浅析软弱土地质条件下预应力管桩施工质量控制的措施

2021-04-03万涛

城市建设理论研究（电子版） 2021年19期

万涛

陕西建工集团有限公司陕西西安 710003

随着我国经济的蓬勃发展，城市化建设也迅速发展起来，预应力管桩在建筑、港口、路桥以及码头等工程项目中都有广泛的应用，这种技术施工工艺比较简单，对地基承载力具有较高的可靠性，施工周期比较短、成本低的特点。尽管预应力管桩是一种稳定且质量较好的基础，但是对于地质条件复杂的地区在施工时极易发生影响质量的缺陷，尤其是对软弱等复杂地质条件下预应力管桩的施工分析和研究，在我国缺少相应的研究。

1 预应力管桩概述

预应力管桩基础是由挤土或是半挤土构成的桩基，能够将建筑物荷载传输到地基的一种抗弯、抗压性受力杆件。预应力管桩的桩身强度大，耐锤击，穿透力和成桩质量比较强，成本低，性价比高，施工速度和效率都比较高，布桩容易，地质条件具有较强的适应力，运输和吊装也比较便利，施工快速，时间短，成桩质量监测方便[1]。但是，预应力管桩施工也存在一些缺点，采用的柴油锤噪声比较大，振动也相对激烈，挤土效应比较好，送桩长度有限，深基坑开挖之后余量截去的比较多，不适合应用在孤石和障碍物多的地方、坚硬隔层地区、石灰岩和软塑层突变坚硬层等地区，其次在软弱土地质条件下施工，容易造成桩位偏差较大的情况。

2 淤泥地质条件下预应力管桩施工分析

2.1 工程概况

肇庆华侨城文化旅游科技产业小镇（一期）项目，根据地质勘察资料发现，该施工场地全是淤泥质土，根据设计要求需要换填石渣平均厚度1.15m。从基层开挖到承台底距离大约在4.6-6.5m之间，本工程采用的桩基础施工技术为预应力管桩施工，桩顶标高下平均14.5m处于淤泥层，静压机在换填的石渣上面行走，以确保预应力管桩成桩质量。

2.2 施工技术

本工程基础中的预应力管桩型号为PHC-400AB-95，桩端持力层在微风化岩，每个桩的承载力≥2000KN，桩机选择的是液压式静压机，其在压桩作业时不易损坏桩头，噪声较小、无振动冲击，对周围环境和建筑物影响较小，在压桩过程中可从压力表直接读出桩的承载力。

施工流程为：（1）管桩就位之后，先校准桩架，之后在校准管桩垂度。第一节管桩对桩身垂度进行校准尤其重要。校桩垂度采用的是2个方向的经纬仪，能够保证桩身垂度，桩锤度偏差需要低于0.1%。（2）利用全站仪调整桩位，桩位偏差不大于100mm。（3）接长管桩时，上一节的桩段桩头超过了地面0.5-1.0m范围，下一节的桩头设置了导向箍，上下节的管桩处于顺直桩头，偏差低于2mm，桩节弯曲最大不可超过20mm。清洗干净上下端板的表层，采用坡口刷将金属光泽露出来。二氧化碳保护焊的焊接层数需要超过3层，焊缝持续、饱满且经过自然冷却8min之后能够再次进行施工。（4）静力压桩，当桩端深入到持力层并且桩机上的压力仪表盘可以读出单桩承载力到2000kN时，单桩施工完成（5）按照建筑地基技术规范等要求试验、检测桩的抗压静载能力以及低应变能力。

3 淤泥地质条件下预应力管桩施工质量问题及其控制措施

3.1 质量问题

预应力管桩施工过程中的质量问题体现在管桩本身质量和工程质量问题。

一、施工前，施工人员会选择质量好的预应力管桩，但是管桩在设计制造时存在一些问题，有些工厂制造工艺比较落后，形成的成品比较粗糙，焊接可能存在质量缺陷。或是管桩所使用的钢筋材料比较差，导致管桩容易断桩，有些桩基是手工绑扎，导致钢筋直径小，桩基预应力下降，对预应力管桩质量产生了严重影响[2]。

二、管桩桩位偏差大是施工问题的主要原因。测量时，施工人员在放线测量上存在误差，同时由于软弱土地基，导致桩基存在较大偏差和位移。另外，设计人员有所忽视施工地质情况，并未清除地底石块，施工时，这些石块会影响预应力管桩施工，甚至会浪费资源。

3.2 控制措施

3.2.1 施工前准备工作

首先，对管桩桩位图进行编号，再将其发放至施工单位，施工之前需要对预应力管桩质量进行检查，重点对混凝土抗压强度合格情况进行检查，并检查管桩的裂缝、桩身弯曲度等。若是管桩不符合要求则需要立即退回，并把握好原料进场质量。把控施工管桩质量，起吊管桩时需要保证起吊平稳，管桩桩身不会受损。因此，只要要安排2根观察桩机前后，确保桩身不会受损[3]。压桩前先放样，并仔细核对基准坐标，使测量放样进准，保证无误差，进而实行压桩。

