管廊下深厚淤泥土锤击管桩施工关键技术探究

孙春辉 周星宇 耿志华 杨 荣 王 杰

（中电建路桥集团有限公司，北京 100000）

0 引言

基于国内预应力管桩施工现状，综合在深厚淤泥质土层中施做管桩的复杂度进行研究，确保预应力管桩在流塑状态的淤泥冲击下不发生剪切破坏，不出现偏桩、断桩等成桩质量问题。对预应力管桩穿越深厚淤泥质土的施工过程中的关键施工技术进行总结分析，以期指导预应力管桩施工。

1 工程概况

项目位于广东省江门市滨江新区启动区，丰乐大道管廊布置于道路西侧绿地，北起园山湖，南至华盛路，全长约0.93km，下穿河道1 处。管廊基础为预制预应力混凝土管桩基础。贯入类型采用锤击桩方式。管桩尺寸为桩径600mm，壁厚130mm 的AB 型桩；桩径700mm，壁厚130mm 的AB型桩还有500mm 桩径的若干管桩。桩身混凝土等级为C80，项目管桩总工程量为510 根管桩。施工场地高程2.5m，设计桩顶高程-3.2m～-4.4m，桩长约17m～30m，单桩竖向承载力特征值为1200kN。

2 地质水文条件

2.1 地质条件

江门穿越主河口冲淤积平原，地质多为淤泥土发育，且地表平缓，高程在0.5m～4m，小河沟纵横，水网发育，多鱼塘、围堤、稻田、耕地及各类果园用地，地层结构上部为全新统滨海相沉积的软土，同时砂层间断分布，不具有连续性，分布范围及分布深度离散型显著。沿线场地多为鱼塘、农田。

2.2 水文条件

该地区雨量充沛，平均降雨量1785mm。4 月到9 月是当地的多雨期，雨水丰富，可达1485mm，占全年总雨量 83%。雨季低洼地带易受到水的侵蚀，出现短暂洪涝现象。项目的地下水有孔隙潜水和基岩裂隙水。主要来源于地表水和大气降水。分层测得地下水混合静止水位埋深在0.70m～5.60m。标高-0.15m～- 0.05m。稳定水位随地形及季节性气候影响而波动。

3 管桩施工关键技术

综上所述，该项目管廊基础底部有较厚的淤泥软土层分布，管桩在淤泥中侧向稳定性差，容易造成桩身缺陷甚至断桩，难以保证施工质量。且在基础开挖或重载时，由于淤泥的流－软塑状态，易流动，会对管桩形成侧向挤压和破坏，在桩基施工时需要充分考虑这些不利因素的影响。

PHC 预应力桩按照国标10G409《预应力混凝土管桩》设计制造，管桩制作厂提供产品详细图纸大样还有相关说明（包括管桩力学性能指标）并提供产品的检验数据、质量保证书和型式检验报告等。

3.1 试验桩施工

在实施预应力管桩施打前，须就所在土层做试验桩施工。根据该项目和有关规范确定，该工程试验桩数量为6根。这项工作内容为测出正式施工管桩时的锤击力大下、加载频率、加载速率、卸载条件、管桩偏位歪斜程度等施工参数具体指标。通过对这些指标的反复测算复核，来提供正式管桩施工时候的锤击方式。

3.2 桩身承载力分析

根据施工现场具体布置，从中间向四周施打；或从一侧向另一侧施打。该工程采用从一侧向另一侧施打施打顺序。由于该工程施工须穿越20m 厚的淤泥质土，其施打难度极大，前期试验桩的技术参数对正式结构桩施工有重要影响。打桩前在桩身上用标尺标记出每m 情况线，方便在打桩时进行记录。每节桩吊运起来并放入指定位置开始锤击前都须经过仔细检查对中，校核无误后，方可进行。通过测量反复确定桩位准确没有歪斜，偏位等问题。管桩施工步骤如图1 所示。

管桩施打至持力层或达到设计要求的贯入度，即可收锤。贯入度值的测量以桩头完好无损、柴油锤跳动正常为前提。贯入度的测量采用收锤纸进行收锤测验绘出管桩收锤时的回弹曲线，以测出最后贯入度值及回弹值，以便真实记录和反映收锤情况。

送桩深度超过2m 且不大于6m 时，打桩机用三点支撑履带自行式或步履式柴油打桩机；接桩注意连接端板的对中，其构造如图2 所示。桩帽和桩锤之间应用竖纹硬木或盘圆层叠的钢丝绳作“锤垫”，其厚度宜取150mm～200mm；施工现场配备桩身垂直度观测仪器，随时量测桩身的垂直度。

