预应力管桩静压挤密软弱土体提高地基承载力施工工法

文／芈韶辉、张魏巍、谢鑫 安徽省交通航务工程有限公司 安徽合肥 230000

1.前沿

1.1 编制背景

软弱地基是一种不良地基，由于土体强度低、压缩性高和透水性差，地基承载力不能满足设计要求，因而容易出现不均匀沉降，对结构物造成破坏。水处理场站构筑物防渗要求高、安装设备多、池内水量多，池体单位面积重量大，对地基承载力要求高且有抗浮要求，但由于污水处理场站大多建设在郊区或者野外靠近河道的位置，而河道周边往往地势较低，上层土质多为较厚的软弱土层，因此需要采取措施对地基基础进行加固处理。

1.2 形成过程

通过对比预应力管桩、灌注桩、大直径复合抗拔锚杆等处理措施分析发现，灌注桩和抗拔锚杆桩存在工期长、造价高、污染环境等缺点，不符合国家提倡的绿色低碳环保的施工要求；如果直接采用土方换填处理，扬尘大，污染严重，且满足不了抗浮要求；采用预应力管桩可以完美的解决以上问题，管桩采用工厂集中预制，对环境污染小，质量可靠且不影响工期，现场施工速度快，综合施工成本相对较低。在地基处理中采用预应力管桩静压植桩工艺，实现了预期效果。本工法是在软基处理施工过程中经总结提炼而形成的。

1.3 关键技术内涵

通过全站仪对管桩进行精确定位，使用二氧化碳保护焊分层焊接方式把上下节管桩连成一个整体，压桩过程中利用经纬仪进行双向校正垂直度，根据设计标高和压力值进行双向控制，最终经过桩间土相互挤密作用，降低桩周地基土体的液化性、提高地基土体的强度，通过管桩桩端承载力和桩周与土体间的摩擦力作用及其穿透的土层共同形成新的复合地基，实现对场站软弱地基加固处理及稳固结构物的目标。

2.工法特点

（1）采用预应力管桩施工，桩身强度高，同时兼具抗压和抗拔性能，加固效果好、质量可靠；

（2）通过电力驱动静压法植桩工艺，实现了施工过程中噪声小、无污染、低碳环保的特点；

（3）采用本工法施工，工艺简单、机械化作业、智能化控制、工作强度低、施工速度快。

3.适用范围

适用于软弱土及回填土地层的地基基础加固处理。

4.工艺原理

利用压桩过程中的土体挤密作用，达到降低桩周地基土体的液化性、提高地基土体的强度的目的，提高了土体的地基承载力及基础地基加固的效果；通过管桩桩端承载力、桩周土体摩擦力及其穿透的土层共同形成新的复合地基，实现了对场站软弱地基加固处理及稳固结构物的效果。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1 主要施工工艺流程

施工准备→测量定位→桩机就位→吊桩→校验桩位→压桩→接桩→压桩至设计标高→桩基检测。

5.2 操作要点

5.2.1 测量定位

（1）根据设计图纸进行计算桩位坐标，通过全站仪进行精确定位放线。（2）根据复核好的控制点，在现场四面2～5m 处用木方，放出纵横轴线。对于已经复核的轴线点及控制点要用水泥钉进行标识，并在其四周用砖堆砌以严加保护，防止发生偏位和变形。（3）放出的桩位插入30～40cmφ8 钢筋或竹签作为桩位标记并在其上面涂上醒目的红油漆或红色胶带。在施工过程中，为防止错沉和漏沉，对于将要施工的桩位用白灰画出桩外皮轮廓线的圆周，便于对位、插桩。（4）放出的桩位需经复核验收合格后方可施工，桩位的投放允许误差为10mm。

