預應力管樁在不良地質軟基處理中的應用

趙曉濤 中國電建市政建設集團有限公司

1 前言

隨著我國基礎設施、城鎮建設的不斷加快，施工過程中遇到的地質條件越來越復雜，尤其在城區內施工時，還要考慮噪聲等因素的影響。預應力管樁由于其施工高效、質量可靠、較為經濟的優點在鐵路建設、建筑施工、市政工程、公路工程等領域得到了廣泛應用。經過不斷的實踐積累，預應力管樁是目前在軟基處理中一種較為成熟的施工手段。預應力管樁選用高強度混凝土在廠家預制而成，一般為中空厚壁結構，在出廠前增加好設置的預應力鋼筋，借助其樁側摩擦阻力和樁尖端承力復合作用來提升承載力。但在不良地質區域施工時，由于施工情況復雜，施工水平不一，經常出現質量問題，造成工期影響、造價影響，嚴重者引起重大工程問題，因此分析預應力管樁施工中出現的質量問題，提前采取相應預防措施，具有重要的工程意義。

2 沉樁方式比選

管樁施工方式分為靜壓法施工及錘擊法施工，根據場地要求、環保要求、施工成本等進行綜合比選，選擇適用于本工程的沉樁方式。

2.1 靜壓法施工

靜壓法施工是利用壓樁機的自重和機架上的配重提供反力將預制樁壓入土中，不會產生錘擊打樁機施工時的振動，施工時噪聲小、對周邊居民影響小，但是同時靜壓法施工對場地平整度要求比較高，施工成本相對較高。

2.2 錘擊法施工

錘擊法施工就是利用柴油錘、液壓錘等樁錘的反復跳動，產生向下的沖擊力，結合樁體自身的重，克服預制樁的側壁摩阻力和樁端土層的阻力，將樁施打到設計標高的一種施工方法[1]。施工時對場地要求相對較低，具有墊層平整度要求低、相同條件下造價低等優點，但是其產生的噪聲對周邊環境影響較大。

以安徽省某市政公園工程為例，本工程預應力管樁主要應用于棧橋、船坊、泵站等下部結構施工，設計工程量1078根，型號為PHS-300（130）AB型方樁，混凝土強度等級C80，根據區域地質特性，計算管樁有效樁長10m~12m，樁尖進入的土層主要為礫砂、圓礫土層內，同時考慮本工程預應力管樁工程量大，現場場地平整度差，本工程采用錘擊法施工，本文主要介紹錘擊法施工相關內容。

圖1

圖2

3 施工準備

施工前做好各項準備工作，包括檢查預制樁材料質量、現場儲存、技術交底等，查驗打樁機感測器機器設備是否完好無損，樁機承重與設計方案承載能力是否一致，確保進場材料優質、現場儲存得當，施工方法無誤，提高預制樁施工水平。

預制樁混凝土需要切實做到100%抗壓強度之后才可以運送到現場，對預制樁的外形進行檢查，并對其誤差及抗裂纖維性進行詳細檢測，主要對其是否存在明顯的豎向及橫向縫隙、是否出現歪斜等進行查驗，判斷其是否滿足規范及圖紙要求，檢查商品產品合格證、檢驗報告是否齊全，不合格產品禁止進入施工現場。預應力管樁運送到現場后應根據樁位設計就近停放，若近期無法施工需集中進行存放，現場堆放時應綜合考慮施工布置、現場運輸道路、樁距尺寸、樁的密集度，將預應力管樁堆積齊整，合理布局，堆積場地要求牢固平整，堆放時高度不允許超過2層，方便后期吊裝。通過開展技術交底及安全技術交底，將方案要求落實到位，要嚴格依照施工計劃方案施工。

正式施工前應先進行試樁，試樁數量根據圖紙及規范要求選取，設計無要求時，一般不少于工程樁數量的1%，且不少于5根，試樁一般在工程樁位置打樁，后期兼做工程樁使用。依據試樁的檢測結果，對施工方案進行調整，確保施工過程中各項參數適合場地情況。

4 錘擊樁工藝流程

錘擊樁施工工藝流程一般為：測量定位-底樁就位、對中、調直-錘擊沉樁-接樁-錘擊-再接樁-打至持力層-收錘。

施工之前要對基準線與基準點進行精確測量，確保樁機施工不受影響的前提下，設置經緯儀進行測量校核，樁的吊裝精確定位，可應用樁架附設的起重設備鉤吊樁，吊裝的時候應當牢固捆住，吊裝點滿足結構力學的原理要求，在與樁頂部相距0.2m的部位設置起吊，吊裝繩與樁中間需要添加相應的墊片，吊裝之時需要均勻起吊，避免發生振動與撞擊。

