓入地基土層的過程中，使各地層地質在構造中的土體以自然的形態向外擴張。既可以避免了地基土上溢造成的地表升高現象，又不會產生因為土層的擠壓造成部分管樁產生傾斜，有力的保證了施工管樁群的均勻性與設計符合值。管樁群的沉樁順序見圖2。

圖2

圖3

肇慶大旺供電局電力生產調度綜合樓工程東北向毗鄰市政快速干道，西南面距建筑物及排洪渠較近，管樁的沉入線路應選擇在管樁中心并離排洪渠較近的地方，這樣可以使各土層朝著合理的方向進行排擠，從而盡可能地降低擠土所帶來的效應與影響。為達此目的，我們在施工過程中可采取下列措施：

（1）設置裝砂袋井及排水板，以減少部分孔隙的水壓力，從而減少擠土現象。裝砂袋井的直徑一般要在70-80毫米，間距要在l-1.5米，深度要為10-12米；排水板的深度、間距與袋裝砂井應保持相同。

（2）采取跳打的方式施工。三樁承臺最多允許施工2根工程樁，多樁承臺及核心筒位置采取隔樁跳打方式。剩余未施工工程樁待第二遍回返施工。這樣能有效的緩和樁位密集處的應力釋放。跳打樁間隔時間盡量控制在24h以上。

4.樁尖的選擇

預應力砼管樁的樁尖是單獨預制的，利用螺栓或電焊接于樁身，用來保護并加固預制混凝土管樁，打樁時需要穿透石灰石層、巖石層、堆石層等，加放樁尖有利于沉樁。其型式有一般閉口型、一般開口型和特殊型樁尖等。閉口型樁尖有利于打樁貫入，但它的進樁軸線不如開口型樁鞋那樣準確，而且當持力層為巖層、卵石層或硬結土層時，閉口型樁尖穿透此硬層時可能發生剪切破壞；當持力層很堅硬且顯著傾斜，或當遇到障礙物或大石塊，樁尖可能被打偏從而導致樁身彎折破壞，使用開口型樁尖則可避免上述缺陷。在粘性土層中打樁擠進樁內的土產生的壓力可能將管樁壁撐出縱向裂縫，因而樁尖的形狀和構造應根據不同的地質條件和不同的打樁條件而適當選擇，以利于打樁的順利進行。

考慮到本工程樁基持力層為強風化炭質灰巖，其上部土質分別為素填土和沖積層，經現場實驗，選用四棱錐形樁尖形式如圖3。

樁尖在沉樁過程中是否損壞，應從比較前后打樁的貫入情況來推斷。在打穿中間（硬）層時或最后打進生根層時，應避免樁尖碰到硬層但繼續硬打，致使樁尖打壞，樁身漸漸破碎。本工程總樁數為255條，僅有4條樁報廢，廢樁率為1.6%，使用效果較好。

三、液壓管樁插入的施工方式

1.靜壓式預應力混凝土管樁的施工順序為：管樁樁位的放樣－管樁機的行走就位—復核檢查管樁位置－管樁插入－管樁的對點調直－管樁靜壓沉入－焊接管樁－繼續靜壓沉入－管樁到位－停止管樁壓入－檢測壓入管樁質量。

2.靜壓式管樁沉入

靜壓式預應力混凝土管樁的施工過程中，單體管樁的垂直承受力，是可以通過其最終停止沉入時所受到的壓力值來進行大致的判斷。由于實際土質的不同與差異，單體管樁最終停止沉入時所受到的壓力值有時并不等于單體管樁的終極承載力，所以，必須要通過靜態的承載體的對比試驗后，確定一個參照系數，然后再以此參照系數和最終停止沉入時所受到的壓力值，來計算單體管樁的垂直承受力。如果測算出的其最終停止沉入時所受到的壓力值不能滿足施工設計的需求，就應該馬上進行送壓式加深作業或進行補樁作業，從而來保證樁基的施工與質量。

