预应力管桩在博罗县巷口排涝站地基处理中的应用

摘 要：目前工程建设中，利用预应力管桩施工工艺有助于提升工程施工质量。本文通过博罗县巷口排涝站地基处理设计及施工实践，结合预应力管桩技术特点，详细介绍了施工工艺流程与具体质量控制措施，总结了施工技术难点和注意事项，以供参考。

关键词：预应力管桩;施工工艺;地基处理

中图法分类号：TV53+8.2             文献标志码：A            DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0615

1  工程概况

博罗县巷口排涝站位于博罗县罗阳街道巷口村附近，地处东江流域中游，已有排涝站及巷口水闸均建于1957年。此排涝站最初的工程设计是侧向进出水的老式卧式泵站，排涝站及巷口水闸至今已运行超过60年，主要机电设备已经超出了正常使用年限，水泵叶轮被严重气蚀，排涝效率极低;电机严重老化，配电设备异常简陋，带电部分已经裸露在外，存在触电等安全事故隐患。泵站结构为浆砌石结构，年久失修多处裂缝有漏水，窗户为木质的已严重朽烂，未设防盗网。

目前，巷口排洪渠集雨面积10.5km2，排水闸闸底高程6.30m，根据2018年、2019年的博罗站水位～流量关系资料分析，博罗县的最高值与最低值相差10倍极度不均，当年10月至次年3月的总降雨量占全年的60%左右。现排涝现设计流量4.7m3/s，装机3台，单机125kw，总装机375kw，闸孔为1孔，尺寸是净宽3.50m、高度3.50m，且没有防洪闸。

2  工程地质条件

（1）岩土分布和结构特征

根据本次钻孔揭露，地基岩土层自上而下为第四系人工填筑土层（Qml）、冲积沉积层（Qal）及残积土（Qel）等（下卧基岩未予揭露），按成因时代、岩土分布和结构特征分述如下：

①人工填土层（Qml）

填筑土：呈浅黄色，湿，多呈可塑状，主要以粘性土为主，含有粉细砂土，粘着性一般，压实性较好，此层层底高程在4.2～9.6m，最大厚度为7.3m。在钻探过程中该层共取原状土样3组，标准贯入试验2次，标贯实测击数均为6.0击。

②第四系冲积沉积层（Qal）

粉质粘土：浅黄色、浅红色，饱和，呈可塑状，局部呈软塑，主要由粉粒和粘粒组成，粘着性较好，此层层底高程在-7.3～2.4m，厚度为4.5～14.2m。在钻探过程中该层共取原状土样14组，标准贯入试验11次，标贯实测击数在5.0～8.0击之间，平均值为6.2击。

淤泥质粘土：呈深灰色、灰黑色，饱和，呈软塑状，多为淤积粉质粘土，含有机腐殖质，此层层底高程在-7.6～-2.0m，厚度为3.7～9.3m。在钻探过程中该层共取原状土样1组，标准贯入试验4次，标贯实测击数均为3.0击。

粗砂：浅黄色、褐黄色，饱和，稍密～中密状，主要由粗砂为主，砾砂次之，无胶结，主要矿物成份为石英，透水性强，此层层底高程在-11.3～-5.1m，厚度为2.3～6.0m。

卵石：浅黄色、褐黄色，饱和，中密～密实状，主要由卵石土为主，砾砂次之，含有少量粘性土，轻胶结，主要矿物成份为石英，透水性较强，此层层顶高程在-11.3～-7.1m，钻孔揭露厚度为1.3～7.5m。

③第四系残积土（Qel）

风化残积土：灰绿色、褐黄色、浅黄色，饱和，可塑～硬塑状，主要由砂粒组成，含有粘性土，此层层顶高程在-18.8～-15.1m，钻孔揭露厚度为1.4～5.4m。在钻探过程中该层共取原状土样2组，标准贯入试验1次，标贯实测击数为23.0击。

（2）各土层的的工程地质性质评述

①人工填筑土：埋藏浅，长期受人力和自然力的作用，未经处理不宜作为建筑物基础持力层;②粉质粘土：埋藏较浅，多呈可塑状，有一定的承载力，可作为一般建筑物基础持力层;③淤泥质土：多呈软塑状，属低强度高压缩性土，未经处理不宜直接作为基础持力层，作为基础下卧层时应进行稳定验算;④粗砂：呈稍密状，有一定的承载力，但埋藏较深，是良好的桩基持力层和基础下卧层;该层为强渗透层，但上部为厚层的粘性土覆盖层，可不进行告特别的防滲处理;⑤卵石：呈稍密状，有一定的承载力，但埋藏较深，是良好的桩基持力层和基础下卧层;⑥残积土：呈可塑状，抗渗条件较好，但埋藏较深，是良好基础下卧层。

