高层建筑深基础之预应力管桩的施工技术探讨

中达建设集团股份有限公司 鲍小会

在高层建筑中，使用到的深基础类型比较多，有条形和十字交叉的基础、箱型的基础、片筏的基础、桩墩支撑的基础以及桩基础等。在进行深基础施工时，要根据作业地点的地基其土质是否很好，土层的分布是否很均匀、地下水的侵蚀作用是否会对基础材料造成很大的影响、是不是有比较软弱的土层、软土的厚度与位置是多少、有没有暗塘或者是溶洞、古墓、垃圾古井甚至地下水的水位的高低情况等因素，来选择一个比较合理的地基的基础处理的方案。目前，使用预制桩或采用桩墩的支撑作为基础来代替那些天然的地基是一个非常常见的方案。通常情况下，需要设计多种关于基础工程的施工方案，此外还要把各个方案进行在技术和经济上的对比，选择最为合理的一种方法。因此，对于基础方案进行论证通常是对地基的评价的一种自然的延伸和必然的结果。

一、深基础的概念

深基础是埋深较大，以下部坚实土层或岩层作为持力层的基础，其作用是把所承受的荷载相对集中地传递到地基的深层，而不像浅基础那样，是通过基础底面把所承受的荷载扩散分布于地基的浅层。因此，当建筑场地的浅层土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求，而又不适宜采用地基处理措施时，就要考虑采用深基础方案了。深基础有桩基础、地下连续墙和沉井等几种类型。其中以桩基础的利用最为普遍，其发展的速度和技术上的完善也最快，可以说提到的深基础主要指的就是桩基础。

二、预应力管桩的提出

预应力管桩的施工分静压式和打入式。当采用锤击法时，应根据桩径，壁厚，打入深度，工程地质条件及桩密集程度等合理选择桩锤；当采用静压法时，可以根据具体工程地质情况及桩基设计要求合理选择配重，压桩设备应有加载反力读数系统，对预应力混凝土薄壁管桩不宜采用抱压。静压高强预应力管桩具有施工工期短、质量稳定、承载力高、穿透力强、低噪声、无震动、无污染、运输吊装方便等特点，近年来已广泛运用。打入式的工艺与原来广泛使用的普通预制桩基本一致，工艺比较成熟；下面就预应力管桩静压式施工工艺技术进行探讨：

2.1 静压法

静压管桩属大量挤土桩，因而沉桩过程使桩周土的结构严重扰动破坏。静压管桩在静压力作用下，沉入地基土时，桩尖周围土体所受应力超过其抗剪强度，土体变形达到极限破坏。粘性土体产生塑性流动或挤密侧移，砂性土体产生下拖，从表面看，粘性土会向上隆起，砂性土则会被拖带下沉。到了深处土层，由于上覆土层的压力，土体主要向桩周方向挤开，桩周土体产生较大扰动影响，由于力的反作用力，桩身必受到桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗，当桩顶贯入的静压力大于沉桩时的这些抵抗阻力，桩将继续压入下沉，相反，则停止下沉。

2.2 锤击法

桩锤击时对桩身产生的锤击拉应力应小于其有效预压力，当在软土中打桩时，桩端阻力不大，桩顶压缩波向下传递达桩底端，以张力波向上反射，于桩下部压缩波于张力波迭加，故桩身锤击应力不大，不容易损坏.如突然遇到密实的持力层，上部桩四周又都是摩擦力很小的松软层，少了缓冲层，强大的打桩冲击力会全部传向桩尖，并由桩底处再以压力波的形式反射回来，使桩身混凝土容易破坏。根据一些试验结果表明，28d强度的混凝土，当锤击压应力为混凝土强度的75%锤击800次就破坏，当锤击压应力为45%～57%时，锤击2 000次就破坏。一般要求锤击压应力不大于混凝土强度的50%，才可以施工。

三、施工工艺及注意事项

3.1 预应力管桩施工工艺

图1 静压管桩工艺流程图

3.2 预应力管桩施工注意事项

1）桩位测量，测定桩位时，应由专职测量人员在桩位中心打入一根长约30cm的细钢筋，露出地面约5～8cm并扎红布条作为“样桩”。工程上可采用十字形桩尖，为保证桩位准确其桩尖的桩位标定，再采用白灰划一与桩径相同的圆圈，以便对中。

