高层建筑施工中预应力管桩地基处理技术分析

朱文平（娄底市城乡建设投资开发集团有限公司，湖南 娄底 417000）

当前在建筑领域中，由于建设水平的不断提升，建筑的建设规模、难度等方面都明显提升，同时建筑高度也在不断提升[1]。但在这样的发展背景下，部分高层建筑施工当中出现了诸多问题及不足，严重影响着施工项目的质量，使得最终的施工效果无法达到预期要求[2]。在这一过程中，一种全新的预应力管桩地基处理技术产生，利用该项技术可以促进建筑施工质量的提升，基于此，本文开展其在高层建筑施工中的应用研究。

1 高层建筑施工中管桩地基处理现存问题分析

针对当前现有高层建筑施工特点，以及在具体施工中存在的问题进行探究，首先针对沉桩时极易出现顶桩位移情况的问题进行分析。在施工中，由于地基处理中需要使用大量的管桩结构，并且施工区域的土层无法保证具备足够的承载力，且存在两个管桩之间的距离过小等问题，造成沉降桩施工时出现桩顶位移的问题[3]。同时，加之施工中桩位的放线不准确、施工中桩位标志缺失等都会进一步增加顶桩位移量。除此之外，由于未按照施工规范标准完成施工任务，造成沉桩质量不达标问题产生[4]。由于对施工前准备工作的重视程度不够，没有先进的勘查手段和技术运用，使得从现场获取到的勘查数据较少，且勘查结果与实际差距较大，无法更加全面掌握施工现场的相关信息，进而造成对施工持力层的相关信息掌握不充分，从而导致桩尖标高错误等问题产生。这一问题的存在，在极大程度上影响着预应力管桩地基处理时沉桩不达标问题的产生。

2 高层建筑施工中预应力管桩地基处理技术

2.1 预应力管桩承载力及贯入度计算

将预应力管桩地基处理技术应用到高层建筑施工项目当中，首先需要明确各个预应力管桩的承载力以及贯入度。分别从竖向和水平两个方向确定其承载力，针对竖向承载力可直接采用静力学计算方法确定。根据高层建筑施工项目所在区域内预应力管桩桩侧阻力、桩端阻力等破坏机理，结合静力学原理分析，应用土层的强度参数确定各个位置上的阻力[5]。在此基础上，按照桩身强度对预应力管桩在竖直方向上的承载力进行计算，其公式为：

式中R-为管桩自身在施工中产生的竖直方向承载力；

f-为浇筑管桩桩体的混凝土材料强度限值；

σ-桩身在施工中产生的预压应力；

A-桩身横截面的面积。

根据上述公式，计算得出预应力管桩在竖直方向上的承载力。其次，再对预应力管桩在水平方向上的承载力进行计算。若具备以单桩水平静载试验的相关资料，则可直接通过经验公式法计算得出其水平方向上的承载力数值，若缺失这一资料，则可通过对桩身配筋小于0.65%的管桩按照如下公式求解出其水平方向上的承载力：

式中R＇-代表预应力管桩桩身在水平方向上的额定承载力；

α-代表水平方向上产生的变形系数；

EI-代表管桩桩身的抗弯刚度；

V-代表预应力管桩顶部水平位移系数；

X-代表桩顶可允许的水平方向位移量。

根据上述论述内容，分别从竖直方向和水平方向完成对预应力管桩承载力的计算，再对其贯入度进行计算[6]。在打桩的过程中，可直接将试桩试验结果中的相关数据代入到格氏公式当中完成对贯入度的计算。计算过程中所需的参数包括预应力管桩及桩垫材料系数、地基安全系数、落锤高度等。

2.2 高层建筑施工中的接桩与收锤条件制定

在确定各个施工参数后，以此为依据，制定高层建筑施工中的接桩与收锤条件。接桩时，可采用焊接方式完成，要求每一个预应力管桩上的接头数量不得超过3个。同时，要求桩头与地面之间的距离应当在0.5m～1.0m范围内，在桩头位置上应当设定导向箍便于更快确定接头位置[7]。上下接桩时，应当保证其顺直，并且为了确保高层建筑的施工质量，要求其中心偏差不得超过1.5mm。在完成接桩后，按照如下流程制定完成收锤条件：