图1 柴油锤击桩施工工艺流程图

图2 PHC 管桩接桩示意图

根据设计值给定，该工程所选管桩的实际施工后的单桩承载力特征值为1200kN。根据这个标准，由公式（1）可以反推单桩竖向极限承载力标准值。

式中：R 为单桩承载力特征值，K 为单桩安全系数。安全系数一般取2；Q 为单桩竖向极限承载力标准值。

引入单桩极限承载力经验计算法，得到公式。

式中:q 为桩侧第i 层土的极限侧阻力标准值； pkq 为极限端阻力标准值；u 为桩身周长；l为桩周第i 层土的厚度；A 为桩端面积。

还需要再引入单桩承载力的安全储备问题，对安全出奔进行验证计算，如公式（3）所示。

通过对比值系数η 的计算，可以得出锤击管桩试验的对比数据，按照10%的分位数进行数理统计，可得每一分位上的频数分布N，将比值系数和频数分布结合，得到频数分布直方图，便于分析。统计出试桩和正式打桩的3 种不同桩径的频数分布情况，如图3 所示。

分布结果表明，比值系数趋于1.2-1.6 的为主要大多数管桩，这类桩安全储备相对较高，基本处于I 类桩，其承载能力和质量均符合要求。极少数量桩（大概在6 根左右）其安全储备值位于0.8 和1.9，这2 类为废桩，原因可能是在管桩受力过程中产生的偏桩和挤土效应，在现场施工中须注意施打顺序和土层研究，对锤击力的荷载控制要结合频数分布表来进行经验总结。

图3 比值系数频数分布直方图

3.3 验收指标

管桩施打过程中，宜重锤轻击，保持桩锤、桩帽和桩身的中心线在同一条直线上，并随时检查桩身的垂直度。桩锤和桩帽与桩圆周的间隙为5mm～10mm。收锤标准根据试桩最后三阵每阵10 击贯入度确定，根据现场已做试桩结果，锤击管桩的收锤标准见表1。

预应力管桩全面施工后，应在以下4 个方面进行全面控制：1）选择有代表性的位置进行试沉桩，由于现场深厚淤泥大量发育，须在具有代表性的场地土层进行管桩试桩，根据试沉桩结果会同相关各方共同协商后最终确定沉桩的各项技术参数。2）管桩施工时按桩端设计标高及最终贯入度（根据施工艺协商确定）进行双控。根据详勘报告意见，以贯入度为主，桩长为辅。采用植桩法工艺时，应以嵌入持力层深度控制为主。3）在群桩沉桩时应合理布置压桩顺序，尽量减少挤土效应。4）沉桩过程中遇孤石时，应逐批进行桩身低应变动力测试，对桩身有损伤的情况，根据其损伤程度决定是否补桩。

表1 锤击管桩收锤贯入度指标

3.4 机械引孔

现场深厚淤泥地质分布有大量离散的砂层或砂质土层，由于是离散型，地勘报告中无法准确给出其所在范围及标高位置。因此根据现场打桩情况，从经验角度出发，认为当砂层超过3m 或间断分布砂层总厚度达5m 及以上时，结合施工不可贸然锤击管桩，而应采取机械外力辅助引孔，再进行管桩锤击施工。

该工程选用方法为螺旋钻杆干作业施工完成对砂层的钻进施工，工艺是将砂层全部钻通，引出所在位置管桩的沉桩点，通过引孔，使得管桩透过砂层，从砂层底开始锤击。这样的施工方法将改善管桩施工效率，同时有利于管桩沉桩，不会对周边土层带来较大扰动。因为砂层已被钻透，管桩下沉过程不会遇到砂层的阻碍，不会受其影响而无法向下传递荷载。

3.4.1 引孔尺寸确定

现场进行引孔作业，需要明确引孔长度和引孔大小。引孔大小容易确定。钻进设备可根据砂层所在厚度、地面标高进行选择，钻进设备需要有足够功率带动砂层搅拌切削，能保证正常钻出孔，而引孔的深度确定原则为引孔深度穿越砂层，砂层底标高根据区域内砂层最深分布标高确定。施工时可随钻随打，并采取防坍孔措施。

3.4.2 引孔工艺流程

机械引孔根据已探明的砂层区域，进行机械整平、钻杆校正、钻杆钻具试配、安装等前期工序，然后开始向下钻进。钻到砂层底标高，即可停钻，随钻进过程及时开展管桩施打。工艺流程如图3 所示。

4 结论

该文所述预应力管桩施工过程，在淤泥质土层中效果显著。总结实际施工，得出下列结论：1）试验桩先行。在淤泥质土层尤其是深厚淤泥质土层中施工预应力管桩，须在适当区域施打足够的预应力管桩试验桩，其目的是确定正式管桩施工时的施工过程参数和技术指标的控制，防止出现由于土层的强剪切效应带来的偏桩、断桩的不利情况。2）打桩过程中对施工锤击的精确控制，不得超打，也不得欠打。须合理以贯入度最后三阵的指标为参考，保证锤击管桩施工就位，桩身顺利到达土层指定位置进行。3）深厚淤泥条件下的管桩施工容易遇到砂层的阻碍而无法顺利完成施工，对于砂层的干扰，可采取机械引孔的方式把桩孔钻投砂层，然后再送桩至砂层以下，进行管桩施工。这个方法高效，在现场实际施工过程中可以明显提升施工效率。

图3 机械引孔辅助管桩工艺