强风化泥岩大直径预应力管桩施工技术研究与应用

兰贵林

【摘要】近年来，国家对安全文明施工及环保工作越来越重视，项目文明施工及环保工作压力越来越大。预应力管桩是在工厂制作加工好之后运输至现场进行施工，由于管桩设计要求规格、型号统一，易于工厂标准化制作，现场有多台打桩机同时进行施工，提高工作效率，大大缩短工期。本文对强风化泥岩大直径预应力管桩施工技术在具体工程项目中的应用进行研究，阐述施工技术的优势与实施要点。

【关键词】预应力管桩;强风化泥岩;施工技术           【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.34.072

1、工程概况

1.1 场地地质情况

拟建场地在29.0m深度范围内覆盖层由第四系人工填土层（Q4ml）、第四系中、下更新统冰水沉积层（Q1+2fgl）黏土和含卵石黏土组成，下伏基岩为白垩系上统灌口组（K2g）泥岩。分别为杂填土、粉土、细砂、中砂以及卵石组成。

第四系人工填土层（Q4ml）。1层杂填土（Q4ml）：成分混杂，色杂，拟建场地大多区域有分布。主要含建筑垃圾、生活垃圾、砂泥岩碎块、黏性土等，结构疏松，孔隙较大，揭示厚度0.80～2.20m，平均厚度1.38m。2层素填土（Q4ml）：杂色，松散～稍密，稍湿～湿。以黏性土、泥岩碎屑及少量泥岩碎块为主。平均厚度1.67m。

第四系中、下更新统冰水沉积层（Q1+2fgl）。12层黏土（Q1+2fgl）：黄褐色～褐黄色～灰白色，可塑，局部软塑，具弱膨胀性。切面光滑，有光泽，无摇振反应，干强度高，韧性高，局部夹较多钙质结核、局部高岭土富集，呈灰白色。平均厚度3.28m，中压缩性。13层黏土（Q1+2fgl）：黄褐色～褐黄色～灰白色，硬塑～坚硬状，具弱膨胀性。切面光滑，有光泽，无摇振反应，干强度高，韧性高。局部夹较多钙质结核、局部高岭土富集，呈灰白色。平均厚度10.66m，中偏低压缩性。2层含卵石黏土（Q1+2fgl）：褐黄色～黄褐色，硬塑状为主，局部可塑，呈土状时有光泽，无摇振反应，干强度高，韧性高，主要分布于黏土与泥岩交界面。卵石粒径1～12cm，卵石含量约25%～45%。平均厚度1.20m。

白垩系上统灌口组（K2g）。层泥岩（K2g）：紫红色，以黏土矿物组成为主，略带砂质。在钻探深度范围内，根据揭露其风化程度，将其划分为3个亚层，该层在场地内普遍分布。1层全风化泥岩：褐红色～紫红色，主要由黏土矿物组成，略带砂质，具弱膨胀性。场地内均有分布，發育厚度不均匀，层厚0.60～8.40m，平均厚度3.12m，中压缩性。⑤2层强风化泥岩：层状构造，散体～碎裂结构，略带砂质。场地内均有分布，层厚0.30～6.60m，平均厚度2.45m。岩体破碎，属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。3层中等风化泥岩：厚层构造，块状结构，局部略带砂质、局部夹薄层强风化碎块。

1.2 基坑支护形式

本工程基坑支护形式为预应力管桩支护，桩长约在5m～11m之间，桩径800mm，桩间距1.6m，单桩竖向承载力特征值Ra≥1600KN。桩端持力层为强风化泥岩，进入持力层长度不小于2m。由于中风化泥岩遇水易软化，桩内底部需灌注微膨胀细石混凝土（C35）封底。

1.3 施工现场环境

工程楼栋多，工期短，质量要求高，环保工作压力大。成都地区夏季雨水较多，基础施工时遇到雨天施工现场泥浆较多，施工极为不便。因预应力管桩施工快捷、工期短，单桩承载力高，质量好，施工现场整洁、不需要太多材料等优势符合本项目工程特点。因此，有必要对预应力管桩施工技术进行研究。

