預應力管樁在軟土地基施工中的質量問題與防治策略研究

呂振聲

廣州市恒盛建設集團有限公司 廣東 廣州 510030

引言

隨著建筑工程的快速發展，軟土地基的處理成為人們一直以來研究的熱點。軟土地基一般都具有壓縮量較高、強度較低等特點，基礎施工難度也比較大，處理不好會對工程建設和后續使用造成很大的影響。預應力管樁就是預應力混凝土管樁，這種結構形式的鋼管樁受力性能優良，已被廣泛應用于各個行業，尤其是在軟弱地基上。預應力管樁具有管理方便、使用范圍廣、成本低、施工效率高等優點，預應力管樁廣泛用于了軟土地基的工程。

本文結合工程實例，分析預應力管樁在軟土地基施工中的質量問題與防治策略研究，為今后工程的開展提供借鑒。

1 施工中管樁地基存在的問題

預應力管樁在軟土地基施工中具有非常重要的作用，其中涉及很多學科，包括巖土工程、工程結構、水文地質等，這也使得其施工和設計非常復雜。因此在進行預應力管樁施工的過程中，要綜合考慮周圍的環境，重點針對工程施工過程中的難點和重點制定詳細的方案，通過總結工程經驗，得出了目前施工中管樁地基存在的問題：

頂樁位移的情況。大量的管樁結構用于地基的加固上，但是由于地基中的土層沒有足夠的承載力，易造成頂樁位移的情況出現；再者由于樁位在放線過程中缺失標志或不準確，給施工帶來一定的影響，也會造成頂樁位移。

施工過程中未能嚴格按照規范標準進行作業，導致管樁的施工質量不符合要求。

未能做好施工前的準備工作，缺乏詳細的地質勘察資料，也就無法了解施工區域的詳細信息。

2 案例簡介

案例項目位于南沙區大崗鎮廣珠路和環城東路交界口以北，蕉門水道西南面。擬建設12棟13層建筑，地下室兩層。項目具體建設內容包括住宅、商業、肉菜市場等公建配套。總用地面積34812.87m2，總建筑面積109951.01m2。

基坑周長約721m，考慮承臺厚度后基坑開挖深度為8.5m。基礎采用預應力高強混凝土管樁基礎，PHC樁共計2680根，平均樁長29m，總長約77720m。由預應力高強混凝土管樁（PHC）+承臺組成， PHC樁徑500mm，壁厚125mm，采用AB型，有效樁長：25-33m，樁端進入持力層不小于2m，單樁豎向承載力特征值：1800kN、抗拔樁單樁豎向抗拔力特征值400kN，擬采用環保錘施打作業。

3 預應力管樁在軟土地基施工中的質量問題

3.1 由于施工場地原因導致質量問題

項目用地主要地表水體為魚塘及北西側的蕉門水道。屬于珠三角沖積平原地貌，其主要含水地層為沖積砂層（粉細砂、中粗砂、礫砂）及基巖風化層。地下水位的變化受地形地貌、地層巖性、地下水補給來源及排泄等因素控制。用地范圍內分布較多魚塘，均為土質塘埂，魚塘水深約0.8～1.0m，多為當地村民養殖魚蝦等，場內多地表潛水。在原狀地貌或開挖后基底施打，沒有足夠的承載力，施工設備沒有穩定操作，對樁身完整性有較大的影響。

3.2 由于樁機操作人員的失誤而引起的質量問題

根據勘察報告揭露場地地下水初見水位埋深0.50～2.10m（標高3.64～5.70m）；穩定水位埋深0.40～2.00m（標高3.41～5.70m）；受氣候降水影響，水位年變化幅度約1.0～4.0m，最大時局部低洼地段接近地面。