2）压桩机就位。按照打桩顺序将静压桩机移至桩位上面，并对准桩位。静压桩机就位时，应对准桩位，将静压桩机调至水平、稳定，确保在施工中不发生倾斜和移动。桩机就位利用行走装置完成，即是由横向行走（短船行走）、纵向行走（长船行走）和回转机构组成。

3）桩身对中调直。当桩被吊入夹桩钳口后，将桩徐徐下降至桩尖离地面10cm左右为止，然后夹紧桩身，微调压桩机使桩尖对准桩位、并将桩压入土中0.5～1.0m，暂停下压，从两个正交侧面校正桩身垂直度，待其偏差小于0.5%时方可正式压桩。

4) 静压成桩。静压时先将桩压入土中1m左右后停止，调正桩在两个方向的垂直度后，压桩油缸继续伸程把桩压入土中，伸程完后，夹持油缸回程松夹，压桩油缸回程，重复上述动作，可实现连续压桩操作，直至把桩压入预定深度土层中。压桩过程中，当桩尖碰到夹砂层时，压桩阻力可能突然增大，甚至超过压桩能力而使桩机面上抬。

5）终止压桩。对于摩擦桩，按设计桩长进行控制。但在施工前应先按设计桩长试压几根桩，待停置24h后，用与桩的设计极限承载力相等的终压力进行复压，如果桩在复压时几乎不动，即可以此进行控制。

6）静压桩挤土效应防治。合理安排压桩顺序。事先制定有效的沉桩流水路线，群桩施工应先深后浅、先大后小、先长后短，先中央后周边。若桩较密集，且距建筑物较远，场地开阔时，宜从中间向四周进行；若桩较密集，场地狭长，两端距建筑物较远时，宜从中间向两端进行。

7）控制每日压桩数量，以减少孔隙水压力的迭加。采用预钻孔辅助沉桩。预钻孔直径比桩径小100，深度宜为1/3-1/2的有效桩长，施工时应随钻随打。

8）开挖防挤沟，设置应力释放孔，以减少地基土体的变位值。加强施工过程中挤土位移监测及标高监测，以便及时获得第一手资料，对下一步施工进行相应调整。

3.3 预应力管桩质量检测方法

1）桩身完整性检测

预应力管桩桩身完整性检验的方法中低应变反射波法是应用最广泛的一种检测方法，其关键一是准确采集有代表性的波形，二是对采集的波形进行科学准确的分析、判定。完整性检测的抽检数量：柱下三桩或三桩以下的承台抽检桩数不得少于1根。设计等级为甲级，或地质条件复杂。成桩质量可靠性较低的灌注桩，抽检数量不应少于总桩数的30%，且不得少于20根；其他桩基工程的抽检数量不应少于总桩数的20%，且不得少于10根。

2）管桩承载力检测

对单位工程内且在同一条件下的工程桩，当符合下列条件之一时，应采用单桩竖向抗压承载力静载试验进行验收检测：设计等级为甲级的桩基；地质条件复杂、桩施工质量可靠性低；本地区采用的新桩型或新工艺；挤土群桩施工产生挤土效应。抽检数量不应少于总桩数的l%，且不少于3根；当总桩数在50根以内时，不应少于2根。对上述规定条件外的工程桩，当采用竖向抗压静载试验进行验收承载力检测时，抽检数量宜按上述规定执行。

四、结语

混凝土预应力管桩与其它桩基础相比，具有制作工艺简单、质量容易保证、施工方便且速度快、检测方便，经济效益好等特点，深基坑工程作为深基础施工的重要部分，也影响着深基础的施工进度和质量。所以，预制桩要以科学、合理的方法来进行使用，做好深基坑的安全工作，根据工程中地质的具体资料，从工程的相关特性来进行选择和使用，尽量达到效益上的最大化，把技术和经济有机地结合起来。真正达到经济上最大的收益。