預應力管樁在博羅縣巷口排澇站地基處理中的應用

摘 要：目前工程建設中，利用預應力管樁施工工藝有助于提升工程施工質量。本文通過博羅縣巷口排澇站地基處理設計及施工實踐，結合預應力管樁技術特點，詳細介紹了施工工藝流程與具體質量控制措施，總結了施工技術難點和注意事項，以供參考。

關鍵詞：預應力管樁;施工工藝;地基處理

中圖法分類號：TV53+8.2? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0615

1? 工程概況

博羅縣巷口排澇站位于博羅縣羅陽街道巷口村附近，地處東江流域中游，已有排澇站及巷口水閘均建于1957年。此排澇站最初的工程設計是側向進出水的老式臥式泵站，排澇站及巷口水閘至今已運行超過60年，主要機電設備已經超出了正常使用年限，水泵葉輪被嚴重氣蝕，排澇效率極低;電機嚴重老化，配電設備異常簡陋，帶電部分已經裸露在外，存在觸電等安全事故隱患。泵站結構為漿砌石結構，年久失修多處裂縫有漏水，窗戶為木質的已嚴重朽爛，未設防盜網。

目前，巷口排洪渠集雨面積10.5km2，排水閘閘底高程6.30m，根據2018年、2019年的博羅站水位～流量關系資料分析，博羅縣的最高值與最低值相差10倍極度不均，當年10月至次年3月的總降雨量占全年的60%左右。現排澇現設計流量4.7m3/s，裝機3臺，單機125kw，總裝機375kw，閘孔為1孔，尺寸是凈寬3.50m、高度3.50m，且沒有防洪閘。

2? 工程地質條件

（1）巖土分布和結構特征

根據本次鉆孔揭露，地基巖土層自上而下為第四系人工填筑土層（Qml）、沖積沉積層（Qal）及殘積土（Qel）等（下臥基巖未予揭露），按成因時代、巖土分布和結構特征分述如下：

①人工填土層（Qml）

填筑土：呈淺黃色，濕，多呈可塑狀，主要以粘性土為主，含有粉細砂土，粘著性一般，壓實性較好，此層層底高程在4.2～9.6m，最大厚度為7.3m。在鉆探過程中該層共取原狀土樣3組，標準貫入試驗2次，標貫實測擊數均為6.0擊。

②第四系沖積沉積層（Qal）

粉質粘土：淺黃色、淺紅色，飽和，呈可塑狀，局部呈軟塑，主要由粉粒和粘粒組成，粘著性較好，此層層底高程在-7.3～2.4m，厚度為4.5～14.2m。在鉆探過程中該層共取原狀土樣14組，標準貫入試驗11次，標貫實測擊數在5.0～8.0擊之間，平均值為6.2擊。

淤泥質粘土：呈深灰色、灰黑色，飽和，呈軟塑狀，多為淤積粉質粘土，含有機腐殖質，此層層底高程在-7.6～-2.0m，厚度為3.7～9.3m。在鉆探過程中該層共取原狀土樣1組，標準貫入試驗4次，標貫實測擊數均為3.0擊。

粗砂：淺黃色、褐黃色，飽和，稍密～中密狀，主要由粗砂為主，礫砂次之，無膠結，主要礦物成份為石英，透水性強，此層層底高程在-11.3～-5.1m，厚度為2.3～6.0m。

卵石：淺黃色、褐黃色，飽和，中密～密實狀，主要由卵石土為主，礫砂次之，含有少量粘性土，輕膠結，主要礦物成份為石英，透水性較強，此層層頂高程在-11.3～-7.1m，鉆孔揭露厚度為1.3～7.5m。

③第四系殘積土（Qel）

風化殘積土：灰綠色、褐黃色、淺黃色，飽和，可塑～硬塑狀，主要由砂粒組成，含有粘性土，此層層頂高程在-18.8～-15.1m，鉆孔揭露厚度為1.4～5.4m。在鉆探過程中該層共取原狀土樣2組，標準貫入試驗1次，標貫實測擊數為23.0擊。

（2）各土層的的工程地質性質評述

①人工填筑土：埋藏淺，長期受人力和自然力的作用，未經處理不宜作為建筑物基礎持力層;②粉質粘土：埋藏較淺，多呈可塑狀，有一定的承載力，可作為一般建筑物基礎持力層;③淤泥質土：多呈軟塑狀，屬低強度高壓縮性土，未經處理不宜直接作為基礎持力層，作為基礎下臥層時應進行穩定驗算;④粗砂：呈稍密狀，有一定的承載力，但埋藏較深，是良好的樁基持力層和基礎下臥層;該層為強滲透層，但上部為厚層的粘性土覆蓋層，可不進行告特別的防滲處理;⑤卵石：呈稍密狀，有一定的承載力，但埋藏較深，是良好的樁基持力層和基礎下臥層;⑥殘積土：呈可塑狀，抗滲條件較好，但埋藏較深，是良好基礎下臥層。

