靜壓預應力管樁施工技術在地基處理中的應用

馮 偉

（太原供水集團有限公司，山西 太原 030009）

0 引言

樁基是建筑物的地基，它直接關系到建筑物的整體質量和安全。靜壓預應力管樁是一種基礎樁型，它具有污染小、施工速度快、區域適應性強等諸多優點，在工程施工中得到了廣泛的應用。靜壓預應力管樁在工程建設中能夠很好地滿足環境保護的需要，具有很好的應用前景，是工程質量的重要保證。為了進一步提高工程質量，必須確保靜壓預應力管樁的施工質量。基于此，本文以某建筑工程靜壓預應力管樁施工為例，對靜壓預應力管樁在地基處理中的施工流程以及質量控制要點進行分析，以供相關人員參考。

1 工程概況

某建筑工程共27 層，其中地下1 層，地上26 層，建筑總高度為93.65m。該建筑由2 層圓形裙樓、5 層附屬樓、26 層主樓組成，建筑的總面積為32118.2m2，其中地上建筑面積27476.1m2，地下建筑面積4642.1m2。地基土層為較厚的淤泥質土層，該工程的樁基工程安全等級為1 級，施工單位通過對施工現場的實際情況調查分析后，決定采用靜壓預應力管樁施工技術進行地基處理。

2 靜壓預應力管樁施工技術概述

2.1 靜壓法沉樁機理

靜壓法是一種常用的軟土地基處理方法。在沉樁時，樁頭對基礎產生了直接的沖擊和破壞，而樁基的直接剪切破壞也一直伴隨或提前發生。在此沖剪作用下，孔隙水在一定程度上會形成非均質水頭，造成超孔隙水壓力，對土體的結構產生干擾，使約1/2 的樁身抗剪強度降低，出現較大程度的稠化（砂土、粉土）或軟化（粘性土），使其重新成型，使靜壓樁能夠順利地向深層土輸送。在沉樁期間，若樁體停止，則部分孔隙水壓將消失，樁周土發生徑向固結，進而增加樁周土的致密性，增加樁側土的摩擦，尤其是擾動后，樁端抗力增加，并且隨著時間的推移，其強度回復也隨之增加。因此，在靜壓沉樁施工中，不能中途休息，如果需要接樁，則要考慮淺層接樁，盡量避免在好的地基上停留。靜壓樁屬于擠土樁，在進行壓樁時，會增加樁周土體的密度，其擠土效應取決于樁的間距、截面形狀和特性[1]。

2.2 靜壓法沉樁適用范圍

靜壓法沉樁一般適用于具有壓縮性或松軟土層，樁體穿越一定厚度的土層時，要綜合分析樁機的壓樁力、土層密度、厚度、形態、土層力學參數、樁型等方面的技術指標。在4000kN 以上的壓力下，壓樁機（見圖1）能穿過5～6m 厚的中密或致密的土壤。對于中等規模的壓樁機，其承載力大于2400kN，其通過砂層的能力有限，必須進行壓樁的可行性分析。在巖溶區，也可以采用靜壓樁。在此類地區，鉆孔樁法施工比較困難；采用鉆孔樁，容易夾持；用打樁，容易打碎，只有靜壓樁才能進行緩慢的壓入，可以反映樁體的抗力，但在溶溝或者巖溶區，溶洞多、孤石多、障礙多的情況下，應慎重選用靜壓樁。壓樁力在600kN 以下的小型壓樁機，主要應用于粉細砂層、粉土層、粉土層、粉土層等[2]。

圖1 靜壓樁機施工的原理示意圖

3 靜壓預應力管樁施工流程

在進行試樁后，按以下步驟進行預應力管樁的施工：地基處理、測量放樣、樁機到位、檢查樁位、插樁、樁體對中、靜壓沉樁、接樁、靜壓沉樁、送樁、結束壓樁、樁質量檢查、切割樁、灌注管樁內部的細石混凝土。圖2 為靜壓預應力管樁施工流程。

圖2 靜壓預應力管樁施工流程

3.1 施工場地的平整

本項目管樁場地的設計要求是以設計的碎石褥墊層為基礎，再加上35cm 的工作墊層來找平，地基平均承載力約為35kPa。采用YZ26T 振動壓路機進行碾壓，使場地碎石褥墊層平整、致密。

3.2 樁位布置及測量定位

按照設計圖紙進行管樁基礎的加固及布樁。該項目樁身設計間隔2.5m，以正方形排列。由專業的技術人員用全站儀對放線的中線進行測量，指定好沉樁位置，然后在樁位中央插入一根長度不小于20cm 的短鋼筋釘，用紅色的繩子標記，并做好編號，誤差不能超過樁身直徑的四分之一。