3  堤防设计

巷口排涝站及巷口水闸穿堤布置，博罗南堤该段堤防现状堤顶宽度为3.00～3.50m，堤顶高程15.08～15.25m，防洪不达标。根据《博罗县城东江大堤南堤加固工程可行性研究报告》，本次设计堤顶高程16.56m，堤顶宽度7.00m，采用沥青混凝土路面，背水坡坡比约1：2.5，迎水坡坡比约1：3.0，均采用草皮护坡。

4  基础处理

根据工程总布置及地质勘察揭示消力池段持力层为淤泥质粘土，厚3.0～9.0m，以下为粗砂层及卵石层。土工试验结果表明，淤泥质粘土呈软塑～可塑状，地基承载力只有40～60kPa，不能作为持力层。因此其消力池边墙基础需要进行处理。防洪闸段持力层为粉质粘土，厚度2.20m，下卧层淤泥质粘土层;经计算，地基最终沉降量为S=162.68mm，大于150mm，需进行地基处理。

通常处理淤泥质粘土的方案有复合基础和桩基础，本工程对复合地基和桩基础两种方案进行比较。

（1）方案一：水泥土搅拌桩复合基础

采用水泥搅拌桩初选布置方案如下：选用直径φ500水泥土搅拌桩，桩距1.0m，梅花形布置，共1231根，平均桩长6～12m，共计桩长13 150m。

（2）方案二：预应力管桩基础

预应力管桩基础初选布置方案如下：选用直径φ400预应力管桩，闸室基础桩间距2.0m，消力池挡墙基础桩间距2.5m，共布置桩346根，平均桩长6～15m，共计桩长4 053m。

经上述比较，预制混凝土桩方案施工方便、施工进度快、成桩质量有保证。综合各个方面的因素，推荐采用预应力混凝土管桩方案作为基础处理方案，宜选用直径φ400预应力管桩，闸室基础桩间距2.0m，消力池挡墙基础桩间距2.5m，平均桩长6～15m。另外消力池底板持力层为淤泥质粘土，基础采用0.5m厚块石挤淤处理。

5  预应力管桩的施工工艺

混凝土预制桩主要有两种，一种是钢筋混凝土实心方桩，另一种是先张法预应力钢筋混凝土空心管桩，一般采取锤击沉桩、振动沉桩与静力压桩等沉桩方法，钢筋混凝土预制桩能承受较大的荷载，更加坚固具有耐久性，不会受地下水浸泡的影响，并且施工快速，在我国发展比较成熟，并且得到广泛应用。但是，沉桩对地基土挤推会引起挤土效应，并且打桩时会产生强烈的振动并伴随着噪音，这样会对周围环境造成比较大的影响，与此同时沉桩的深度还会受到沉桩设备与桩体材料的影响，在使用过程中会受到一定限制。

预应力管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型法共同制成的一种空心体细长混凝土预制构件，它主要由圆筒形桩身、端头板，钢套箍等组装而成。端头板是管桩顶端的一块圆环形铁板，一般厚度在20mm左右，端板外缘一周留有坡，以供对接时烧焊之用。预应力管桩的底桩端部的桩尖形式主要包括十字型、圆锥型以及开口型，前两种属于封口型，通常情况下，影响其承载特性的因素有多种，比如桩侧土性、桩径、开口管桩的壁厚、施工顺序等。

6  淤泥质地层地基处理中预应力管桩出现倾斜的原因及其应对措施

6.1  预应力管桩出现倾斜的原因

在淤泥质地层地基处理过程中引发预应力管桩发生倾斜的原因可以分为以下三种情况：其一，开挖顺序不够合理，依土层开挖层面来看，若是只使用单向大放坡形式进行开挖，并且现场的底板垫层等一起进行开挖操作，再加还没有采取合适的支护措施，很容易出现桩体的大部分断裂。从而引发预应力管桩桩身的大规模平移;其二，开挖措施还不够完善。在地基部分处理的过程中，大型挖掘机、渣土车等施工时，震动荷载非常大，从而容易导致管桩的侧压力有所下滑，挖机的操作平台会发生下沉，这将会严重使管桩本身的偏位和倾斜程度有所增加;其三，开挖方式不合理。基坑土方开挖需要有一定时长的休止期，由于土方开挖场地受到预应力管桩施工挤土的影响，使整体的土体强度较低。加之工程要赶工期，并且没有遵循分层开挖的原则，这可能会造成土体的侧移，最终导致预应力管桩的偏位现象。

