引孔沉桩法施工预应力管桩施工质量提升关键技术

罗仲亚

（广州市第二建筑工程有限公司广州510045）

1 概述

在管桩施工过程中，当遇到深厚黏土层、坚硬土层等地质情况或出现桩间挤土效应等情况时，压桩过程中摩擦阻力大，可能出现压力值达到终压值但桩端未达持力层或有效桩长未达到要求的情况。在这种情况下，多采用取土引孔沉桩法进行处理，其原理是先采用长螺旋钻机进行取土引孔，再进行管桩压入施工，但是这种方法可能会出现“超引”（引孔深度大于桩入土深度）的情况，导致桩端形成孔洞、缝隙，出现“吊脚”问题，存在质量安全隐患。此外，当管桩持力层为遇水易软化崩解岩层时，地下水容易沿管桩内、外下渗到基岩，逐渐软化持力层，影响桩端承载能力［1，2］，常规做法仅为在管桩施工时先在桩端（第1 节管桩桩芯内）填混凝土进行内封堵处理，但仍然难以解决土层隙水沿管桩外壁下渗到基岩，影响桩基安全。为了解决上述施工问题，提高施工质量，本文就如何防止及处理“吊脚”问题、提高引孔沉桩法施工预应力管桩质量等方面进行简要阐述。

2 案例背景

位于广州花都区的某高层住宅项目，桩基础设计采用C80预应力混凝土管桩（AB 型），桩径为500 mm、壁厚100 mm，设计有效桩长为10～20 m，设计单桩承载力特征值为1 700 kN，项目地质情况较为复杂，黏土层较厚，地质报告反映基础岩层具有遇水易软化崩解的特点。静压桩施工时，局部位置出现压力达到终压值，但实际桩长达不到设计深度及有效长度要求，对比地质报告发现桩端未到达岩层。经研究分析认为其主要原因是压桩时土层摩擦阻力过大，导致难以压入［3-5］。如何能使预应力管桩顺利施工并达到设计要求，成为该项目急需解决的问题。

对于此类情况，目前较多采用取土引孔沉桩法［6，7］进行处理，其原理是先采用长螺旋钻机进行取土引孔，再进行管桩压入施工，此法可以辅助预制管桩施工穿透硬层，减小挤土效应，但可能会出现“超引”（引孔深度大于桩入土深度）的情况，导致桩端形成孔洞、缝隙，出现“吊脚”问题，存在质量安全隐患。经研究，决定尝试采用一种提高引孔沉桩法施工预应力管桩质量的施工技术，一并解决静压桩施工难、引孔“超引”、基岩防水等问题。

3 施工工艺原理

本技术在目前取土引孔沉桩法的基础上进行工艺改良，通过划分施工区域并进行引孔、试桩（参考桩），对试桩的实际桩长与引孔深度的关系进行预判，从而确定采取相应的处理措施，区域内的其他工程桩参考试桩结果进行取土引孔沉桩法施工，其主要方法是：根据区域内参考桩的试桩数据判断其他工程桩需要预填筑混凝土的高度，采用长螺旋钻机进行引孔并在孔内预填灌一定高度的混凝土，并在混凝土初凝前进行压桩施工。管桩桩头采用锥形桩头，有利于压桩时提高贯入能力［8-10］。孔洞内预填的混凝土受到桩体挤压，有一定的“扩大头”效果，并与桩靴形成一个整体，有利于提高桩端承载力，且在一定程度上改善桩端防水效果，管桩桩芯在施工第一节管桩时填充少量桩芯混凝土，桩靴内外均有混凝土包裹，防止水从管桩内外漏入风化岩中软化基础［11］。