3? 堤防設計

巷口排澇站及巷口水閘穿堤布置，博羅南堤該段堤防現狀堤頂寬度為3.00～3.50m，堤頂高程15.08～15.25m，防洪不達標。根據《博羅縣城東江大堤南堤加固工程可行性研究報告》，本次設計堤頂高程16.56m，堤頂寬度7.00m，采用瀝青混凝土路面，背水坡坡比約1：2.5，迎水坡坡比約1：3.0，均采用草皮護坡。

4? 基礎處理

根據工程總布置及地質勘察揭示消力池段持力層為淤泥質粘土，厚3.0～9.0m，以下為粗砂層及卵石層。土工試驗結果表明，淤泥質粘土呈軟塑～可塑狀，地基承載力只有40～60kPa，不能作為持力層。因此其消力池邊墻基礎需要進行處理。防洪閘段持力層為粉質粘土，厚度2.20m，下臥層淤泥質粘土層;經計算，地基最終沉降量為S=162.68mm，大于150mm，需進行地基處理。

通常處理淤泥質粘土的方案有復合基礎和樁基礎，本工程對復合地基和樁基礎兩種方案進行比較。

（1）方案一：水泥土攪拌樁復合基礎

采用水泥攪拌樁初選布置方案如下：選用直徑φ500水泥土攪拌樁，樁距1.0m，梅花形布置，共1231根，平均樁長6～12m，共計樁長13 150m。

（2）方案二：預應力管樁基礎

預應力管樁基礎初選布置方案如下：選用直徑φ400預應力管樁，閘室基礎樁間距2.0m，消力池擋墻基礎樁間距2.5m，共布置樁346根，平均樁長6～15m，共計樁長4 053m。

經上述比較，預制混凝土樁方案施工方便、施工進度快、成樁質量有保證。綜合各個方面的因素，推薦采用預應力混凝土管樁方案作為基礎處理方案，宜選用直徑φ400預應力管樁，閘室基礎樁間距2.0m，消力池擋墻基礎樁間距2.5m，平均樁長6～15m。另外消力池底板持力層為淤泥質粘土，基礎采用0.5m厚塊石擠淤處理。

5? 預應力管樁的施工工藝

混凝土預制樁主要有兩種，一種是鋼筋混凝土實心方樁，另一種是先張法預應力鋼筋混凝土空心管樁，一般采取錘擊沉樁、振動沉樁與靜力壓樁等沉樁方法，鋼筋混凝土預制樁能承受較大的荷載，更加堅固具有耐久性，不會受地下水浸泡的影響，并且施工快速，在我國發展比較成熟，并且得到廣泛應用。但是，沉樁對地基土擠推會引起擠土效應，并且打樁時會產生強烈的振動并伴隨著噪音，這樣會對周圍環境造成比較大的影響，與此同時沉樁的深度還會受到沉樁設備與樁體材料的影響，在使用過程中會受到一定限制。

預應力管樁是采用先張法預應力工藝和離心成型法共同制成的一種空心體細長混凝土預制構件，它主要由圓筒形樁身、端頭板，鋼套箍等組裝而成。端頭板是管樁頂端的一塊圓環形鐵板，一般厚度在20mm左右，端板外緣一周留有坡，以供對接時燒焊之用。預應力管樁的底樁端部的樁尖形式主要包括十字型、圓錐型以及開口型，前兩種屬于封口型，通常情況下，影響其承載特性的因素有多種，比如樁側土性、樁徑、開口管樁的壁厚、施工順序等。

6? 淤泥質地層地基處理中預應力管樁出現傾斜的原因及其應對措施

6.1? 預應力管樁出現傾斜的原因

在淤泥質地層地基處理過程中引發預應力管樁發生傾斜的原因可以分為以下三種情況：其一，開挖順序不夠合理，依土層開挖層面來看，若是只使用單向大放坡形式進行開挖，并且現場的底板墊層等一起進行開挖操作，再加還沒有采取合適的支護措施，很容易出現樁體的大部分斷裂。從而引發預應力管樁樁身的大規模平移;其二，開挖措施還不夠完善。在地基部分處理的過程中，大型挖掘機、渣土車等施工時，震動荷載非常大，從而容易導致管樁的側壓力有所下滑，挖機的操作平臺會發生下沉，這將會嚴重使管樁本身的偏位和傾斜程度有所增加;其三，開挖方式不合理。基坑土方開挖需要有一定時長的休止期，由于土方開挖場地受到預應力管樁施工擠土的影響，使整體的土體強度較低。加之工程要趕工期，并且沒有遵循分層開挖的原則，這可能會造成土體的側移，最終導致預應力管樁的偏位現象。

