基于复杂地质条件下预应力高强混凝土管桩施工技术

2023-11-07万秀柱

城市建设理论研究（电子版） 2023年30期

万秀柱

广东省建筑工程集团有限公司广东广州 510010

随着城市化进程的加速和建筑结构的不断升级，越来越多的工程需要采用预应力高强混凝土管桩作为地基支撑结构。然而，在复杂地质条件下，预应力高强混凝土管桩施工面临着诸多技术难点和风险[1]。因此，研究和探索复杂地质条件下预应力高强混凝土管桩的施工技术及应用，对于保障工程质量和施工安全具有重要意义。

1 复杂地质条件下的工程特点

1.1 地质条件不稳定

地质条件不稳定是复杂地质条件下的工程特点之一。不同地质条件下的土质、岩层等物质的力学性质和变形规律不同，如含水量、应力状态等都会对工程施工和后期运营造成影响。因此，需要采取相应的措施对工程进行加固、支护等，确保施工安全和工程质量。

1.2 地下水位高

地下水的存在可能导致土层变软、坍塌等问题，也可能引起浸润、渗透等问题。因此，需要采取降水措施，如井点降水、抽水井降水等方法，以确保工程施工的安全性和稳定性。

1.3 地质构造复杂

不同的地质构造会对工程施工和后期运营带来不同的影响，如断层、岩溶地貌等会导致地基不稳定等问题。因此，需要对工程的地质构造进行全面的勘查和分析，以制定合理的施工方案。

1.4 土质松散

由于土质松散，地基不稳定，容易引起地基沉降、地陷等问题，给工程施工和后期运营带来安全隐患。因此，需要采取相应的土工技术措施，如灌浆、桩基、挤密等方法，加固地基，以提高地基的稳定性和承载能力[2]。

2 预应力高强混凝土管桩的基本概述

预应力高强混凝土管桩是一种常用于土建工程中的桩基处理方式。它是在混凝土管体内设置预应力钢筋或钢束，通过预应力的方式增加桩的承载能力和抗弯性能，以适应不同的地质条件和工程需求。

预应力高强混凝土管桩的结构主要由混凝土管体和内部预应力钢筋或钢束组成。混凝土管体的外表面通常带有螺旋状的纹理，以增加桩与土壤之间的摩擦力和承载力。预应力钢筋（钢束）通过桩顶的承载板与混凝土管相连，通过张拉使钢筋（钢束）内部产生预应力，从而增加桩的承载能力和抗弯性能。预应力高强混凝土管桩在施工中需要严格控制各个环节的质量，确保桩的强度和承载能力满足工程要求。预应力高强混凝土管桩广泛应用于各种地质条件下的基础处理，如软土地基、淤泥、沉积土等。此外，预应力高强混凝土管桩还可以用于桥梁、高层建筑、大型机械设备基础等工程中。它的主要优点包括承载能力高、抗弯性能好、适用范围广、施工周期短、环境污染小等，是一种比较可靠和经济的桩基处理方式。

3 预应力高强混凝土管桩施工技术流程

3.1 钻孔

钻孔是预应力高强混凝土管桩施工过程中的关键环节之一，其施工质量直接关系到桩的承载能力和使用寿命。具体的施工工艺包括以下几个方面：①地质勘测：在钻孔前需要进行地质勘测，确定地下岩层的类型、厚度、稳定性等，为后续的钻孔施工提供依据。②钻孔机选择：根据地质情况和孔径要求，选择合适的钻孔机型号和规格。③钻孔施工：根据设计要求，使用钻孔机对地面进行钻孔，控制孔径、孔深和孔壁的平整度。钻孔过程中需要不断清理孔底的杂物，防止孔底积淤影响桩的承载力。④钻孔质量检验：对钻孔进行检查，包括检查孔壁平整度、孔径和孔深是否符合要求等[3]。⑤钻孔灌浆：钻孔完成后需要进行灌浆，填充孔壁和孔底的空隙，增加桩的稳定性。⑥钻孔施工记录：对钻孔的施工过程进行记录，包括钻孔机的型号和规格、孔径和孔深等数据，以备后续施工和验收使用。

3.2 钢筋（钢束）张拉

钢筋（钢束）张拉是预应力高强混凝土管桩施工中的重要环节，也是决定桩的承载能力和使用寿命的关键因素之一。钢筋（钢束）张拉需要使用专用的张拉设备和准确的拉力控制系统，操作人员需要经过专门的培训和资格认证。