5.2.2 桩机就位

（1）设备进场组装调试，确保设备运转安全、正常，按照沉桩顺序，移动调整桩机对位、调平。（2）在软弱地基沉桩时，桩机下部垫钢板。施工时，调整桩架使之处于垂直平稳状态，确保在施工中不倾斜、移动。（3）施工前在拟沉桩的侧面和送桩器的侧面上标注尺寸，以便于记录每行程沉桩压力值和最终送桩长度。（4）压桩机就位后应精确定位，采用线锤对点时，锤尖距离放样点不宜大于10mm。

5.2.3 吊桩及校验桩位

（1）管桩起吊时，所系钢丝绳与桩的轴线夹角宜大不宜小，在45°～60°左右。运输过程中应免平稳轻放，以免受振动、冲撞。（2）用桩机上的吊机将管桩吊起后，垂直稳定将管桩吊入桩机内，使桩端对入桩机夹桩箱内，将桩轻轻喂入夹桩箱内，以防桩身断裂。（3）待管桩放入桩机夹桩箱内扶正就位后，管桩缓慢下放，与放在桩位中心的钢桩尖对准焊接。（4）在现场焊接钢桩尖，焊接采用二氧化碳保护焊。第一节管桩底部端板与其对中焊接在一起，焊好后桩尖采用沥青柏油进行防腐。（5）调整桩尖插入桩位后，先用较小压力压入。沉桩接桩的垂直度宜采用经纬仪双向校正。（6）第一节管桩起吊就位插入地面下0.5～1.0m 时的垂直度偏差不得大于0.3%；当桩身垂直度偏差超过0.8%时，应找出原因并作纠正处理。必要时，拔出重插。沉桩后，严禁用移动桩架的方法进行纠偏。

5.2.4 压桩

（1）要校对桩位准确，确保桩位无偏差。（2）在压桩过程中，应确保桩身垂直，偏差不超过0.3%，并随时检查纠偏。（3）沉桩应确保送桩器与桩身在同一轴线上。（4）接桩、压桩应连续进行，尽量减少中间停歇时间。（5）静压法施工沉桩速度不宜大于2m/min。（6）压桩过程中如遇到特殊情况，应立即停机，找出原因，釆取改进措施后方可再施压。

5.2.5 接桩

（1）当下节桩桩顶距地面1m 左右时，停止沉桩，吊起上节桩，使其正对下节桩，通过移动或调整桩机，调整好上节桩的垂直度后进行焊接，每根桩的接头数量不宜超过3 个。（2）管桩对接前，接头处要清理干净，并设置导向箍以方便接桩正确就位。接桩时上下两节桩应保持顺直，错位不大于2mm，节点弯曲矢高不得大于0.1%桩长。（3）焊接时优先采用二氧化碳保护焊，焊接材料选用1.2mm 气体保护焊丝。接桩时上下中心线在同一垂线上。（4）施焊时宜先在坡口周围对称点焊4～6 点进行临时固定，然后再对称焊接。待上下桩节固定后拆除导向箍，再分层施焊。（5）焊接完成之后，自然冷却时间不小于8min，严禁浇水冷却或不冷却就开始沉桩。（6）在焊接接头处采用沥青柏油进行防腐，经检查确认后才能继续施沉，并且做好焊接隐蔽验收记录。

5.2.6 终压控制

（1）终压标准应根据设计要求、桩端进入持力层情况、终桩压力、桩顶标高等情况确定。（2）当压力已达到终压力或桩端到达持力层时应采取稳压措施；当压桩力小于3000kN 时，稳压时间不宜超过10s。（3）稳压次数不宜超过3 次，对于小于8m 的短桩或稳压贯入度大的桩，不宜超过5 次。（4）沉桩完成后，检查桩头是否完好，测量员测量沉桩后的桩顶标高，记录在施工记录上。

