软土地质条件下预应力管桩与钻孔灌注桩的技术对比分析

2020-10-21敬怀银

中国房地产业·中旬 2020年5期

敬怀银

摘要：随着我国工程建设的飞速发展，桩基础的应用越来越广泛、型式越来越多样，在桩基施工方案选择上也越来越多。文章结合成都地铁2号线林家大堰站天桥桩基施工实例，通过对预应力管桩与钻孔灌注桩施工工艺、施工质量控制、施工成本及施工过程对周边影响等的分析，重点阐明预应力管桩在软土地基施工中的优势，旨在为今后类似工程施工方案的选择提供参考。

关键词：预应力管桩;钻孔灌注桩;技术对比分析

我国地域辽阔、地质复杂，加之工程本身的特性、结构及承载力要求不同，施工环境及施工条件差异等，致使施工过程中所采用桩基型式各不相同。由于各类基础桩基的施工工艺、施工成本及适用条件等各不相同，因此，在地基基础施工时，选用何种型式的桩做为基础就显得十分重要了。文章结合工程实例，通过对预应力管桩和钻孔灌注桩在软土地基施工中各项技术指标的对比分析，总结出预应力管桩比钻孔灌注桩在施工中的优势。

1 工程概况及地质概况

林家大堰站为成都地铁2号线东延伸线第一座高架车站，位于龙泉驿区大面镇洪河村与蒲草村交界处。人行天桥结构采用钢筋混凝土梁板结构，桥面宽8.8m，在车站主体南北侧均设有人行天桥连接车站主体站厅层，南侧基础采用钻孔灌注桩基础，共计10根，北侧基础经设计变更采用预应力管桩基础，共计10根，设计桩顶标高为517.260。南侧钻孔灌注桩设计桩长17m，桩径0.6m;北侧预应力管桩选用先张法高强预应力混凝土管桩（PHC），管桩型号为AB型，桩径0.5m，壁厚125mm，设计桩长20m。

该地段为低洼地段，位于灌溉塘内，地下水位标高512.00左右，受地表水及地下水长期浸泡，致使下部土体呈软塑状，属软弱地层。土层自上而下依次为种植土（0.5m）、粘土1（1.3～10.2m）、粘土2（1.0～5.8m）、粘土3（1.7～5.7m）、含卵石粘土（0.5～4.5m）、全风化砂岩（1.7～11.4m）、强风化砂岩（至孔底）、全风化含砾泥岩（局部分布0～1.1m）。

2 预应力管桩与钻孔灌注桩优劣对比

2.1 概念说明

2.1.1 预应力管桩

预应力混凝土管桩根据张拉顺序可分为后张法预应力管桩和先张法预应力管桩。先张法预应力管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心筒体细长混凝土预制构件，主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成。

2.1.2 钻孔灌注桩

钻孔灌注桩指利用钻孔机械钻出桩孔，并在孔中灌注混凝土（或先在孔中吊放钢筋笼）而成的桩。根据钻孔机械的钻头是否在土的含水层中施工，又分为泥浆护壁成孔和干作业成孔两种方法。

2.2 施工工艺对比

2.2.1 预应力管桩施工

施工难点：林家大堰站北侧天桥基础位于软土地层中，桩基施工时，对场地平整要求较高，需对其进行换填处理，保证地基承载力能满足打桩机施工要求。

施工工期：预应力管桩施工工期短，速度快，桩基检测所需时间对整体工期影响小。

林家大堰站北侧预应力管桩基础设计桩长为20m，施工时，选用两节桩体即可满足要求。根据林家大堰站北侧天桥预应力管桩施工统计可得，每打一节桩所需时间约为20分钟，接桩时间需15分钟，故一根桩成型所需时间不足1小时。

桩基施工完成后7天即可对其做静压试验，检验其承载力。成桩到桩基静载检验只需7天，对整体工期影响较小。

2.2.2 钻孔灌注樁施工

施工难点：林家大堰站南侧天桥基础位于软土地层中，桩基施工时，对场地平整要求高，需对其进行换填处理，以保证地基承载力能满足钻机施工要求及混凝土罐车行车要求，换填厚度大，施工成本高。钻孔灌注桩成孔过程中，易发生缩孔及塌孔现象，成孔难度大，成桩质量难以控制。

施工工期：钻孔灌注桩施工工期较长，速度较慢，桩基检测所需时间对整体工期影响较大。

根据林家大堰站南侧天桥桩基施工统计可得，一根17米长的桩基采用旋挖钻孔时间约为1小时，钢筋笼吊放所需时间约为30分钟，导管安拆及混凝土灌注时间约为30分钟，故一根桩成型时间约为2小时。遇缩孔现象严重时，钻孔时间更长;发生塌孔时，相邻桩基短期内也无法施工，严重影响工期。

钻孔灌注桩施工完成后，需在28天后方可进行静载试验，检验其承载力，对整体工期影响较大。

综上所述：采用预应力管桩施工时，桩体为预制结构，钻孔灌注桩桩体为现浇结构，预应力管桩施工成桩速度较钻孔灌注桩快，施工对场地要求较低，施工工艺简单，因此，在软土地基基础施工中，预应力管桩比钻孔灌注桩施工更有优势。

2.3 施工质量控制对比

2.3.1 预应力管桩质量控制

预应力管桩基础在施工过程中，需重点控制桩体的进场质量、接桩的焊接质量及成桩质量。

预应力管桩进场时，需严格检查其桩体本身质量，检验其生产合格证及试验检测报告，检查桩体是否符合设计要求，抗锤击能力是否满足规范要求。若检验不合格，可及时更换。

接桩的焊接在施工过程中可以严格把控，施工时监控到位，焊工技术强，焊接施工时，桩体对位准确、焊接表面洁净、焊缝连续饱满不夹渣、焊缝长度及厚度满足要求即可。

预应力混凝土管桩的成桩质量控制难度较大，软土地层在锤击成桩施工时，桩体容易倾斜错位，需保证施工场地的平整度，确保桩机在施工时本身不倾斜，桩体对接轴线准确。桩基施工时，严格以最终贯入度和最终标高来控制桩长，保证桩底到达设计要求的持力层。

