预应力混凝土管桩施工技术选择与应用

摘要：针对锦绣华庭项目复杂的地质条件，通过现场分别进行静压沉桩法与锤击沉桩法沉桩试验，总结分析两种不同沉桩方式的优缺点，通过考虑施工工艺的适用性和可改进性以及对工期、经济及社会效益等方面，最终选择更适合本项目施工的锤击沉桩法，但锤击沉桩法施工噪声和振动非常大。并且项目位于古遗址、古文物区域，城区居民区，对施工振动、噪声控制等文明施工要求很严格。因此，对锤击沉桩施工方法进行了改进，以减少噪声和降低振动，同时达到了速沉桩、成桩率高的目的。并且克服了传统植桩法在复杂地基施工过程中遇到的难题。为以后相近条件的项目施工提供参考。

关键词：预应力混凝土管桩旋挖引孔植桩静压法锤击法

SelectionandApplicationofPre-StressedPipePileConstructionTechnology

CENZhida

GuangxiHydroelectricConstructionBureauCo.，Ltd.，ChinaEnergyEngineeringCorporationLimited，NanningCity，GuangxiZhuangAutonomousRegion，530500China

Abstract：InviewofthecomplexgeologicalconditionsofJinxiuHuatingproject，theadvantagesanddisadvantagesoftwodifferentpilejacking-inmethodsaresummarizedandanalyzedthroughthefieldtestofstaticpressurepilejacking-inmethodandhammerpilejacking-inmethod.Byconsideringtheapplicabilityandimprovementoftheconstructiontechniques，aswellastheirimpactonprojectduration，economy，andsocialbenefits，thehammerpilejacking-inmethodwhichismoresuitableforthecPQLCtx5O8mdpj+r2LfknKU5tJPH/YAns2i3G7HXXqjo=onstructionofthisprojectisfinallyselected.However，theconstructionnoiseandvibrationcausedbyhammerpilejacking-inmethodareverylarge.Moreover，theprojectislocatedintheancientruins，ancientculturalrelicsarea，urbanresidentialarea，withstrictrequirementsforcivilizedconstructionsuchasconstructionvibrationandnoisecontrol.Therefore，theconstructionmethodofhammerpilejacking-inisimprovedtoreducenoiseandvibration，whileachievingthegoaloffastpilejacking-inandhighpileformingrate.Ithasalsoovercametheproblemsencounteredintheconstructionofcomplexfoundationbytraditionalpilejacking-inmethods，providingreferenceforfutureprojectconstructionwithsimilarconditions.

KeyWords：Pre-stressedconcretepipepile;Rotarydrillingholejacking-inpile;Staticpressuremethod;Hammermethod

预应力混凝土管桩一种高效、经济的软地基加固以及提高地基承载力的有效手段。目前，常用的预应力混凝土管桩的沉桩法主要有锤击法和静力压桩法。但不同的沉桩法有不同使用范围：锤击法施工时会产生很大的噪声和振动，其主要用于远离城区及偏远地区工程沉桩施工；静力压桩施工时产生的噪声低和振动较小，适用于居民聚集区或城区工程项目沉桩施工。由于锦绣华庭一期工程处于上林县大丰镇居民区附近，同时临近上林县卫城古遗址。因此，本项目沉桩施工优先考虑选择采用静力压桩法，但项目基础处于卵石、砾石等复杂地质条件，采用静力压桩施工时，其效果并不理想。项目部根据现场施工条件，只能考虑采用锤击法，但采用此方法施工时会产生很大的噪声和振动，因此，需要对锤击法沉桩工艺进行改进，以降低噪声和振动并能够顺利、快速的将预应力混凝土管桩沉入设计规定地层中。

1工程概况

锦绣华庭一期工程总共有10栋楼，建筑高度分别为86.5～89.5m。除5#楼外，其他楼均采用复合地基（如图1所示），总共需要植（沉）入1259根预应力混凝土管桩（桩径：Φ600桩长：12～15m），原设计采用静力压植（沉）桩方式，整个桩基计划施工工期为6个月，是关键节点工期。

