高层建筑施工中预应力管桩地基处理技术要点分析

【摘要】预应力管桩因其在单桩承载力、施工进度、土层穿越能力、承载力单价比和性价比等方面的优势，在地基处理中得到广泛的应用，得到了专家和学者的一致认可。本文主要以建筑行业为着手点，通过介绍预应力管桩原理及相关特点，体现了预应力管桩在地基处理中的优越性，并结合高层建筑工程实践阐述了预应力管桩地基处理技术要点。

【关键词】地基处理；预应力管桩；高层建筑

1、引言

预应力管桩技术作为一种新型施工技术，其在地基处理中的运用能够提升整体地基质量，为施工单位创造更大的经济效益。但预应力管桩技术在实际应用中极易出现桩位偏移、管桩损坏等问题，故需严格注意施工技术要点，从多个方面合理控制施工质量，才能避免相关质量问题的出现。

2、预应力管桩的特点

预应力管桩作为一种地基处理技术，主要适用于地基深厚，且建筑物在荷载或稳定性方面要求较高的地质中。预应力管桩即采用离心成型的先张法预应力混凝土管桩，根据等级分类可将该技术分为预应力管桩PC型（混凝土强度为C60）和预应力高强管桩PHC型桩（混凝土强度为C80）。

与钻孔灌注桩相比，预应力管桩具有更大的优势，具体如下：

①工艺先进。由于预应力混凝土管桩是在工厂内生产的，对于先进的施工工艺和品控措施是能够保证的，因此通常采用混凝土离心脱水后密实成型，通过常压和高压蒸汽养护而成预应力混凝土管桩，相应结构具有细长、空心等截面的特点；

②耐久性能好。由于采用高速离心成型工艺，相应的离心加速度达到30-35g，采用l06MPa压力和180℃的高温高压蒸汽养护，因此桩身混凝土的质量较好、密实度较高；

③单桩承载能力高。由于工厂化作业，混凝土的最高强度可以达到C8O，可有效提高预应力混凝土管桩的承载能力。

3、高层建筑施工中预应力管桩地基处理技术要点

3.1预应力管桩施工过程

根据实际地质情况和相关施工规范，预应力混凝土管桩施工过程如图1所示。

3.2技术要点分析

3.2.1压桩力的选择

压桩力的选择需根据地基的实际情况和试桩情况，综合考虑决定压桩力和终压标准。根据大量案例分析和文献查阅，在地基土为饱和粘性土时，由于超孔隙水压力和动摩擦力的影响，预应力混凝土管桩的沉桩压力受到较大的影响，如果选择此时压桩力为终压值，稳定之后的单桩承载力是无法满足设计要求的。在软土地基处理中，桩压力不需要根据实际地质情况和试桩情况进行适当增减，同时对于饱和粘土等特殊地质情况，需充分考虑到其变异性。

3.2.2管桩水平荷载

针对预应力混凝土管桩的水平负载问题，根据管桩类型进行合理计算，在抗水平负载作用集中的位置，选择能够适应较大抗水平变形能力的薄壁管桩。同时在施工过程中，合理安排承台和垫层，根据受力原理进行抗力分配，有利于提高预应力混凝土管桩水平荷载。

3.2.3断桩的预防

在预应力管桩施工中，断桩是不可避免的，针对这一问题可通过规范施工工艺和加强桩基质量予以解决，比如加强管桩抗折刚度；增强管桩之间的横向联系；增加管桩的密度；合理设计打桩路线等。

3.2.4“浮桩现象”控制

由于预应力混凝土管桩属于挤土桩系列，因此在施工时对于土层会造成一定程度的扰动，软土层极易产生超孔隙水压力，使得之前打入的桩基涌起，即“浮桩现象”。针对这一现象可采取以下措施予以控制：

①打桩顺序。根据计算合理设计打桩顺序，减轻后续桩基的挤土效应对于先前桩基的影响。根据场地大小和地质情况，选择由先内后外、先深后浅，采取跳打、对称施打、分段均衡施工等措施。

②卸压措施。土体卸压措施可以采取打减压孔的方式，具体施工措施：根据前期勘察资料和试桩资料，合理布置减压孔，使得桩基入土造成的挤土效应能够充分、及时的消散出去。

③排水措施。对于地下水丰富的地基处理，需要采用井点降水、沙井排水和塑料板排水的方式进行处理；若水层较薄，可以采用挖沟降水等排水措施。

4、工程实例

4.1项目概况

某高层住宅楼共34层（地上32层，地下2层），主体采用剪力墙结构，基础采用 500，AB型预应力管桩，单桩承载力特征值为2000kN。从地质勘察报告分析得知，场地土层分布情况为：①素填土；②粉质粘土层；③全风化泥质砂岩；④强风化泥质砂岩。由于地下水位埋深较深，建议采用预应力管桩基础，以全风化泥质砂岩作为持力层。

在桩施工期间由于赶上该地区多雨季节，使得整个压桩施工持续3-4个月，再加上本工程为高层建筑，荷载大，桩数多，为了避免由于挤土效应而造成基桩上浮，在设计中按照3.5d布桩。

4.2静载检测及结果

随机抽取3条工程桩进行单桩竖向抗压静载试验，静载结果显示仅有1条桩承载力特征值满足设计要求，另外2条的下沉量较大。经过协商后决定对已经完工的基桩进行复压，复压后发现部分管桩出现下沉，下沉量为1.0-3.5m。

4.3下沉原因分析

本工程在施工中土体无明显隆起，且樁顶标高变化较小，故排除是由于基桩上浮引起的下沉；基桩复压下沉量过大的主要原因是水浸入桩端持力层，全风化泥质砂岩在遇水后出现软化，承载力也随之下降。

4.4处理措施

①对所有已经完工的基桩进行复压，通过复压后桩尖会进入深一层的全风化泥质砂岩泥岩；②降低单桩承载力特征值。结合本工程持力层易软化的特点，并根据静载试验报告，将单桩承载力特征值降低为1800kN；③对已挖基坑的混凝土垫层应即是浇筑，填埋送桩遗留孔洞，并做好相应的排水措施，防止基坑滞水下渗。

本工程在落实上述处理措施后，重新对单桩承载力的特征值进行静载试验，检测结果满足规范要求。

结语：

当前预应力管桩已经得到了较为广泛的使用，但在设计和施工过程中仍然会遇到各种问题，这需要工程技术人员进行进一步的技术公关和处置。文章主要介绍了预应力管桩的特点及其施工技术要点，将其应用于高层建筑地基处理中，可有效改善地基土质，提高地基工程的整体质量，从而为施工单位创造良好的经济效益，值得广泛应用。

参考文献：

[1]马中成，丁海方，李玉兰.高强度预应力管桩在处理高承载力地基中的应用[J].煤炭工程，2015，47（3）：38-40.

作者简介：

吴天翔（身份证号：43098119840116601

4），1984-，男，本科，工程师，主要从事建筑工程等工作。