预应力管桩在施工时，其承载力可以由成桩机械仪表盘上的数据显示出来，成桩后承载力容易控制。

2.3.2 钻孔灌注桩施工质量控制

钻孔灌注桩基础施工过程中，需严格控制其成孔质量、钢筋笼质量、混凝土浇筑质量等。

钻孔灌注桩成孔质量控制包括严格控制成孔深度、沉渣厚度、成孔孔径、垂直度等。在软土地层中采用钻孔灌注桩施工时，随着钻孔的进行，极易产生缩孔现象，成孔难度大，经常需采用大直径钻头成小直径桩，施工桩径难以保障;钻孔灌注桩极易产生塌孔现象，故在施工时所采用泥浆比重一般较大，成孔后沉渣一般较厚，成孔深度难以保障;施工时，因地基承载力不足容易导致钻机在施工过程中发生倾斜，致使孔体倾斜，不易保证桩体垂直度。

钻孔灌注桩桩基钢筋笼质量包括制作质量及安装质量。钢筋笼制作质量控制包括钢筋原材质量、钢筋连接质量及钢筋数量、尺寸等的控制。钢筋笼安装质量包括钢筋笼入孔标高及位置控制。软土地层钻孔灌注桩缩孔现象易导致钢筋笼安装位置不准确甚至难以安装等，混凝土灌注过程中，灌注速度过慢极易导致钢筋笼上浮。

钻孔灌注桩混凝土的灌注质量是成桩质量控制的重中之重，混凝土灌注过程中极易产生堵管、漏浆及导管埋深不足等现象，致使桩体夹渣夹泥、断桩等，严重影响桩体的成桩质量。

钻孔灌注桩属隐蔽工程，施工质量难以控制，成桩后的承载力需在28天后检测得知，另外桩体夹渣、夹泥及混凝土不连续等现象导致桩体在检测过程中出现数据不准确、桩体质量检验出错等情况。

综上所述：预应力管桩较钻孔灌注桩施工质量控制相对容易，成桩质量易得到保证。

2.4 施工成本对比

文章结合林家大堰站天桥桩基施工成本，经对比分析，预应力管桩比钻孔灌注桩在软土地基施工中更经济。

为满足施工机械及车辆行走需求，保证其承载力，对软土地基上部处理所耗成本通过换填工程量反映。

依据施工方案，林家大堰站北侧天桥预应力管桩基础施工时，施工场地软土地基采用建渣换填，换填深度为0.4m，换填面积130.56m2，场地处理共使用建渣52.22m3。南侧天桥钻孔灌注桩施工时，施工现场软土地基采用建渣换填，换填深度0.5m，换填面积130.56m2，混凝土罐车行走线路采用建渣换填，换填深度1.5m，换填宽度2.5m，共需换填长度为28m，换填面积为70m2，场地处理共使用建渣170.28m3。通过施工证明，上述方案均满足施工要求，由此可见，预应力管桩施工场地明显比钻孔灌注桩要求低。

该工程北侧预应力管桩共计10×20=200m，南侧钻孔灌注桩共计10×17=170m，施工成本对比见表1。

综上所述：林家大堰站南北侧天桥结构形式及所受荷载相同，所处地质条件一致，预应力管桩基础与钻孔灌注桩基础承载力相同。

在软土地基施工中，预应力管桩较钻孔灌注桩施工对场地处理要求较低，施工成本低;在同等承载力条件下，预应力管桩所耗成本明显低于钻孔灌注桩。

2.5 对周边影响对比

预应力管桩与钻孔灌注桩在施工过程中对周边的影响包括噪音污染、大气污染及对既有建筑物的影响等。

预应力管桩施工时如果采用内燃机提供动力，锤击成桩，则整个成桩过程均产生较大噪音，若采用静压成桩施工，则整个成桩过程不产生噪音。钻孔灌注桩主要在机械成孔过程中产生噪音，因此，使用锤击施工预应力管桩比钻孔灌注桩施工噪音污染大，采用静压成桩施工，预应力管桩比钻孔灌注桩施工噪音小。

预应力管桩在软土地层中施工时，桩体对周边土体产生明显挤压，周边土体由桩中心向四周位移，易四周土体隆起，对周边较敏感管线及建筑物影响较大，钻孔灌注桩在软土地层中施工时，周边土体由四周向桩中心移动，易造成四周土体塌陷，对周边较敏感管线及建筑物影响同样较大。

预应力管桩在施工过程中不需要产生泥浆，钻孔灌注桩在施工过程中需制备泥浆，产生大量泥浆垃圾，不易处理，容易造成周边环境及地表水污染。采用内燃机锤击成桩施工预应力管桩时，会产生烟雾，造成大气污染。

在软土地层中使用静压成桩施工，预应力管桩比钻孔灌注桩施工对周边环境影响较小。

3 结语

随着施工技术越来越成熟，可供选择的桩基础类型越来越多样，文章结合工程实例，通过对比分析预应力管桩与钻孔灌注桩施工工艺、施工成本及质量控制等，总结出预应力管桩较钻孔灌注桩在软土地基施工中具有工期短、工艺简单、成本低、质量容易控制、效率高、机械设备使用少、利润率高，且对施工环境影响小等显著优势。

参考文献：