4 施工工艺流程及实施步骤

4.1 施工工艺流程（见图1）

图1 施工工艺流程Fig.1 Flow Chart of Construction Process

4.2 实施步骤

⑴ 根据地质勘探情况及桩基分布情况，将待施工场地划分为若干施工区域；

⑵ 从每个施工区域内分散试桩3 根，研究其采用取土引孔沉桩法施工可能出现的吊脚情况，并对试桩数据进行记录分析；

⑶ 为保证桩侧摩擦力，建议所采用的长螺旋钻孔直径应比管桩桩径小50～100 mm，根据实际地质情况确定；桩靴采用锥形桩靴（见图2）施工。

⑷ 试桩（参考桩）施工：采用长螺旋钻机引孔，引孔深度按分区内工程桩的设计最大桩长（见图3）。然后试桩压桩，获得该区域压桩入土深度的参考数据。

图2 预应力管桩圆锥型桩尖实物Fig.2 Taper Pile Tip

图3 试桩（参考桩）引孔示意图Fig.3 Pilot Hole during Pile Test

⑸ 对试桩数据分析并确定区域内工程桩的施工参数：根据参考桩的引孔深度与实际入土深度的值对比，分以下几种情况进行处理：

a.情况①：多根试桩均无出现“吊脚”情况（无空洞）

情况①实施流程：区域内多根试桩均无出现吊脚情况→区域内工程桩进行长螺旋引孔→孔内预填1 m高度的细石混凝土→管桩首节桩施工前向桩芯灌注混凝土→细石混凝土初凝前压入预应力管桩→复打复压→桩基检测。

若分区内试桩的实际入土深度均大于引孔深度（无空洞），则对区域内的工程桩全面进行取土引孔沉桩法施工，引孔后向孔内预填一段1 m 混凝土（见图4a），同时向待施工管桩第1 节桩的桩芯内填充1 m微膨胀混凝土以增强防水效果（桩内封堵），待预填混凝土初凝前进行压桩（见图4b）。

图4 情况①实施步骤示意图Fig.4 Situation ①Schematic Diagram of Implementation Steps

b.情况②：试桩出现空洞的情况，范围可控

这种情况是指在分区内试桩中有一根或多根桩出现管桩实际入土深度小于引孔深度的情况（存在空洞），经计算的空洞最大高度经设计单位认为通过预填充混凝土方法，能满足基础使用要求的情况（见图5）。此区域内的工程桩全面进行取土引孔沉桩法施工，引孔后向孔内预填一段混凝土，混凝土的填筑高度按“（最大吊脚高度+1m）×系数1.2”计算（见图6a），同时向待施工管桩第一节桩的桩芯内填充1 m微膨胀混凝土以增强防水效果（桩内封堵），待预填混凝土初凝前进行压桩（见图6b）。

情况②实施流程如下：区域内试桩出现吊脚情况→区域内工程桩进行长螺旋引孔→孔内预填细石混凝土，填混凝土高度=（吊脚最大高度+1 m）×1.2系数→管桩首节桩施工前向桩芯灌注混凝土→孔内细石混凝土初凝前压入预应力管桩→复打复压→桩基检测。

图5 情况②试桩情况示意图Fig.5 Situation ② Schematic Diagram of Test Piles

图6 情况②实施步骤示意图Fig.6 Situation ②Schematic Diagram of Implementation Steps

c.情况③：试桩出现空洞的情况，超出设计允许范围

这种情况是指在分区内试桩中有一根或多根桩出现管桩实际入土深度小于引孔深度情况（存在空洞），“吊脚”情况比较严重，经计算的空洞最大高度经设计单位认为若按当前设计图纸施工，即使通过预填混凝土方法仍然无法满足基础使用要求的情况。在这种情况下，一般的处理方式有改变基础形式、改变桩型、调整桩长并增加管桩数量等。若采用调整桩长并增加管桩数量的方法（即仍采用管桩施工），可重复所述试桩、引孔填混凝土沉桩的施工方法。

⑹ 管桩压桩完成后进行复压。

⑺ 桩基检测。

5 技术创新点

本施工技术对取土引孔沉桩法进行改良，根据地质勘探情况及桩基分布情况，将待施工场地划分为若干施工区域，先通过分区域试桩（参考桩）获得区域施工参考数据，再对区域内工程桩进行钻孔、预填混凝土、压桩等施工，通过试桩数据确定预填充混凝土的高度，有针对性地、较好地防止管桩出现“吊脚”情况。预应力管桩采用锥形桩靴，能显著提高引孔后压桩的贯入能力。孔洞预填充的混凝土经过挤压，会形成一定的“扩头效应”，混凝土固结后与锥形桩头形成整体，能利于提高桩端承载能力。通过在桩端桩芯填充混凝土，提高封堵效果，防止水从管桩内外渗漏进入岩层软化地基。

6 结语

我国幅员辽阔，存在较多地质条件相对复杂的地区，随着城市化的发展，预应力管桩在施工过程中遇到的施工问题也越来越多、越来越复杂。上述提高引孔沉桩法施工预应力管桩质量的施工技术，通过研究一系列的技术措施，较好地解决压桩难压入、引孔“超引”、桩端防水等系列问题，具有一定的研究意义。但是，由于施工项目的自身场地地质条件、设计需求均不尽相同，且相关技术措施也涉及项目成本控制等问题，部分具体参数仍需作进一步研究。