6.2  预应力管桩倾斜问题的解决措施

为了增加整体的施工进度以及经济效益，首先，做好项目地质勘查工作的有效落实。项目地质勘查报告务必做到客观详细的反映施工区域的地质状况，为今后的预应力管桩设计提供真实客观的数据支撑，而对于深厚的淤泥质地层，可以采用换填土或者化学方法进行处理;其次，加强桩基现场施工工作的管理。每个桩位施工完成之后，要与地质勘察报告进行科学合理的对比，计算好配桩的长度与送桩的长度，这样能控制预应力管桩材料的浪费，进一步降低工程建设的成本。而在桩体长度符合工程鉴定标准的前提下，可以与土体配合形成一个整体，这样能够有效降低预应力管桩发生偏移现象的发生概率。施工人员需要严格遵循打桩的顺序与施工流程，一定要合理控制打桩的速率和数量上的控制。

7   预应力管桩施工

（1）测放桩位

预应力管桩施工前，应做好充分的准备去，以确保预应力管桩施工的顺利进行。一是要进行测量放线，对建筑物控制点进行校核，无误后依据控制点施放桩点，要求桩点误差小于2cm，施放完毕，进行复核，复核无误后填写定位测量记录和报验申请表申请监理、甲方进行桩位验收，每根桩施工前采用米尺对其与相邻桩的位置关系对照图纸进行校核，以避免挤压移位、测放错误造成桩位偏移。

（2）桩机就位、调正

在压桩之前，可以应用1台经纬仪对打桩机进行垂直度调整，使导轨垂直，并在压桩期间定期校核检查，以保持导轨的垂直度。

（3）吊桩及桩就位

吊樁时，按安全技术规程操作，吊臂下严禁站人，同时防止压桩机倾斜或桩从钢丝绳中脱落。桩机就位前，按桩位布置地桩，用圆钢筋定桩位中心，在桩位上用石灰画出与管桩外周边直径相等的圆形标记;桩机就位，再将桩吊起后桩周对准桩位白石灰圆形标记，以地桩为中心，将桩插入桩位。插桩后，调整桩机、压桩油缸及桩身，使之成一条直线。

（4）压下节桩

桩压入初期，下节桩采用低速压入，以防遇地面障碍物造成桩位偏移，遇硬土层，适当加大压桩力，穿过硬土层后降低压力，防止桩身产生过大拉应力。在这个过程中，随时注意压力值变化。

（5）接桩

接桩时，下节桩高出地表0.5～1.0m左右时停压，提起油缸后，检查下节桩桩顶有无损伤，清除桩顶杂物，再吊起上节桩对接下节桩;上、下节桩周边中心对正，上节桩就位后，校正上节桩的垂直度，之后观察上下节桩接触面是否合缝，否则调整桩身垂直度或者加入楔形薄铁于对接缝中，使上节桩保持垂直并平稳后方可焊接，采用上下桩法兰外周边焊接;两名焊工同时焊接;焊条材料规格及质量满足规范和设计要求;焊接时，先将法兰四等份点焊固定，然后对称焊接，焊缝要求连续饱满;焊好接头待自然冷却1min后再继续施压。再次，尽可能地缩短接桩时间，预防由于停打时间过长而造成的桩周土重固结，进而给沉桩带来的不利影响。最后，焊缝完成后，进行验收，验收合格后，需降温1min再打桩。

（6）压桩至设计要求

桩体焊接及垂直度检查合格后，涂刷防腐沥青，继续压入。此期间随时记录每米压力值，为工程各方提供详细的施工参数。同时进行高程测量，测量桩顶标高，确定以后的压入深度，并标记于送桩器上。放上送桩器，送桩器底面干净平整，置于桩顶面上，检查送桩器垂直度后继续压桩至设计标高。施工过程中在桩身每米做出标记尺度，对每米的压力最大值进行记录，当桩尖进入持力层后记录最终停压的压力值。

（7）停压标准

以压力值为主进行控制停压，以控制桩端设计标高辅助控制。施工前应会同甲方、监理共同进行试压桩，依据试压桩参数确定最终可以停压的压力值。若贯入压力超常而桩尖未达到设计标高，及時通知监理、设计和业主，同时做好详细记录，包括桩尖标高、压力值和实际贯入压力，必要时与有关单位会商确定。