起吊時將樁錘提升到預定高度，在將樁緩慢吊起，高度應低于樁錘高度，將樁與樁冒固定，初始施打時應緩慢用力，采用重錘低擊的原則，控制初始的落距不宜過大，保證首次施打入土深度不大于50cm，此時通過經緯儀校核樁身垂直度，參數符合要方可正常打樁。沉樁時先利用自身重量將樁靜壓至抬架，再啟動柴油錘施打，將樁打架2m~3m時再度調節樁身垂直度，首節樁垂直度誤差在0.5%之內，如果不符合垂直度要求應將樁拔出并再次進行施打，整根樁的樁身垂直度誤差不可超出1%，施工過程中如果出現貫入度反常，樁體破損等異常情況，要求立即停止施工，原因調查清楚采取合理措施后方可繼續施工，不得強行扮樁糾偏，以防樁身開裂[2]。

本工程收錘原則主要以標高、貫入度作為控制指標，樁頂標高允許誤差為±10mm，當設計樁端位于強風化砂礫巖時，主要通過貫入度控制，當沉樁貫入度已符合規范要求，但樁端未達到設計標高時，應繼續錘擊貫入100mm或30~50擊，其平均貫入度不應大于控制貫入度，當設計樁端土層為礫砂、圓礫土時，主要通過標高控制，當樁端達不到設計標高時應用貫入度作為校核[3]。貫入度控制應滿足規范要求，最后貫入度不宜小于20mm/10擊，并連續測量3次。收錘后施工人員應會同監理人員及有關人員共同檢查樁內壁有無明顯的破損，并做好記錄。

5 常見質量問題及預防措施

5.1 樁機施工產生擠土效應，造成成樁質量不合格

預應力管樁施工過程中，打樁機將樁打進土中，由于樁對土的擠壓作用，改變了原貌土的受力狀態，導致樁尖下土體縮小形變，施打過程中土相對于樁的摩擦阻力隨著打入深度不斷變大，當樁尖土地受力超過其極限狀態時，土體會發生大幅度形變，導致樁四周的土向水平方向擠開，樁四周一定區域內土體應力狀態全部被破壞。其在軟土地基中施工時，不同于粉砂土地基，土質條件差，滲透系數小，在施工過程中超靜孔隙水壓力不能有效消散，會產生嚴重的擠土變形，容易造成樁身傾斜、樁位偏移等工程質量問題。

施工中由于擠土效應導致的樁身損壞比較常見，屬于質量關鍵控制點，要引起高度重視，提前做好各項預防措施，在高密度布樁區要在樁位區域合理布設應力釋放孔，最大程度縮小對樁周土體的影響，加快超靜孔隙水壓力有效消散；設計單位應合理選擇樁型及樁距，對飽和土及非飽和土采用不同的最大平面布樁系數。

5.2 收錘標準不清晰，造成樁身疲勞破損

在預應力管樁施工過程中，如何確定收錘標準是重中之重，常見收錘標準控制指標為貫入度控制及樁頂標高控制，但實際施工過程中，由于地質環境的復雜性，經常會出現未達到設計標高但貫入度已經很小的情況，如果堅持按標高控制收錘標準，容易導致錘擊次數過多，樁身產生疲勞破損。也會出現已達設計標高，但貫入度依舊很大的情況，這種情況下容易產生預應力管樁單樁承載力不足的情況，需要聯系各參建單位到場結合樁基檢測報告共同出具處理意見。

采用單一的標高控制或貫入度控制都不是最恰當的收錘標準控制措施，因為在軟土地基中施工，摩擦樁的受力主要來自樁周的側摩阻力，受樁長影響會導致差異較大。所以施工過程中要采取標高控制與貫入度控制相結合的控制方法，施工中要根據項目實際情況總結試樁及前期施工最后三陣與最后每陣貫入度，作為施工中的重要參考。

5.3 打樁順序及打樁速度安排不合理，造成樁上浮或偏位

施工過程中，施工速度越快、每日施工量越大，土體中應力疊加效果越顯著，容易導致土體的隆起和側移，隆起效果較為嚴重時，預應力管樁樁身隨之被抬高，導致整體樁身受力發生變化，承載力不能滿足施工要求[4]。施工過程中往往因為工期進度而忽視每日施打數量這一關鍵指標。施工中應合理安排打樁順序及打樁速度，根據樁位設置先完成場地中間位置預制樁施打，后打四周的樁，對于間距較小的樁采取跳打，嚴格控制現場單日沉樁量，做好現場施工信息化監測工作，時刻觀測樁的施工各項參數，對出現上浮的樁及時處理。

針對偏位、傾斜甚至斷樁等施工質量常見問題，要根據不同工程地質條件、質量問題產生原因、樁基靜載實驗及樁身完整性實驗檢測結果綜合判斷，選取不同的處理措施，針對偏位問題采取糾偏措施，針對上浮問題，采取復壓、錘擊復打、壓密注漿、補漿等處理手段保證樁基施工質量。

6 結束語

預應力管樁具備成樁品質靠譜、經濟收益明顯、施工安全性高、作業高效等優點，在不良地質中進行地基處理的應用越來越廣泛，但是施工中出現的問題也比較多，設計單位及施工單位都要提前充分考慮在軟土地基中施工可能出現的質量問題，提前采取措施加以防范，當出現質量問題時，要高度重視，不要出現僥幸心理，及時采取相關措施，保證工程質量。