在預應力管樁的施工中，現場技術人員發現，樁機操作人員因為趕工，沉樁速度過快，順序顛倒，管樁焊接時，出現了焊縫不飽滿，冷卻時間不足的情況，導致焊縫存在缺陷。焊接后沒有足夠的時間冷卻就進行沉樁，焊縫在富含地下水的土壤中脆化，嚴重影響焊縫質量[1]。

3.3 預應力管樁承載力設計中的缺陷

與其他樁基相比，管樁間距可以適當擴大，在施打過程中會產生擠土，擠土效應會產生增強樁的偏位、傾斜、樁身上浮等，會對單樁承載力和地基承載以及地基處理效果造成影響。對于常規固結土壤，采用錘擊法和靜壓法施工的樁距不能超過3m，對于樁長區域的土層具有較強的擠壓作用。樁距應控制在3.5倍以內。案例項目存在軟弱土質，不正確的施工順序和方式，會影響樁基的承載力。

4 預應力管樁在軟土地基施工中質量問題的防治策略

4.1 施工前準備

案例項目經反復比較，最終選擇了在原狀地貌進行預應力管樁施工，由于場地內地質較差需換填1～2m厚磚渣，確保場地能滿足樁機行走和能保證總重量80～90t的管樁運輸車輛安全行走，具體情況需根據現場實際情況而定。施打前應確保場地開挖平整至可直接送樁標高，嚴禁相同區域邊開挖邊進行管樁施工。還考慮了相應的排水措施，在施工場地內的樁機周圍開挖了一條明渠進行排水，以確保樁機的穩定，從而確保了樁的完整性。換填完成后即可進行預應力管樁施工，送樁深度為約8.3m。各施工區段內同時平行施工，由中間向四周對稱施打。預應力管樁施打時，樁距等于或小于3倍樁徑及承臺下樁數多于9根的，均應采取跳打方式施工。

4.2 檢驗性試樁

試樁主要是為了確定樁貫入度、承載力和持力層強度，為后續施工奠定基礎，其作用比較明顯。在工程施工前，施工人員需要根據設計中的樁承載力、規格以及長度等，結合施工現場的實際地質條件，進行打樁試驗，以獲得一系列的信息，確定最終貫入度、停止沉樁控制標準等數值，為后續施工打下基礎[2]。

在進行試打樁施工的時候，要符合如下幾個方面的條件：①施工人員要對試打樁進行仔細的選擇，要選取出地質條件、規格以及長度都具有較強代表性的管樁；②試驗樁的施工情況與設計樁基的情況一致；③可以采用高、低應力加載試驗，或者采用靜態載荷試驗，來測定樁的承載能力，從而得到對應的數據。

在對預應力混凝土的承載能力進行分析時，必須充分考慮到成樁過程中產生的材料破壞。在不容許出現裂紋的情況下，采用極限承載力Hcr的統計量乘0.75；如果樁身上有裂紋，則應容許；對于2樁，在不容許產生裂紋的情況下，采用極限統計量HU，進行2樁的水平承載力靜載試驗（為了更好地反映樁基在水平載荷作用下的真實工作狀態，需要同時考慮承臺底端的阻力和側向的抗力）、樁頂的不能旋轉的約束條件以及樁基所受的豎向載荷[3]。可以按照設計中的具體需要進行測試。在進行前期的地勘工作之前，應當對地勘工作進行熟悉和了解，并與勘察單位進行及時的溝通，保證項目的質量。