首先，根据设计要求以及试桩试验结果确定收锤的依据。将桩底的高程作为主要控制参数，再参考上述内容确定贯入度。若预应力管桩顶端位置具有良好的持力效果，则可通过最后10次相同贯入度锤击预应力管桩以及最后1m距离的锤击确定是否收锤。在明确高层建筑施工中的接桩以及收锤条件后，将其作为依据，完成对预应力管桩地基静压式施工。除此之外，在实际施工中，还可能会出现浮桩现象，当浮桩问题产生时，则会造成预应力管桩地基处理结果无法达到理想目标的问题。因此，在具体施工中，还需要合理控制浮桩现象。在施工中由于地基土层会受到挤压，因此承载力相对较弱的软土层会出现超孔隙水压力问题，进而造成挤土问题，影响预应力管桩整体承载力。针对这一问题，应当通过合理安排打桩顺序，以此减少打桩挤土对打桩的影响。同时，还需要选择恰当的打桩速度，并实现对入土桩量的控制[8]。在每次施工中，尽可能避免打桩速度过快的问题产生，以此降低日入土桩量，从而确保土体剪切机固结时间能够符合规定要求。尽可能在土体应力完全消散时开展下一次打桩施工，以此减轻挤土效应。

2.3 预应力管桩地基静压式施工

在上述论述基础上，引入静压式方法完成对预应力管桩的施工，这种施工工艺与其他工艺相比不存在施工噪声，并且不会震动，也不会对高层建筑整体施工造成影响。在施工中，采用全液压装置向预应力管桩施加一个压力，以此能够有效避免在施工中桩头被打碎的问题产生，从而提高施工质量和施工效率。在具体施工中，应当按照图1所示的流程完成静压式施工。

图1 预应力管桩地基静压式施工流程

在静压时应当注意，管桩压入土中厚度应在1m～1.2m范围内，在停留一段时间后，调整管桩垂直度，并控制压桩油缸继续工作，在达到要求压桩效果后，油缸回程，并按照上述内容重复操作数遍，以此实现连续压桩施工，直至最终预应力管桩达到预定的深度土层停止压桩。同时，在压桩过程中对压桩速度、压桩深度以及压力表上显示的数据内容进行记录，并根据数值的变化对断桩质量和承载力进行判断。若施工中出现压力表读数突然改变，则需要停机，并对数值变化情况产生原因进行分析，对其是否在施工中遇到障碍物，或是否存在断桩现象进行判断，若出现上述情况则需要采用相应的措施进行维护。

3 实例应用

按照上述内容，在实现对高层建筑施工方案的理论设计后，为了验证地基处理应用可行性，将其应用到某高层建筑施工项目当中。已知该高层建筑的总建筑面积为15600m2，其中包含了一层地下结构和12层地上结构，该场地的抗震设防烈度为6度。该高层建筑施工场地地层为第四系全新统河湖相冲积层，表1为该高层建筑施工区域的土层分布及相关参数对应表。

表1高层建筑施工项目土层分布及相关参数对应表

在明确该施工项目的土层特点以及相关概况条件后，对其是否适合应用预应力管桩进行判断。已知该工程项目区域内地层最终障碍物、老基础以及孤石等较少，并且没有坚硬夹层存在，且部分土层能够作为持力层，符合预应力管桩应用的要求，因此可以采用预应力管桩施工方案。基于该高层建筑施工项目的土层特点，及上述分析，针对该项目中的地基处理方案初步确定为：在天然地基基础上，应用本文提出的预应力管桩地基处理技术对其进行处理，同时选用小口径钻孔灌注桩完成后续相应施工工作。利用上述相关数据，结合该高层建筑施工项目的设计要求，确定各个土层的沉降允许范围，其沉降允许值可通过如下公式计算得出：

式中mmax-表示不同土层的沉降最大值；

W-表示管桩的承载力极限值；

k-表示土层厚度。

将上述公式计算得出的结果作为依据，针对按照上述施工技术完成施工后各个土层的沉降情况进行记录，并与不同土层最大允许沉降值进行对比，得到如图2所示的结果。

图2 高层建筑施工项目各土层沉降变化图

图2中虚线表示为各个土层的最大允许沉降值，实线为按照本文处理技术施工后各个土层的实际沉降数值。从图2中两条曲线可以看出，应用本文提出的处理技术后，在高层建筑施工时，能够将其各个土层的沉降值控制在允许范围内，并且与最大允许沉降偏差较大，可极大程度提高预应力管桩施工的稳定性，促进工程整体安全性提升，同时也能够保证施工质量。

4 结语

综合上述研究，结合当前高层建筑施工的特点，应用预应力管桩地基处理技术提出一种全新的施工方案，并结合实例应用的方式验证了该方法的可行性。在具体施工中，除了按照本文论述内容严格完成各项对地基的处理工作外，还需要对该技术以及新相关应用要点全面整理，从而提出针对这一施工方案更具针对性的控制策略，确保方案实施有效，并使地基处理技术的应用效用发挥到最大，为高层建筑施工的安全性打下坚实基础。