5.2.7 桩基检测

（1）在大面积施工前开展成桩工艺试验，不少于3根，打设7d 后采用静载荷试验确定单桩承载力极限值和单桩抗拔承载力极限值。（2）验收检测时，宜先进行桩身完整性检测，后进行承载力检测。桩身完整性检测应在基坑开挖至基底标高后进行。（3）建筑桩基设计等级为甲级，检测数量不应少于总桩数的20%，且不应少于10 根；每个柱下承台检测桩数不应少于1 根。为了全面了解整个工程基桩的桩身完整性情况时，宜增加检测数量。（4）采用单桩竖向抗压静载试验进行承载力验收检测时，检测数量不应少于同一条件下桩基分项工程总桩数的1%，且不应少于3 根；当总桩数小于50 根时，检测数量不应少于2 根。

6.材料与设备

6.1 主要材料计划（见表1）

表1 主要材料计划表

6.2 主要机械设备（见表2）

表2 主要机械设备表

7.质量控制

7.1 质量控制标准

（1）《建筑桩基检测技术规范》JGJ106-2014；

（2）《建筑桩基技术规范》JCJ94-2008；

（3）《先张法预应力混凝土管桩》GB13476-2009；

（4）《预应力混凝土管桩技术标准》JGJ/T406-2017；

（5）《工程测量规范》GB50026-2020；

（6）《预应力混凝土管桩》10G409 图集；

（7）《非合金钢及细晶粒钢焊条》GB/T5117-2012。

7.2 质量保证措施

（1）建立健全质量管理体系，确定质量目标，明确职责分工。

（2）对进场的预制管桩进行验收，验收合格方可用于本工程施工；

（3）施工过程中对桩基定位轴线作补充检查，每d1次，为减少桩位偏差，沉一排复测一排，并做好原始记录；

（4）采取科学、合理的沉桩顺序：先中间后两边或四周进行、先长后短、先深后浅的原则；

（5）每根必须连续施工，中途不得长时间停留，同时焊接时间尽量缩短，以防止桩体与土体之间形成固结，在压桩及接桩过程中严禁拖桩；

（6）根据设计标高和高程控制点，计算桩的入土深度，在送桩杆上用红油漆画上标线进行标识，当送桩接近设计标高时，通过水准仪的观测来控制桩顶的标高；

（7）插桩时，以定桩位的钢筋为中心点，通过垂直两个方向用全站仪校正桩身垂直度在允许偏差之内，尤其是第一节桩要严格保证其垂直度，确保其垂直导向作用，桩入土3m 后严禁用桩机调整其垂直度。

8.安全措施

（1）施工前进行安全技术交底，加强安全教育，提高安全意识，落实班前会制度。

（2）所有进入作业区人员均须按劳保规定着装和使用安全防护用品；

（3）吊车作业时，严禁在起重臂下站人，禁止将起吊的物体临空于人员的上空，坚决做到“十不吊”。

（4）当钻机移位后，下道工序设备未及时到位前，应采取措施保护好孔口，防止人员或杂物掉落孔内。

（5）管桩施工中，夜间配置警示灯，施工现场入口处布设施工铭牌，在临边区域设置警示牌。

（6）对操作人员实行培训持证上岗制度，非机电专业操作人员不得擅自动用机电设备。

（7）管桩堆放场地应平整、坚实。垫木与吊点的位置相同，并保持在同一平面上。各层垫木上下对齐，最下层的垫木适当加宽；桩尽量堆放在桩机附近，原则上按照沉桩顺序堆放；堆放层数一般不超过3 层，宜采用2 层，叠堆2 层以上时各级支垫在同一直线上，支垫在l/5 处，要用止动楔块。