3.3 管樁的采購、吊運及堆放

（1）檢查并堆放管樁。進場時，應對鋼管樁的出廠證書、檢測報告進行檢驗，對樁體進行全面的檢查。最多可堆放4 根管樁，并堆放在平整、牢固的場地，應有良好的防滑防滾保護。

（2）選擇有資質、有實力、業績優良、有穩定質量控制的預制樁廠。所有進場的管樁均應事先或隨車攜帶有效的質量證明資料。管樁樁身必須清楚地標明規格、生產商及生產日期等。

（3）管樁進場后，監理和施工方要對管樁的尺寸、外觀、質量等進行驗收，工程中所用的管樁一般為高壓蒸汽養護，在樁的強度大于C60 的情況下，在出廠之前要進行檢驗。其生產日期、批號、規格等均符合規定。管樁吊裝時，要輕裝，避免發生強烈的撞擊，在搬運過程中，要放置兩塊墊板，并用木楔固定，以防止翻滾。

現場堆砌管樁時，宜在樁端距離樁端1/5 的位置處設置兩個墊塊，底部最外層的管樁要用木楔進行堵漏。堆疊管樁在二層以上時，應使用起重機將其提起，不得直接拖動。圖3 為管樁堆放示意圖。

圖3 管樁堆放示意圖（L為樁長）

3.4 壓樁施工

3.4.1 設備檢查與管樁標識

在壓樁之前，要對壓樁機的各個部件進行仔細的檢查，確保其工作正常。每根樁的基樁都要先焊好樁頭。在樁身上用米標出長度，從下往上依次標出樁長，這樣可以看出樁的埋深及記錄當下的壓強。同時，對壓樁的整個過程進行詳細的記錄。

3.4.2 吊樁插樁

立樁時用壓樁機起重，固定點距樁端1/4 樁的長度。用起重機械將樁頭旋入樁機，對中，并調節垂直度。帶樁頭的第一節樁在插入0.5～1.0 m 時，應嚴格控制管樁的垂直度，并及時調整，誤差不得超過0.5%，可用經緯儀對其進行校正，如有需要，將其拔出并重新插入[3]。

3.4.3 壓樁

打開液壓卡鉗，將樁體夾緊，使其與樁位中心對齊，并調整好位置，再進行壓樁；每次沉樁高度為一樁，然后反復進行沉樁，使一段樁體完全沉樁；接著進行焊接樁，接著進行第二、三段的沉樁，這樣就能實現單樁的施工。

樁機指揮員與主機操作員配合，實現了對中后樁垂直度的調整及樁身垂直度的調控：首先用長水平尺量測，再用線錘沿兩側90°角進行觀測，并對樁體垂直度進行調整，垂直度誤差不超過0.5%方可沉樁；在沉樁期間，要對樁身的垂直度進行監測，若發現樁身偏差超過1%，要及時調整。

3.5 接樁

在接樁過程中，接頭數量不得多于3 個。在靜壓樁距地面0.5～1.0m 處，停止靜壓，然后進行接樁。在接樁過程中，在下段樁的樁端要設置導向環，使上段樁放置在適合的位置，上下段樁必須保持平直，中線的偏差不能超過2mm，節點的彎曲失高不能超過樁長的0.1%。

如果上下樁間有間隙，則用楔形鋼板全部墊緊并焊牢；在焊接管樁前，先用鐵刷把上、下兩面的表面清掃干凈，直到其坡口有金屬光澤為止。

采用分層焊法，在坡口周圍先安排6 處對稱的焊點，然后3 名焊工以120°角的角度進行焊接，上下樁節固定好后，將導環拆掉，然后分層進行焊接，要確保各層焊接厚度一致，焊層不能低于3 層。

在進行下一層焊接前，必須先清除內壁上的焊渣，坡口槽處的焊接應滿焊，焊料的厚度要比坡口高1 mm 左右，焊縫要逐層檢查，要均勻連續，不得有氣孔、夾渣等缺陷，并符合《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB 50205-2001 中的二級焊縫要求。

焊接好的樁頭在自然冷卻8min 后進行靜壓，不得使用水冷卻或焊后立即打孔，在自然冷卻后，所有的接頭都要涂上涂料，以防腐蝕。

3.6 送樁或截樁

送樁機的外型應與承壓樁的外型尺寸相符，具有一定的強度和剛性，通常采用一種圓型的鋼柱。在送樁時，送樁機的軸向和樁身必須保持一致。在送樁機上，按現場實測的地表標高，將送樁器上的送樁深度提前標示，然后用水準儀進行跟蹤觀察，使管樁精確達到設計高度。同時在送樁機上最后的1m 處定位，并對最終的壓強進行詳細的記錄。管樁暴露在地表時，必須進行截樁。截樁時，應采用專門的截樁器，切勿用大錘橫向撞擊。在完成送樁后，對下根管樁進行機械位移調節。