（8）桩措施

如桩顶标高高出设计标高必须截桩时，应确保截桩后管桩质量，截桩时不得使用大锤、风镐等硬凿或强行扳拉截桩，应当采用专用的截桩工具进行切割。在等待一段时间之后，停歇完毕后才可以开挖基坑，基坑开挖过程中强化维护措施，做到均匀、分层开挖，以免土体为桩施加过大的侧压力而导致桩身弯曲，进而确保桩身结构方面的完整。

8   预应力管桩的适用范围及优缺点

8.1   预应力管桩的适用范围

根据不同的分类，预应力管桩的适用范围也不同：（1）预应力高强混凝土管桩（PHC）、预应力混凝土管桩（PC）适用于工业与民用建筑的低承台桩基础。公路与桥梁、港口、水利、市政、构筑物等工程的基础设计也可参考使用;（2）预应力混凝土薄壁管桩（PTC）适用于工业与民用建筑的低承台桩基础;（3）PHC桩、PC桩适用于抗震设防烈度不大于7度的地区;若使用于抗震设防烈度较高的地区，则需另行验算;PTC桩适用于抗震设防烈度小于7度的地区，抗震设防烈度为7度的地区需另行验算，PTC桩不得用于抗震设防烈度大于7度的地区;（4）当基础工程的环境、地质条件对管桩有侵蚀性时，应采取有效的技术措施。

8.2  预应力管桩的优缺点

（1）优点

预应力管桩是预应力技术与离心制管技术相结合的产物，它能够实现工厂化生产，质量方面比较稳定，并且单桩承载力较高，此外，设计选用范围广泛，管桩既适用于多层建筑，又适用于高层建筑，而且在同一建筑物基础中，还可采用不同直径的管桩，容易解决布桩问题，充分发挥根桩的承载能力;对桩端持力层起伏变化大的地质条件适应性强。可根据地质条件变化调整桩长，运输吊装方便快捷，总之，施工速度快、效率还高。由于预应力管桩有以上的种种优点，一般情况下，软土、粘性土、粉土、砂土及全风化岩体等地层条件均可采用管桩，在工业与民用建筑、铁路、公路、桥梁、港口、码头等工程中预应力管桩也得到了广泛的应用。

（2）缺点

其一，施工过程中最常见的问题是桩的偏位和倾斜现象;其二，桩身的断裂。由于施工中斜桩现象的出现或桩端不平整导致桩端应力集中，使桩帽滑落或桩头爆裂;桩机施工过程中桩机擅自移动机架进行校正桩位、桩身垂直度，导致桩身断裂;其三，桩顶碎裂。在沉桩过程中，桩定出现混凝土掉角、碎裂、坍塌甚至桩顶钢筋全部外露打坏;其四，用柴油锤施工打桩时，震动剧烈，噪音大，挤土量大，会给环境带来严重的污染，采用静压法施工可解决震动剧烈和噪音大的问题，但挤土作用仍然存在;其五，打桩时送桩深度受到一定的限制，在深基坑开挖后截余桩较多，但用静压法施工，送桩深度可逐渐加大，余桩就会减少。

9   结语

预应力管桩是新兴的桩基技术类型，已经成为建筑行业的通用技术类型，它能够有效提高项目的施工速度和效率，能促进绿色环保、高承载力、高质量施工标准项目的建设顺利完成。但是，预应力管桩技术使用寿命短，甚至会影响施工的正常进行，因此有必要准确掌握其特性和用途，这样才能保证施工效果和施工质量水平。

参考文献：

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收稿日期：2021-11-01

作者简介：胡莹，女，主要从事水利水电工程设计工作。

Application of Prestressed Pipe Pile in Foundation Treatment of Roadway Drainage Station in Boluo County

Hu Ying

（Huizhou Huayu Water Conservancy and Hydropower Engineering Survey and Design Co.，Ltd.，Huizhou，516000，China）

Abstract：In the current engineering construction，the use of prestressed pipe pile construction technology is helpful to improve the quality of engineering construction. Based on the foundation treatment design and construction practice of Xiangkou Drainage Station in Boluo County，combined with the technical characteristics of prestressed pipe piles，this paper introduces the construction process and specific quality control measures in detail，and summarizes the construction technical difficulties and precautions for reference.

Keywords：prestressed pipe pile;construction technology;foundation treatment