6.2? 預應力管樁傾斜問題的解決措施

為了增加整體的施工進度以及經濟效益，首先，做好項目地質勘查工作的有效落實。項目地質勘查報告務必做到客觀詳細的反映施工區域的地質狀況，為今后的預應力管樁設計提供真實客觀的數據支撐，而對于深厚的淤泥質地層，可以采用換填土或者化學方法進行處理;其次，加強樁基現場施工工作的管理。每個樁位施工完成之后，要與地質勘察報告進行科學合理的對比，計算好配樁的長度與送樁的長度，這樣能控制預應力管樁材料的浪費，進一步降低工程建設的成本。而在樁體長度符合工程鑒定標準的前提下，可以與土體配合形成一個整體，這樣能夠有效降低預應力管樁發生偏移現象的發生概率。施工人員需要嚴格遵循打樁的順序與施工流程，一定要合理控制打樁的速率和數量上的控制。

7? ?預應力管樁施工

（1）測放樁位

預應力管樁施工前，應做好充分的準備去，以確保預應力管樁施工的順利進行。一是要進行測量放線，對建筑物控制點進行校核，無誤后依據控制點施放樁點，要求樁點誤差小于2cm，施放完畢，進行復核，復核無誤后填寫定位測量記錄和報驗申請表申請監理、甲方進行樁位驗收，每根樁施工前采用米尺對其與相鄰樁的位置關系對照圖紙進行校核，以避免擠壓移位、測放錯誤造成樁位偏移。

（2）樁機就位、調正

在壓樁之前，可以應用1臺經緯儀對打樁機進行垂直度調整，使導軌垂直，并在壓樁期間定期校核檢查，以保持導軌的垂直度。

（3）吊樁及樁就位

吊樁時，按安全技術規程操作，吊臂下嚴禁站人，同時防止壓樁機傾斜或樁從鋼絲繩中脫落。樁機就位前，按樁位布置地樁，用圓鋼筋定樁位中心，在樁位上用石灰畫出與管樁外周邊直徑相等的圓形標記;樁機就位，再將樁吊起后樁周對準樁位白石灰圓形標記，以地樁為中心，將樁插入樁位。插樁后，調整樁機、壓樁油缸及樁身，使之成一條直線。

（4）壓下節樁

樁壓入初期，下節樁采用低速壓入，以防遇地面障礙物造成樁位偏移，遇硬土層，適當加大壓樁力，穿過硬土層后降低壓力，防止樁身產生過大拉應力。在這個過程中，隨時注意壓力值變化。

（5）接樁

接樁時，下節樁高出地表0.5～1.0m左右時停壓，提起油缸后，檢查下節樁樁頂有無損傷，清除樁頂雜物，再吊起上節樁對接下節樁;上、下節樁周邊中心對正，上節樁就位后，校正上節樁的垂直度，之后觀察上下節樁接觸面是否合縫，否則調整樁身垂直度或者加入楔形薄鐵于對接縫中，使上節樁保持垂直并平穩后方可焊接，采用上下樁法蘭外周邊焊接;兩名焊工同時焊接;焊條材料規格及質量滿足規范和設計要求;焊接時，先將法蘭四等份點焊固定，然后對稱焊接，焊縫要求連續飽滿;焊好接頭待自然冷卻1min后再繼續施壓。再次，盡可能地縮短接樁時間，預防由于停打時間過長而造成的樁周土重固結，進而給沉樁帶來的不利影響。最后，焊縫完成后，進行驗收，驗收合格后，需降溫1min再打樁。

（6）壓樁至設計要求

樁體焊接及垂直度檢查合格后，涂刷防腐瀝青，繼續壓入。此期間隨時記錄每米壓力值，為工程各方提供詳細的施工參數。同時進行高程測量，測量樁頂標高，確定以后的壓入深度，并標記于送樁器上。放上送樁器，送樁器底面干凈平整，置于樁頂面上，檢查送樁器垂直度后繼續壓樁至設計標高。施工過程中在樁身每米做出標記尺度，對每米的壓力最大值進行記錄，當樁尖進入持力層后記錄最終停壓的壓力值。