9.环保措施

（1）施工期间，对施工道路及施工区进行洒水降尘；

（2）夜间进行焊接作业，应采取遮挡措施，防治影响附近居民；

（3）不在施工区水域清洗受污染的物资及机械设备；

（4）严禁在施工区焚烧垃圾或点明火，防止火灾；

（5）合理堆放建筑材料，并采取有效地防护措施，减少对植被的破坏；

（6）在施工区域内设置污物、垃圾堆放点，安排专人负责保持施工区域内的环境卫生，垃圾及时清理。

10.效益分析

10.1 经济效益

（1）本工程场站池体多为地下或半地下式，在保证同时满足抗压要求和抗浮要求的前提下。通过经济性核算，如果采用灌注桩基础施工成本约为214 元/m2。如果采用大直径复合抗拔锚杆施工成本约为178 元/m2。而实际采用预应力管桩进行地基处理的成本仅约为80 元/m2。本工程桩基数量为1486 根，有效加固总面积约5012 m2。桩管压桩施工过程中平均每台桩机每天压桩约30 根，工期约50d；由于平均桩长较短，根据施工经验及调查资料可知，灌注桩平均每台桩机每天可以施工约10 根，工期约149d；大直径复合锚杆桩平均每台桩机每天可以施工15 根，工期约99d。由于灌注桩和锚杆桩属于水泥制品，需要28d 达到设计强度，而预制管桩进场施工时，无需再等待28 天强度要求。

（2）施工成本及工期节约分析

①相对于灌注桩而言：节约施工成本费用为（214-80）＊5012 ≈67.16 万元，节约工期149+28-50=127d。

②相对于锚杆桩而言：节约施工成本费用为（178-80）＊5012 ≈49.12 万元；节约工期99+28-50=77d。

（3）通过对比分析可知，预应力管桩施工与传统灌注桩、抗拔锚杆桩等施工方法比较，所需的施工成本费用最少，施工工期最短，所以选择预应力管桩加固处理场站软弱地基施工工法更加经济合理。

10.2 社会效益

（1）预制桩采用空心薄壁结构，用料省；工厂化制造，质量更易保证，同时也避免了大量泥浆排放对环境的污染，有效保护了周边地质环境，符合国家倡导的绿色低碳环保要求。

（2）采用静压植桩工艺，施工过程中无振动和噪声，对周边居民影响小；机械化施工，智能化控制，释放大量劳动力，施工速度快，工期有保障，符合国家快速高质量发展的需求。

11.实用案例

11.1 定远县炉桥镇污水处理厂及管网工程EPC+O总承包及运维项目

11.1.1 工程概况

定远县炉桥镇污水处理厂及管网工程EPC+O 总承包及运维项目位于安徽省滁州市定远县炉桥镇。项目开工日期为2021年10月28 号，工期10 个月。主要包括新建污水处理厂、配套污水收集管网及其他相关配套设施。厂区共有22 个单体的基础处理采用本工法施工。桩基础设计等级为乙级，安全等级为二级，设计基准50年，实际应用桩基数量1486 根。

11.1.2 应用效果

本工法采用预制桩符合国家节能减排、低碳环保的政策要求，且现场施工操作简便，不产生振动和噪声，无泥浆污染，更加环保，现场文明施工得到很大改善，施工质量符合设计和规范要求，极大地提高了复合地基的承载力和降低后期发生不均匀沉降的问题，节约工期至少77d，节约施工成本至少49.12 万元。获得了业主和监理单位的一致好评，具有较高的推广应用价值。

11.2 滁州市北京城房·时代庄园项目总承包建设工程

11.2.1 工程概况

滁州市北京城房·时代庄园项目总承包建设工程位于滁州市南谯区，其中高层住宅共包含10 栋楼，建筑面积106599.9m2，设有地下室，结构形式为剪力墙结构，地基基础设计等级为甲级，现状表层多为耕作层或原始植被，局部堆积较厚的人工填土，地基均采用预应力管桩加固处理，总计1301 根桩。

11.2.2 应用效果

本工程管桩采用工厂化制造，质量易保证，生产过程中无泥浆废水产生，对环境污染小，符合国家节能减排、低碳环保的政策方针，现场采用静压植桩工艺施工，智能化控制，操作简便，施工速度快，施工过程中不产生振动和噪声，对周边居民影响小。本工法应用效果良好，桩基检测合格率100%，基础地基满足验收要求，得到了监理和业主的肯定，节约施工成本约47 万元，缩短建设工期72d，收到了良好的社会效益与经济效益。