在进行钢筋（钢束）张拉前，需要先按照设计要求在桩孔内预留张拉孔，并在张拉孔附近设置钢筋（钢束）的预留长度。在张拉孔内设置张拉锚固端和张拉头，将张拉锚固端固定在孔内，将张拉头的一端通过张拉锚固端固定，另一端用张拉机卡住钢筋（钢束）的预留长度，对钢筋（钢束）进行拉伸，使其产生预应力。钢筋（钢束）张拉的过程需要使用精密的张拉设备和准确的拉力控制系统，以确保钢筋（钢束）达到预定的张拉力。通常使用的张拉设备包括液压式、机械式和液压机械式三种类型，其中液压机械式张拉设备具有精度高、控制性好等优点。拉力控制系统通常使用压力表和伸长计进行控制和监测，对于重要的工程和大跨度桥梁，还需要进行在线监测和数据采集。钢筋（钢束）张拉的精度和力度会直接影响到桩的承载能力和使用寿命，需要在施工前做好充分的准备工作，包括检查张拉设备的状态、校验压力表和伸长计的准确度、确保张拉孔的位置和孔径符合设计要求等。在张拉过程中，需要进行及时的力值监测和数据采集，对于超出允许范围的情况需要及时进行调整和处理，确保钢筋（钢束）张拉达到预定的要求。

3.3 管模安装

管模安装是预应力高强混凝土管桩施工中的重要环节之一，其施工质量直接影响到桩的尺寸、形状和强度等关键指标。具体的施工工艺包括以下几个方面：

①管模选择：根据设计要求和钻孔孔径，选择合适的管模尺寸和形状，保证桩的尺寸和形状符合设计要求。②管模送入孔内：将管模送入钻制好的孔内，根据需要使用起重设备对管模进行位置调整，确保管模垂直于地面，并保持与孔壁的间隙均匀。③加固钢筋设置：根据需要，在管模内设置加固钢筋，提高桩的承载能力和抗弯能力。加固钢筋应按照设计要求进行设置，保证其数量、尺寸和位置等满足要求[4]。④管模固定：将管模进行固定，防止其在混凝土浇筑过程中移动或变形。通常使用的管模固定方法包括对管模进行扣压、用钢丝绳或铁丝扎紧、采用钢管或木桩等作为支撑等方式。⑤混凝土浇筑：在管模内进行混凝土的浇筑，需要使用混凝土搅拌车和混凝土泵等设备。在浇筑过程中需要注意混凝土的密实性和强度。

3.4 混凝土浇筑

混凝土浇筑是预应力高强混凝土管桩施工中的重要环节之一，其施工质量直接影响到桩的强度、稳定性和使用寿命等关键指标。具体的施工工艺包括以下几个方面：①混凝土搅拌：使用混凝土搅拌车对混凝土进行搅拌，确保混凝土的均匀性和质量稳定性。混凝土的配合比需要根据设计要求进行调整，以保证混凝土的强度、流动性和耐久性等指标满足要求。②混凝土泵送：使用混凝土泵将混凝土送入管模内，确保混凝土的密实性和均匀性。混凝土泵需要选用合适的型号和规格，保证泵送距离和泵送高度等满足要求。③混凝土浇筑：将混凝土从混凝土泵送入管模内，进行浇筑。在浇筑过程中需要注意混凝土的密实性和强度，避免产生空洞、缺陷和结构不均匀等问题。通常使用的浇筑方式包括从下向上进行浇筑、采用分段浇筑等方法。④振捣：在混凝土浇筑完成后，需要使用振捣器进行振捣，使混凝土达到更好的密实度和强度。振捣需要在混凝土还没有凝固之前进行，避免对混凝土的结构和强度造成损害。⑤等待养护：混凝土浇筑完成后，需要进行养护，使混凝土在初期的硬化过程中保持湿润，并逐渐达到预定的强度和稳定性。养护时间需要根据混凝土的类型、环境温度和湿度等因素进行调整。

3.5 管模拆除

管模拆除是预应力高强混凝土管桩施工的最后一道工序，其施工质量直接影响到桩的结构和强度等关键指标。在进行管模拆除之前，需要等待混凝土达到设计要求的强度和稳定性，通常需要等待7-28天的养护时间。