3.7 終止壓樁

一般情況下，送樁壓力為設計壓樁力的1.3～1.5倍，在達到標準后，維持正常壓力10min 并且沉降量不大于2mm/min 即可終止壓樁。在同一種地質條件下，當發生靜壓力明顯增大或降低等異常現象時，應立即停止施工，并向監理匯報，如有必要，應增加靜力觸探等施工勘察的補鉆數據，找到原因后實施相應措施。在完成管樁工程后，如出現高出地面的樁頭，應采取防護措施，防止施工機械的沖撞。在機械開挖過程中，必須對鏟斗的入土深度進行嚴格的控制，以免造成樁頂破壞。

3.8 樁帽的施工

在完成管樁工程后，應向監理單位報告并進行復合地基的承載力測試，通過后才能進行樁帽工程。

在樁的頂端開挖已填埋的砂礫，開挖的深度、寬度以及長度應根據樁的設計高度和樁帽的設計尺寸來確定。開挖后再進行打磨，形成砂礫狀的土模。

在樁頂下30cm 處插上木塞，保證樁塞的穩定，防止滑動，同時，按照設計要求，對鋼筋籠和樁蓋進行加固，并對保護層的厚度進行嚴格的控制。經過檢驗、混凝土的灌漿和維護，在混凝土澆注時，尤其是在預應力管樁的施工中，必須進行振動夯實。

4 靜壓預應力管樁施工質量控制要點

靜壓預應力管樁的施工不僅要嚴格按照流程和工藝施工，還要在質量控制要點上下足功夫。

（1）樁帽與樁身之間、送樁器與樁之間應有合適的彈性墊圈，樁帽、壓樁器與樁身之間的間距為5～10mm。

（2）樁機安裝完畢后，要將樁頭的垂直調整控制在0.5%以內，然后進行壓樁，并隨時對樁身的垂直度進行測量，如有明顯的誤差，應及時停止，調整好后再進行加壓。樁身壓實后，垂直度不宜超過1%。

（3）樁的上下節要焊接牢固，下節樁端安裝導向環，確保上下節段的連接，如果樁節間有很大的空隙，則采用鋼板焊接，接頭間距不能超過2mm。一根樁柱原則上應一次性壓實，不能人為中斷。壓樁必須在壓實的同時進行插入。壓樁深度的控制應結合壓樁力設計高程以及穩定壓下沉量等，并依據工程地質情況及設計需要，進行綜合考慮。

（4）在進行壓樁時，必須保證樁架的牢固和穩定，樁帽與樁體應保持在相同的豎直軸線上，確保樁架不受斜壓。采用J422 焊條用于管樁的焊接，進行焊接時，首先采用點焊方式進行焊接，分三次將焊縫焊滿，第二次焊接時，應清除上一次焊接時的殘渣，并保證焊縫飽滿無夾氣孔、夾渣等。

（5）樁端的鋼帽應清理干凈，除去污垢和其它雜物，在焊接時要把四個點都固定好，再進行對稱焊，以減小焊接的變形。接樁時應快速、連續地進行沉樁，間隔時間不可過長。

（6）在沉樁過程中，如果出現了突然的變化，要使樁始終在承受軸向壓力的狀態，必須對偏移進行調整，避免出現斷裂和質量問題。如出現位移或樁頂、樁體出現嚴重裂縫、斷裂等情況，應立即停止壓樁，并與工程部門溝通，對其原因進行分析，采取處理措施。施工過程中，如果樁發生擠斷、隆起、擠偏等現象，必須按跳樁順序施工，調整壓樁速率。

5 結束語

綜上所述，靜壓預應力管樁具有適用范圍廣、污染小、施工速度快、區域適應性強等優點，適用于具有壓縮性或松軟土層，樁體穿越一定厚度的土層時，要綜合分析樁機的壓樁力、土層密度、厚度、形態、土層力學參數、樁型等方面的技術指標。施工中要把控地基處理、測量放樣、樁機到位、檢查樁位、插樁、樁體對中、靜壓沉樁、接樁、靜壓沉樁、送樁、結束壓樁、樁質量檢查、切割樁等環節的工藝和質量，力求發揮出該技術的潛力，保障建筑工程的建設效果。