（7）停壓標準

以壓力值為主進行控制停壓，以控制樁端設計標高輔助控制。施工前應會同甲方、監理共同進行試壓樁，依據試壓樁參數確定最終可以停壓的壓力值。若貫入壓力超常而樁尖未達到設計標高，及時通知監理、設計和業主，同時做好詳細記錄，包括樁尖標高、壓力值和實際貫入壓力，必要時與有關單位會商確定。

（8）樁措施

如樁頂標高高出設計標高必須截樁時，應確保截樁后管樁質量，截樁時不得使用大錘、風鎬等硬鑿或強行扳拉截樁，應當采用專用的截樁工具進行切割。在等待一段時間之后，停歇完畢后才可以開挖基坑，基坑開挖過程中強化維護措施，做到均勻、分層開挖，以免土體為樁施加過大的側壓力而導致樁身彎曲，進而確保樁身結構方面的完整。

8? ?預應力管樁的適用范圍及優缺點

8.1? ?預應力管樁的適用范圍

根據不同的分類，預應力管樁的適用范圍也不同：（1）預應力高強混凝土管樁（PHC）、預應力混凝土管樁（PC）適用于工業與民用建筑的低承臺樁基礎。公路與橋梁、港口、水利、市政、構筑物等工程的基礎設計也可參考使用;（2）預應力混凝土薄壁管樁（PTC）適用于工業與民用建筑的低承臺樁基礎;（3）PHC樁、PC樁適用于抗震設防烈度不大于7度的地區;若使用于抗震設防烈度較高的地區，則需另行驗算;PTC樁適用于抗震設防烈度小于7度的地區，抗震設防烈度為7度的地區需另行驗算，PTC樁不得用于抗震設防烈度大于7度的地區;（4）當基礎工程的環境、地質條件對管樁有侵蝕性時，應采取有效的技術措施。

8.2? 預應力管樁的優缺點

（1）優點

預應力管樁是預應力技術與離心制管技術相結合的產物，它能夠實現工廠化生產，質量方面比較穩定，并且單樁承載力較高，此外，設計選用范圍廣泛，管樁既適用于多層建筑，又適用于高層建筑，而且在同一建筑物基礎中，還可采用不同直徑的管樁，容易解決布樁問題，充分發揮根樁的承載能力;對樁端持力層起伏變化大的地質條件適應性強。可根據地質條件變化調整樁長，運輸吊裝方便快捷，總之，施工速度快、效率還高。由于預應力管樁有以上的種種優點，一般情況下，軟土、粘性土、粉土、砂土及全風化巖體等地層條件均可采用管樁，在工業與民用建筑、鐵路、公路、橋梁、港口、碼頭等工程中預應力管樁也得到了廣泛的應用。

（2）缺點

其一，施工過程中最常見的問題是樁的偏位和傾斜現象;其二，樁身的斷裂。由于施工中斜樁現象的出現或樁端不平整導致樁端應力集中，使樁帽滑落或樁頭爆裂;樁機施工過程中樁機擅自移動機架進行校正樁位、樁身垂直度，導致樁身斷裂;其三，樁頂碎裂。在沉樁過程中，樁定出現混凝土掉角、碎裂、坍塌甚至樁頂鋼筋全部外露打壞;其四，用柴油錘施工打樁時，震動劇烈，噪音大，擠土量大，會給環境帶來嚴重的污染，采用靜壓法施工可解決震動劇烈和噪音大的問題，但擠土作用仍然存在;其五，打樁時送樁深度受到一定的限制，在深基坑開挖后截余樁較多，但用靜壓法施工，送樁深度可逐漸加大，余樁就會減少。

9? ?結語

預應力管樁是新興的樁基技術類型，已經成為建筑行業的通用技術類型，它能夠有效提高項目的施工速度和效率，能促進綠色環保、高承載力、高質量施工標準項目的建設順利完成。但是，預應力管樁技術使用壽命短，甚至會影響施工的正常進行，因此有必要準確掌握其特性和用途，這樣才能保證施工效果和施工質量水平。

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收稿日期：2021-11-01

作者簡介：胡瑩，女，主要從事水利水電工程設計工作。

Application of Prestressed Pipe Pile in Foundation Treatment of Roadway Drainage Station in Boluo County

Hu Ying

（Huizhou Huayu Water Conservancy and Hydropower Engineering Survey and Design Co.，Ltd.，Huizhou，516000，China）

Abstract：In the current engineering construction，the use of prestressed pipe pile construction technology is helpful to improve the quality of engineering construction. Based on the foundation treatment design and construction practice of Xiangkou Drainage Station in Boluo County，combined with the technical characteristics of prestressed pipe piles，this paper introduces the construction process and specific quality control measures in detail，and summarizes the construction technical difficulties and precautions for reference.

Keywords：prestressed pipe pile;construction technology;foundation treatment