在對施工場地內的表層土質進行測試后，要保證承載力能夠滿足錘擊樁機械施工和移動的過程中，不會產生沉陷。對于部分軟土層，可采取提前換填處理，或采用整塊鋼板鋪墊作業。在樁機進場后，要對各部件及儀表進行檢測，以保證設備運轉安全、正常。在保證設備運轉安全、正常后，要按照打樁順序，移動調整樁機對位、調平、調直。要認真研讀地質資料，估算埋深，并按照計劃安排，采購適當長度的管樁，每一根管樁進場都要經過質檢員、施工員、監理員共同監察，并對其出廠合格證和樁身標志進行檢驗，一旦發現不合格的管樁，就必須馬上撤出，不得使用。管樁的外表品質不能包括：粘膠，麻面，樁身縫線漏漿，內外表面露筋，局部磕傷，表面裂縫，斷筋，掉頭樁箍，內表面混凝土塌落，接頭，樁箍與樁身黏合面漏漿，孔洞，蜂窩。在場地內堆砌管樁時，要選一個離樁機較近，容易接近的地方，堆砌長度不能大于兩層。尤其是對于高溫的鋼管樁，必須等其冷卻后才能使用。

施工人員應對樁頂的標高進行嚴格的控制，通常情況下，預應力管樁的控制主要是兩個關鍵點，一是貫入度；二是標高。應根據地質情況、貫入度、設計樁長和標高等因素來決定施工中的控制沉樁深度。在樁端承載層為黏土的情況下，樁頂的控制主要是控制樁身的標高，其次是控制樁身的貫入度。在樁端持力層是密室砂性土的時候，應該把貫入度控制作為主要內容，而標高控制作為輔助[4]。

4.3 超長送樁措施

在施工過程中專門設計并投入專用送樁器，送樁器的形式采用套筒式，長度達到9m送樁器應具有足夠的強度和剛度，且應考慮能盡里減小上撥時的阻力，送樁器應與管樁直徑相適應，樁帽宜套入樁頂30～40cm。

必須保證“送樁桿”與樁身的縱向軸線保持致。送樁時，需用兩臺互為正交的經緯儀觀測控制送樁的垂直度。送樁桿與樁頂的接觸面間，應加硬木襯墊，防止樁頂擊碎。襯墊需經常更換，送樁桿與樁頂接觸面要保持密貼。控制送樁深度時，不要加上硬木襯墊的厚度[5]。

為確保周邊樁基施工樁位不受影響，送樁達到深度后，送樁桿不要急于拔出，可先將送樁桿拔松動后，待相鄰樁入土深度達到擬送樁深度，再將送樁桿拔出。在送樁施工時，送樁器緩緩套在樁頂上后，用經緯儀觀察送樁器的垂直度，發現有偏差立即調整，確保樁帽、送樁器、樁身處于同直線上。送樁器內必須放緩沖墊層，墊層必須不小于1cm，不允許在沒有放墊層的情況下進行送樁施工用水準儀控制樁頂標高，在送樁前必須對樁頂位移進行測量并記錄。送樁器做岀停打標記，并由現場質檢員驗收確認后進行送樁工作。當樁頂打至接近地面需要送樁時，應測出樁的垂直度并檢查樁頂質量，合格后立即送樁。

4.4 土方開挖

土方開挖前，應根據現場的工況，將施工區域內的地下、地上障礙物清除和處理，土方開挖采用機械挖土與人工挖土相結合，以便于更好的保護工程樁不受破壞。案例項目基坑內基本為淤泥或淤泥質土，開挖前進行基坑降水，降水深度為基坑開挖面以下1m，降水可保證淤泥沉降脫水，形成含水量較低的可運輸土質。土方及淤泥開挖需在全部工程樁完成并相隔7天后進行，挖土需根據土質的情況，分層均勻進行，挖土過程中樁周邊土體高差不宜大于1m。為防止開挖設備碰撞預應力管樁，采用了長臂挖掘機進行開挖，開挖2層土截一次樁頭[6]。

5 結束語

由于預應力管樁應用所具備的種種優點，施工單位應該加強對該類型管樁的研究，要在對工程土質條件和綜合情況進行深度調查的基礎上，根據預應力管樁的特點，將其科學運用到軟土地基的施工當中，通過樁位放樣、檢驗性試樁和送樁等方法，將預應力管樁合理運用到軟土地基，從而提高地基強度，降低固結沉降問題的發生概率，確保工程施工質量。