1.2工程地质

根据委托方提供的XX地矿地质工程勘察院《岩土工程详细勘察报告》，揭露的7层地质层，自上而下依次为耕土①（Qpd）、粉质黏土②1（Qal）、卵石③（Qal）、

淤泥质粉质黏土④（Qal）、粉质黏土⑤1（Qel）、粉土⑥（Qel）、全风化硅质岩⑦1（D3I）、

强风化硅质岩⑦₂（D3I）、全风化白云岩⑧1（D3I）。

2管桩施工难点分析

2.1复杂的地质导致植桩困难

由于项目所处区域，基础卵石层、基岩（全风化白云岩⑧1）埋深较浅，导致预应力混凝土桩植入困难。

2.2工期要求

由于项目植桩工期属于关键节点工期，工期要求时间紧，为了下道工序的顺利进行，因此，需要提高施工效率。

2.3噪声与振动环境的影响

由于施工现场位于上林南丹卫城遗址，且周围就是居民区，从保护文物及避免扰民的角度考虑，需要想办法减小施工噪声及振动对周边环境的影响。

3施工方案分析及选择

3.1施工方案分析

预应力混凝土管桩的每延米造价介于泥浆护壁钻孔灌注桩与长螺旋钻孔压灌桩之间[1]。目前植桩施工常见的方案主要有两种：一种是静力压桩法施工方案，另一种是锤击法沉桩施工方案[2]，这两种施工方案各有优缺点，以下通过现场试验对两种施工方案进行对比。

3.1.1静力压桩法施工方案

现场采用PC600预应力混凝土管桩，静压法施工，桩长12～15m，施工结果显示，虽然施工噪声和振动小，但是桩尖无法进入设计要求的深度，即使静压力压桩机静力增加至最大值（600t），也无法顺利沉桩，如强行采用最大静力将应力混凝土桩压穿越地下卵石层会使桩身损伤甚至破坏，且沉桩速度慢、效率低，无法满足工期节点要求，同时存在静压机械损坏的风险。

3.1，2锤击法沉桩施工方案

现场进行锤击法沉桩时，可有效的将预应力混凝土管桩沉入设计要求的深度，且施工在复杂的工程地质和水文地质条件下能顺_{ig1NlgeFuvIyz3ZFcCk5eyA57SD1kmo7eRkGNHr21R0=}利、快速、安全沉桩，且沉桩效率高。施工质量与施工进度满要求。

3.2施工方案选择

通过对上述两种施工案的试桩施工对比分析，由于项目工期紧，静压法施工速度慢，效率低，同时由于地质原因，静压法无法顺利施工，工艺改进空间小，因此，选择锤击法沉桩施工方案。

但是，锤击法沉桩施工时的噪声和振动非常大，居民楼离施工现场最近的距离仅有100m，这样的大振动和高噪声将会对周围居民的生产、生活造成很大的影响，而且，项目位于上林县南丹卫城古遗址、古文物区域，所以施工振动、噪声控制及文明施工要求严格，因此，需要对锤击法植桩施工方案进行改进，既能保证工程施工质量及工期按时完成，又能降低对周边居民与环境的影响。

4锤击沉桩法工艺改进

4.1产生较大噪声和振动的原因

（1）地质基础存在卵石层，基岩（全风化白云岩⑧1）埋深浅，预应力混凝土桩入岩过程中，需要重锤击才能顺利植入，这样导致产生了较大的噪音和振动。（2）由于原设计中引孔部分灌注材料为细石混凝土，细石混凝土的摩檫力较大，这也加强了预应力混凝土桩的入岩难度。需柴重锤击植入，从而产生较大噪音和振动。

4.2产生的其他影响

（1）桩头或桩身会出现破碎的情况。（2）会导致周围土体被挤压，出现挤土效应，影响周边环境中埋设的管线。

4.3施工工艺改进措施

从上面的分析中得出，较大噪声与振动产生原因在于锤重击施工导致的，可以从以下两方面做出改进，减小重锤锤击持续时间，从而达到解决问题的目的。具体改进措施如下。

4.3.1先旋挖引孔，后锤击

在施工中先旋挖引孔植桩，然后锤击沉桩，同时为了降低施工振动和噪声，以及减短打桩时间，施工现场尽量增大引孔深度，缩小桩身入持力层深度（预留持力层须满足设计要求），这样可以减小重锤锤击持续时间，从而减少噪声与振动。并且旋挖引孔植桩法较传统的沉桩法可节省投入约15%[3]。

根据规范，桩基入岩的最小深度为桩径的1.5～3倍，因此决定将引孔的深度改为10～13m，桩身入持力层深度为2m。

4.3.2改变引孔注浆材料

施工中，引孔部分采用C25水泥砂浆代替原设计C25细石混凝土灌注，由于C25水泥砂浆流动性比C25细石混凝土好，有效减小沉桩阻力，大大减小施工振动和施工噪声，同时有效防止塌孔。