3.2.2 控制桩体施工

1.选择桩机、桩锤和桩帽，监控桩机性能。首先，在不限制噪声的地方，了解地质条件和周边环境情况下优先使用具有较强穿透力的锤击桩机，在对环境噪声有限制区域和周边建筑紧密的情况下采用静力压桩机。其次，柴油锤爆发力和能量大，工作效率高，锤击作用时间长，随着桩端阻力自动调整落距，人为控制因素少。柴油锤油门分成4挡，若是锤子选择合理，一般只用到2挡，此时桩不容易被打碎，锤也不容易被损坏，并做到重锤低击。对于特殊地质要慎重选锤，若是持力层薄则可以使用低能量桩锤，避免被击穿，若是穿越厚度超过5m的密实砂层或强风化层，则应该使用高能量桩锤，并采取低击方法，避免由于桩锤能量低导致锤击次数比较多。施工时，需要对柴油锤器官密封性进行仔细检查，防止由于漏气、漏油导致冲击能量受到影响，误判收锤标准。最后，合理选择桩帽和桩垫，在桩头上套上桩帽筒，内径不可过大或过小，大小桩径最好为2-4cm，深度最好在30-40cm。桩帽和锤的垫层最好选择竖向硬木或是钢丝绳填满，厚度在15-20cm之间。桩帽和桩顶垫层最好选择麻袋、纸垫、木夹板等材料，通过锤击压缩之后厚度最好在120-150mm之间，并及时检查更换，避免桩头破碎，可以增强贯入能力。

2.要对桩位和桩顶进行严格控制。压桩之前要及时平整处理施工场地，清理明暗河杂填土、淤泥，根据设计要求进行回填，使其能够符合压桩机移动需求，若是场地不够平整，则需要设置垫板，确保压桩机底盘平衡。若是建筑物基础采用的是大范围预应力管桩，打桩方向从中间到两侧对称。根据实际施工采用的填土，为了能够避免打桩机移动时导致断桩现象，需要在基础周边预留打桩机回返余地，通常从单侧进行。施工时，还需要对压桩数进行控制，以便释放土体中的孔隙水压力，避免土体过度隆起。沉桩时，需要严格监控桩位和桩顶标高，及时调整不当之处[4]。管桩在沉桩之后，桩顶标高在超过设计标高时需要进行截桩。

3.保证焊接质量。管桩桩基中的接头质量十分重要，其使用的是二氧化碳保护焊的焊接技术。首先对桩头的杂物、淤泥等清除，清理好连接部位后，将桩位对接，2个焊工在拼接部位焊接，焊缝必须饱满、持续，并做好防腐作业。为了保证装桩接头和桩靴焊接质量，预制桩长度超过时，管桩桩基质量保障是接头质量，都是使用钢端板焊接法。每段管桩沉管之后需要对接桩段，对接口管段的预埋钢箍做好除锈处理，并清理好连接位置上的油污、水分等，并注意焊条质量，并在拼接部位又2个焊工对称环焊，焊缝需要实现饱满连接，并进行防腐工作。管桩中心线与其拼接管桩的中心线之间不可超过2mm偏差，焊接之后自然冷却焊缝，避免深用水冷却或是立即施打。严格控制好桩靴焊缝，可以采用地面平放的桩翻身方法确保周边焊接牢固，否则会导致施打脱落，破坏桩的性能，影响桩端承载力。

4.连续跟进沉桩过程，不可中途停歇。预应力管桩在沉桩时，其周边土体急速挤压会导致土中孔隙水压迅速上升，抗剪强度降低，桩身容易下沉，但是若是中途停歇随着时间推移会导致孔隙水压力逐渐消失，土体固结，抗剪力恢复甚至增强，此时沉桩工作难度增加，对此，在进行锤击或静压沉桩时需要避免中途停歇，持续沉桩。

5.静压送桩。静压管桩至持力层，同时，可以通过桩机压力仪表盘读出单桩承载力。

6.根据勘察报告选择桩型，明确打桩控制指标。在第一根试装打进时需要予以重视，并到现场查勘打桩情况，对勘察资料准确性进行检查。为保证打桩成功率，需要进行原位试验，并根据实际打桩结果记录好地层变化和厚度，根据打桩记录对地质勘察资料进行验证。

7.沉桩时，需要注意施工放样后检查轴线、基线、管桩桩位、轴线和桩位间关系等。此外，因为施工挤土效应会导致地面变形，导致样桩被拔出，障碍物清除后再进行压桩。压桩时，严格控制施工流程，调平压装机机身。把握好压桩和接桩过程，并在压桩前选择低速压入，避免地面障碍物导致桩位便宜，若是出现硬土层则需要加大力度穿过土层之后再降压，避免桩身拉应力过大。此时，需要注意压力数值变化，接桩时下接桩超过地面0.5-1m标准后停止压桩，对下节桩身完好性进行检查，并将桩身杂物清理好，之后起吊对接，上下装中心保持对齐，对上节桩垂直度进行校正，可以在其中使用薄铁片对接。