预应力混凝土管桩在生物池软基处理中的应用

2012-08-15金志斌

四川水力发电 2012年2期

金志斌

(葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概述

中国水务江苏溧阳市第二污水处理厂(一期)工程厂区按地质条件划分为Ⅰ区和Ⅱ区。I区工程地面下7 m 以内的地基土主要为第四系全新统河漫滩相冲积沉积层和表土层;Ⅱ区工程地质条件相对较差，为第四系全新统古河道相淤积层和表土层，厚度达8余m。根据抗浮计算，粗格栅及进水泵房、生物池、细格栅及曝气沉砂池、沉淀池、沉淀池配水井及污泥泵房、污泥浓缩脱水机房等部位需要进行桩基处理。在此，重点介绍了预应力管桩在生物池基础处理中的应用。

2 预应力管桩的设计布置

生物池平面呈矩形，长107.35 m，宽78.6 m，高7 m，壁厚300 mm。生物池基底座落在Ⅰ区③层粉质粘土上，地基承载力特征值fak=150 kPa。生物池抗浮设计水位标高3.6 m，但生物池抗浮水位下埋深近5.45 m，其自重不能满足抗浮要求，因此，其基础采用PHC 摩擦桩进行处理，主要起抗浮作用。根据构筑物抗浮计算，生物池基础采用D=400 mm、长度9 m 和10 m 两种预应力混凝土管桩进行处理，桩间距及行间距为2.3～2.5 m。在管桩顶部一定深度浇筑填心钢筋混凝土，管桩顶端及钢筋深入生物池底板并与底板形成整体。管桩填芯混凝土深度由预应力混凝土管桩抗拔桩试验后确定。

3 沉桩方法比较及设备选择

目前预应力混凝土管桩的施工方法主要有静压法和锤击法。静压法是利用液压静压桩机本身的重量(包括配重)作为反作用力，克服压桩过程中桩周土侧壁摩阻力和桩端土的阻力，徐徐将桩压入土中。具有沉桩速度均匀、无噪音、震动小、无空气污染、昼夜施工等特点。在很多城市市内严格要求管桩必须使用静压法施工，但压装机对场地的地基承载力要求较高，且设备占地面积较大。锤击法以柴油锤为主，具有施工灵活，桩机对地基耐压力要求低、进退场容易、施工进度快、效率高、操作方便、地层穿透性能良好等优点。

本项目位于溧阳市郊，工程现场附近有工厂和居民区。因此，从压桩时段上进行安排，预应力混凝土管桩压桩主要在白天实施;若根据总体规划，晚上需要压桩时，则安排静压桩机采用静压法压桩。结合现场总体布置安排，靠近现场办公区、建筑物(综合楼)附近及地基承载力和场地满足要求的区域沉桩时，采用静压法压桩;对于现场办公区、建筑物附近以外的其它部位，采用锤击法沉桩。

4 施工顺序

生物池东侧临近综合楼，其余方位场地开阔，因此，进行预应力混凝土管桩压桩时，按以下原则确定顺序:对于生物池距综合楼较远的开阔区域，从中间向四周进行并靠近综合楼一侧区域，从临近建筑物一侧开始由近及远进行。严格遵守“先密后稀、先深后浅、先长后短”的原则。

5 沉桩

5.1 准备工作

(1)做好技术准备工作，并对相关人员进行技术、安全及施工进度计划交底。

(2)开工前，根据施工进度计划提供管桩等采购计划并采购到位。

(3)将水源、电源接入现场，电源线架设需满足安全规范要求。

(4)桩机组装、验收并进行空载运转。

5.2 管桩验收与起吊、堆放

(1)管桩外观质量及尺寸检查。

外观质量尺寸允许偏差均按GB13476-1999的规定执行。粘皮、麻面面积不得大于桩总外表面积的0.5%;磕损深度不得大于10 mm;不得出现环向和纵向裂缝;不允许出现露筋、断筋、脱头现象。若预应力为钢丝，断丝和滑脱钢丝的数量不得大于总量的3%;不允许有空洞和蜂窝;桩端面应平整等。

(2)管桩的起吊采用两点起吊法。

(3)装卸时轻起轻放，严禁抛掷、碰撞，并固定防止滚落，吊运过程应保持平稳。

(4)运输过程中及堆放时，桩下垫木设置两道，支承点的位置设在两吊点位置，同层的两道垫木顶面保持在同一水平面上;当重叠堆放时，各层均设置垫木，并保证各层垫木上下对齐;堆放层数不超过三层。

堆放场地选择在平整坚实的地方，最下层与地面接触的垫木应加宽;管桩根据桩的规格、长度和使用先后、远近及桩机行走路线放置，尽量避免二次倒运。

5.3 施工工艺

场地平整→放样→桩位放点→桩机就位→沉桩→收锤(压)→移机→填芯混凝土钢筋安装→填芯混凝土浇筑→下一循环。

(1)场地平整。

场地平整需满足设备布置、行走路线及地基承载力要求。被清理的范围延伸到距建筑物基础外侧2 m 的距离。

(2)定位放样。

放出需处理的施工范围，然后放出定位轴线和控制点，控制点应尽量设置在远离沉桩区域不受干扰的地方，并加以固定保护，钻机就位。

(3)吊桩。

用吊车从桩堆将桩水平吊运至桩架附近，然后用桩机上的起桩钩及卷扬机吊桩就位。管桩吊起时要控制速度，避免管桩与桩机碰撞而使管桩受损。

(4)插桩。

待桩起吊提升到垂直状态后，由人工配合将桩尖准确地放在桩位上，将管桩缓缓插入土中约1 m 左右后停止施压。用经纬仪从成90°的两个方向检查并调直桩身的垂直度，且控制桩身垂直度偏差在0.5%以内。

(5)沉桩。

①沉桩时，继续用两台经纬仪交叉检查桩身垂直度，边校正桩身垂直度边往下沉桩，避免由于桩身倾斜产生管桩损坏。因地层较软，初打时下沉量较大，采取低提锤轻打几下，随着沉桩加深，沉速减慢，起锤高度可渐增。打桩连续施打，间歇时间不宜过长，以防止桩周土固结，增大沉桩的阻力。当采用锤击法遇到沉桩困难时，可置换大号柴油锤，采用“重锤低击”的措施予以解决。

沉桩过程中，详细观察周围建筑物的沉降或上升情况，在建筑物上设置观察点，利用远处的固定水准点进行对比分析，从而确定沉降或上升情况。避免对综合楼、正昌路路面及大桥结构造成不良影响。

②沉桩过程中，遇到下列情况时应停止沉桩，并经分析研究、采取措施后方可以继续施工:

a.贯入度发生急剧变化或打桩机振幅异常;

b.桩身突然倾斜移位或锤击时回弹严重;

c.桩头破碎或桩身开裂;

d.附近地面有严重隆起现象;

e.桩架发生倾斜或晃动。

(6)送桩。

经过抗浮计算，生物池地基采用一根桩长处理即可满足池体抗浮要求。

为使管桩达到设计标高，决定采用送桩器送桩。送桩器用钢板制作，设计送桩器的原则是沉入阻力不能太大，容易拔出，能将锤击(或静压)力有效地传到桩上并能重复使用。当桩的桩头距地面1～1.2 m 时，安装送桩器继续沉桩至设计标高。

(7)收锤(压)标准。

锤击摩擦桩采用桩长和贯入度双控制，以设计桩长为主，贯入度为辅。最后贯入度的确定需根据试验桩的结果用水准仪测量桩顶标高，确定最后1 m 每10击的下沉量和总锤击数。沉桩时应详细、准确地填写沉桩记录。