2、施工技术优势

该大直径预应力管桩施工技术有以下优点：

（1）单桩承载力高。由于桩间土挤压作用，管桩的承载力要比相同条件下沉管灌注桩和钻孔灌注桩高。（2）施工速度快、工期短。管桩在工厂标准化制作，能够按照施工进度要求及时供桩，施工前期准备时间短，项目多台打桩机同时进行施工能够大大缩短工期，为后续工程开始施工创造前提条件。（3）质量稳定可靠。通过桩身垂直度控制和接桩工艺优化，保证成桩效果，同时桩身在施工过程中不会出现拉应力，桩头一般完好无损。（4）施工现场干净、整洁。管桩施工过程中，现场无需沙石等建筑材料，无泥浆污染等。（5）封底微膨胀细石混凝土优化配置，保证封底质量，有效降低强风化泥岩遇水软化带来的危害。

3、施工技术实施要点

预应力管桩施工的关键技术是大直径管桩远距离运输技术、桩位的测量定位、大直径管桩起吊和打桩、桩垂直度的校正、管桩裁桩、桩顶填芯及桩底封底技术。

3.1 施工准备与工艺流程

（1）项目部管理人员在施工前期，需要对施工现场及周边情况进行实地踏勘，详细掌握施工现场的各方面情况。在此基础上，对施工图设计的各项技术指标进行研究分析，确保施工工艺的科学性与合理性。（2）在桩孔开挖前，做好边坡和地表裂缝的封闭处理，避免因地表水下渗影响孔壁的稳定性。同时，要平整桩位区域的场地条件，清理杂物，以桩顶标高为平整高程，沿着围护桩走向和拟建施工道路清理场地。要清除施工场地内存在的地表附着物，并对松软土地段进行压实处理，方便后续施工作业。基坑北侧局部地面标高超过501.95m处，需提前场平至不大于501.95m后方可进行施工。基坑西南侧角局部地面标高起伏较大，标高超过498.35m处，需提前场平至498.35m后进行围护桩施工。（3）管桩堆放：管桩应按规格、类型分别堆放，堆放底层应在平整的场地上，场地条件允许时，宜单层堆放，且堆放层数不宜超过3层。（4）管桩的进场验收及保管：管桩进场前必须验收合格，检查外观质量、尺寸以及检验报告的抗裂弯矩和极限弯矩。在管桩出厂前，需要检查预制管桩的批号、规格等参数，确保符合验收内容。在管桩吊运过程中，注意轻吊轻放，不得出现剧烈碰撞。在管桩堆放时，超过两层叠放必须使用吊机取桩，不得拖拉，以免管桩损坏。（5）管桩施工工艺流程如图1所示。

3.2 测量定位放线

预制管桩按施工图断面分区段施工，场地平整后进行控制放线，按照设计的桩位进行施工放线，布置测量控制网;依据设计坐标，用全站仪放出桩孔的开挖线，定出桩位，桩位偏差不大于50mm;设十字护桩，并引至挖孔范圍以外，以备施工中校核桩位。使用全站仪或GPS精确放样出每个区段的最外侧4个桩位（插入钢钎）作为控制点，现场施工人员根据布置图及控制点采用钢尺进行布桩，使用竹筷插入桩位并四周撒石灰（或绑红色布条），使桩位地面标识明显。