在进行管模拆除之前，需要先对管模进行松动处理，一般采用钢丝绳或铁丝扎紧，或者使用手持式电动工具进行切割。管模拆除需要注意操作规范，以避免对桩的结构和强度造成损害。在进行管模拆除时，需要遵循以下几点原则：①操作规范：操作人员需要经过专门的培训和资格认证，了解管模拆除的具体操作规范和注意事项，以确保安全、高效地完成管模拆除工作。②强度评估：在进行管模拆除之前，需要对混凝土的强度和稳定性进行评估，确保混凝土已经达到预定的强度和稳定性要求，避免管模拆除对桩的结构和强度造成影响。③工具选择：在进行管模拆除时，需要选择合适的工具和设备，以确保管模拆除过程中的安全和高效。常用的工具包括手持式电动工具、铁丝、钢丝绳等。④管模移除：在进行管模拆除时，需要逐步移除管模，避免对桩的结构和强度造成影响。移除管模的顺序应该从顶部开始，逐层向下移除[5]。

4 工程案例分析

4.1 工程概述

本工程为潮州市潮安区大岭山产业园基础设施建设项目，项目所含的孵化中心（应急产业科创服务中心）位于广东省潮州市潮安区大岭山产业园A 区内，总用地面积5222.91m2，总建筑面积11248.28m2，建筑高度31.70m，最大单跨跨度15.00m，地上8层，地下1层。孵化中心的基础是预应力管桩，管桩规格为PHC AB，桩径500mm。

4.2 预应力高强混凝土管桩设计和施工工艺

4.2.1 设计要求和标准

预应力高强混凝土管桩的设计需满足国家和地方相关标准，包括《建筑结构荷载规范》、《混凝土结构设计规范》等。同时，针对该项目的地质条件和建筑物的特点，设计要求管桩的受力性能满足孵化中心的建筑要求，并能够承受地震、风荷载等自然灾害的影响。

4.2.2 施工工艺和方法

①土层条件分析和孔洞设计根据潮州市潮安区大岭山产业园孵化中心的地质条件，进行地质勘探和分析，确定土层和地下水情况，制定合理的管桩孔洞布置和设计方案。②挖孔施工采用机械挖孔法，根据设计要求挖掘管桩孔。在挖孔过程中，根据孔洞设计方案，要保证孔壁的平整，防止孔壁塌方等情况的发生。③钢筋和预应力钢束的安装在孔内安装钢筋和预应力钢束，并进行合理的锚固和张拉，以确保管桩的受力性能和稳定性。在安装钢筋和预应力钢束前，先进行灌注一定深度的砂浆，增加管桩的稳定性和承载能力。④混凝土的浇筑在安装完钢筋和预应力钢束后，进行混凝土的浇筑。在浇筑过程中，要注意保证混凝土的均匀性和密实性，避免出现空洞、夹杂等缺陷。在混凝土浇筑前，进行振捣和充实孔内砂浆，确保管桩孔内充实、无空洞。在混凝土浇筑过程中，采用振动器振动混凝土，确保混凝土的均匀性和密实性。⑤管桩固结在混凝土浇筑完成后，对管桩进行固结，以确保管桩的稳定性和受力性能。采用喷浆加固的方法，对管桩进行固结。在固结过程中，要注意保持固结时间和固结压力的合理性。⑥施工质量和安全控制施工过程中要严格控制质量和安全，如定期检测和监测管桩的质量和稳定性、对施工现场进行管控和安全管理等。其中关于钢筋和预应力钢束的数量及规格、管桩混凝土配合比及浇筑见表1与表2。

表1 钢筋和预应力钢束的数量及规格表

表2 管桩混凝土配合比及浇筑量表

4.3 施工中存在的问题

根据潮州市潮安区大岭山产业园孵化中心预应力高强混凝土管桩的施工情况，可能存在以下问题：①土层条件复杂，孔壁易塌方，需要采取加固措施确保孔壁的稳定性；②管桩安装时可能存在偏位或沉降问题，需要采取调整措施确保管桩垂直度和位置精度；③预应力钢束的锚固和张拉不均匀，可能会影响管桩受力性能，需要采取均匀张拉的方法；④管桩混凝土浇筑时可能会出现空洞、夹杂等缺陷，需要采取措施保证混凝土的均匀性和密实性；⑤管桩的固结可能不稳定，导致管桩变形或破坏，需要采取合理的固结措施。