同時，壓樁時應該把握好最終停止時的條件。在進行基礎壓樁時，壓力表的數值達到單體管樁實際承載力的2倍時，就可以停止進行壓樁了。否則則應該增加管樁長度。

3.接樁，本工程樁基礎采用焊接接樁，其基礎采用的焊接接樁方式及和要求如下：

（1）管樁拼組焊接成整體采用的是端板焊接連接，所以要在焊接前預先對管樁的接頭部分，預埋部件，進行污銹清除。如果管樁焊接點之間的空隙過大，可以采取墊置鐵片的方式進行填實，焊接結合面的空隙應保證不大于2毫米。在進行焊接結合時，要注意首先對四角進行點焊來進行先期的固定，然后再以對稱式的方式來進行焊接，避免和減少在進行焊接時產生的變形現象。同時，焊縫的厚度必須得到充分的保證。進行第一層焊接時必須用Φ3.2毫米電焊條墊底，以保證焊接根部時焊透，進行第二層焊接時才可以使用Φ4毫米或Φ5毫米的粗焊條，也可以采用E4303或E4316的焊條。

（2）焊接處坡口槽的電焊部分，應該采用分層，對稱的環縫方式來進行焊接。并采取必要的有效措施來避免或減少焊接處的變形，同時保證焊接操作時電流及速度的正常化。每層的焊接厚度均勻，焊接殘渣必須完全敲下清除之后，才可以進行下一層的焊接。坡口槽的電焊必須保證是滿焊狀態，厚度要控制在不高出坡口1毫米的情況下，每層焊縫要沒有夾雜殘渣、遺留孔隙、殘邊等缺陷，滿足施工規定的焊縫要求。

（3）管樁銜接時間應該盡量縮短，可設2-3名焊工同時同方向施焊，以避免停打時間過長導致樁周土重固結而影響沉樁。

（4）焊好后的樁接頭待自然冷卻后方可繼續施工，嚴禁用水冷卻或焊好后立即施壓，以避免焊縫接口變脆而打裂。

表1 拼縫允許偏差表

4.對管樁沉入的垂直度的控制

當管樁樁尖沉入土層達到500毫米以后，我們就可以使用經緯儀來對樁機的樁架，進行垂直位置的調整。使其調整后的首節管樁的垂直度，與管樁架與管樁自身保持平行狀態，同時保證其精度誤差要小于管樁長度的1%，才能視其為可壓管樁。并在管樁壓入過程中實時的進行監測，借此來使得管樁架始終保持一定的施工操作精度。如果出現了偏差，應該及時的進行調整。前提是必需保證管樁本身不出現裂縫。必要的時候我們可以拔出管樁，進行重新插入，以利于查找錯誤原因，清除故障。故障清除后再用沙土回填，方可進行再次施工。切不可以采用強行扳正的方式來進行糾正，這樣只會使管樁本身遭受到拉裂進而折斷。

圖4 打樁送樁的垂直度監控示意圖

5.管樁與承載平臺的連接方式應該采取剛性的連接方式，即管樁的樁頭部分均應采用專用工具來進行切割，以保證切口平整和整齊。所以不可以利用管樁本身內固有的鋼筋，來插入承載平臺中，做為連接性的鋼筋來進行運用操作，而是應該在管樁頭部內填充1600毫米的C30細石混凝土，并在得到了充分而均勻的攪拌后，插入6ф14的鋼筋與承載平臺相連接。

四、樁基檢測

1.低應變反射波法試驗

為普查肇慶大旺供電局電力生產調度綜合樓工程樁基的樁身結構完整性，并為樁基靜載試驗、鉆芯法和高應變法動測試驗確定樁位提供依據，建設單位委托了廣東省建設工程質量安全監督總站對本工程的基樁進行了低應變反射波法試驗，按照《建筑基樁檢測技術規范》的要求，樁基工程樁身結構完整性試驗的抽檢數量不應少于總樁數的20%，且不得少于10 根，檢測的結論是，不存在Ⅲ類樁以上的缺陷，達到了良好的成樁效果。

2.單樁豎向抗壓靜載試驗

為確定工程樁的豎向承載力是否達到設計要求，當地建設局建設工程質量檢測站對本工程的基樁進行了單樁豎向抗壓靜載試驗，按照《建筑基樁檢測技術規范》的要求，在相同的條件下檢測數量應少于三根，并且要不少于總管樁數的1%，當管樁總數控制在了50 根以內的時候，則不應該少于兩根。本工程設計單樁承載力特征值為1100kN，靜載試驗最大加載到2200kN，測試樁最大的總沉降量為14.08mm，沉降量均較小，綜合分析，基樁極限承載力Qu≥2200kN，承載力特征值滿足設計要求。