3.3 围护桩施工

（1）桩机就位：设备调试完毕后，移位至指定桩位，调整对中至指定桩位。（2）起吊就位：需要对预制管桩拴好钢丝绳和索具，起吊采用一点法，用吊车吊桩使桩尖对准桩位中心位置，缓慢插入。然后在桩顶扣好桩帽，即可除去索具。将桩轻轻滑下轻击两下，待桩稳定后再校正垂直度。应在桩架的90º方向各放一个吊线架，随时调整和观察打桩情况。管桩头部插入桩帽套中，人工扶住下端使桩尖在白灰圈中就位。在底桩就位之前，需要在桩身刻下长度标记，由下到上标明桩长，方便观察桩入土深度，并准确记录每米打桩锤击数据。（3）垂直度调整：使用全站仪测量观察桩的垂直度，确保垂直度数值在0.5%以内。由于桩打入过程中难以稳定控制垂直度，需要确保桩精准就位。而在桩插入地下的过程中，应确保位置方向准确。打入过程中要先轻轻击打，观察桩是否出现移位现象，如果存在偏差需要立即纠正，无法纠正的情况下需要拔出重新开始。桩的垂直度校验可以使用垂直角法，用铅锤球与桩身垂直，用桩机导架旋转、滑动及桩机的行走进行、钢管等工具调整。成桩桩身垂直度应逐根检查，桩身垂直度允许偏差不大于1%。（4）锤入预制管桩：根据场地支护情况，围护桩施工顺序分为两段同时施工。开始锤击时，边打边观测，如果发现偏差及时调整，必要时重新插打。不允许采用强扳的方式快速纠偏，使桩身拉裂折断。因上面地层较软，初打时可能下沉量较大，宜采取‘重锤低击’（不能超过规定的落距）的原则打桩。在沉桩速度变缓后，可以逐渐增加起锤高度。在这一过程中，需要保持桩身、桩锤、桩帽在相同轴线上，如发生偏差需要根据桩身方向调整桩锤或桩架。需要注意的是，不能偏心捶打，可能使方桩受力不均出现桩头损坏等情况。（5）停锤标准：根据设计图纸严格按照桩长施工，满足设计标高要求，同时满足预制桩嵌固深度。桩顶标高采用全站仪控制，其偏差为±50mm。在打桩过程中，需要准确记录桩长、桩型和打桩时间，并详细记录每米锤击数和桩位偏斜情况，以及已打桩的标高情况等，确保记录数据准确、详细。终止锤击以贯入度为主要依据，桩端标高作为辅助参考。贯入度达到30mm而桩端标高未达标时，需要再锤击三阵。方桩没有进入持力层而难以入土时，对最后1m锤击数达到300击后可以停止锤击，但类似桩打不下或桩的入土深度超过地勘钻孔深度等异常情况应及时向相关单位反映并明确处理方法。（6）移机：打桩达到设计要求控制标高后，机身前后移动转向至下一根桩位施工，严禁机械直接碾压在已施工的工程桩上。

3.4 冠梁施工

在管桩施工完成后，根据设计图纸及规范要求，需对支护桩全数进行桩身完整性检测试验，实验合格后，方可进行管桩混凝土填芯及冠梁施工。桩顶冠梁配筋形式采用预制管桩桩顶冠梁，冠梁尺寸为1000X600mm，钢筋φ8采用HPB300级，其他均采用HRB400级钢筋，冠梁采用C30混凝土，冠梁钢筋保护层厚度：冠梁为50mm。预制桩与冠梁连接施工，预制桩深入冠梁150mm。放入钢骨架之后，浇灌标高以下要求灌实的混凝土，清理干净桩内壁的浮浆后再浇灌填芯混凝土，使用混凝土强度等级为C30。在冠梁施工之前放线，挖掘沟槽，保持沟槽宽度超过冠梁200mm，挖深超过设计标高200mm，最后人工清底到设计标高。

结语：

综上所述，预应力高强度混凝土管桩施工技术的单桩承载力比相同条件下的沉管灌注桩和钻孔灌注桩更高，管桩在工厂标准化生产制作，质量稳定，施工速度快，且施工现场无需建筑材料，现场干净整洁。

参考文献：

[1]建筑工程行业建设标准.建筑基坑支护技术规程.JGJ120-2012.

[2]巴明伟，赵新兵.高强预应力管桩施工技术在建筑工程中的应用[J].砖瓦，2021（06）：191-192.