5旋挖引孔锤击沉桩施工

旋挖引孔锤击沉桩施工过程包含的主要施工工序、工序之间施工先后顺序（步骤）以及施工过程工序质量控制等内容如图2所示。

5.1施工准备

施工前应做好机械设备及材料进场，做好“三通一平”，编制好施工方案并报监理审批，制定好安全管理制度，建立质量管理体系，做好人员培训，准备好混凝土施工配合比等工作。

5.2测量放线

桩位放样按从整体到局部的原则进行桩基的位置放样，规划行车路线时，使便道与钻孔位置保持一定的距离，以免影响孔壁稳定。本项目采用全站仪及GPS-RTK按照设计要求进行桩位放样，并在施工现场设置明显的标志，同时对放样结果进行复核，确保误差控制在10mm内。

5.3护筒施工

每个桩位定出十字控制桩后，进行护筒埋设工作。护筒内径应大于钻头直径200mm，长3.5～6m，个别钻孔根据现场实际情况及流沙层厚度做适当调整。周围用黏土夯实，护筒中心与桩位中心的偏差≤50mm。

5.4旋挖机引孔

采用旋挖钻机（钻头直径为800mm，型号：徐工150）进行旋挖引孔，在施工过程中保持钻头垂直（垂直度控制在1%以内），施工过程中应加强现场管理，确保施工安全和施工质量。

5.5成孔

孔径控制：钻孔过程中应严格控制钻头直径，确保孔径符合设计要求（Φ800mm）。孔径偏差应在允许范围内，保证孔壁平顺完整、无扩大。

孔深控制：根据设计文件要求，确定每个孔的钻深度达到设计要求。本项目孔深分别为10～13m不等。所以施工过程中应经常监测孔深，确保钻孔深度达到设计要求，并防止超钻或欠钻情况部出现。

5.6清孔

在钻孔上部留一定余量后，停止旋转钻头，使用旋挖抓斗将孔底松渣清出，尽量将孔底渣土清理干净以免影响灌注的混凝土强度。

5.7沉渣检测

清孔后，需对沉渣进行检测，按设计要求沉渣厚度不宜超过50mm。

5.8浇筑混凝土

混凝土导管底口距孔底0.3～0.5m，并位于钻孔中央。细石混凝土数量经精确计算后进行浇筑，以管桩顶高程与混凝土上浮高程一致为准，再采用锤击桩机植入PHC桩。PHC管桩的植入必须在混凝土初凝前完成。混凝土设计坍落度宜为140～180mm，并添加高效减水剂、缓凝剂，且应具有良好的和易性。

5.9吊装定位

复核桩位准确无误后开始起吊预应力混凝土管桩，起吊过程中防止桩体晃动或碰撞其他物体，对准桩位将预应力管桩准确落下孔内。保证桩体垂直稳固。

5.10捶击与送桩及终止

调整桩身垂直度轻轻放下桩锤，管桩施打过程中，桩锤、桩帽和桩身的中心线应重合，将桩打入2～3m，保证第1节桩垂直度控制在0.5%内，插桩就位后，用两台经纬仪相互交叉成90°检测桩身的垂直度，必要时，宜拔出重插。管桩施打过程中，桩锤、桩帽和桩身的中心线应重合。打桩过程以最终12击贯入度作为参考。同时，为了减小挤土效应，可采用开口型桩尖[4]。但是，沉桩过程有适当的挤土是对提高单桩竖向承载力有一定的作用[5]。

6施工效果

6.1施工速度

经过改进施工工艺后（采用先旋挖引孔+锤击植（沉）桩方式），根据现场的实施效果表明此施工技术安全可靠，在复杂的工程地质和水文地质条件下能顺利、快速、安全沉桩，且沉桩效率高；完成整个桩基（1259根桩）施工实际工期为4个月，比原计划工期提前了2个月（原计划的施工工期6个月），施工速度有了大幅度提升。

6.2桩基承载力

所有桩施工完成后，按照设计及规范要求采用低应变法检测桩身完整性，抽检数量不少于总桩数的20%（检测结果桩身完成率100%）；单桩竖向承载力检测采用静载试验法，抽检数量为总桩数的1%，且不少于3根，由业主委托第三方进行检测，共抽取13根（1259×1%=12.59≈13），检测结果均符合设计及规范要求（达到设计要求复合地基承载力特征值fspk=400kPa，单桩竖向承载力特征值大于标准值1600～1800KN）。

6.3经济效益

通过对比分析测算：采用静力压植桩方式，总的机械设备费用与人工费为403.8万元；采用旋挖引孔锤击植桩方式，总的机械设备费用与人工费为273.6万元。综上所述，采用旋挖引孔锤击植桩方式节约费用为130.2万元。

6.4社会效益

优化后的施工工艺，降低了施工振动和噪声，同时单桩施工振动和噪声持续时间也相应减小，避免了扰民，维护社会稳定，构建社会和谐，有效保护上林卫城遗址及古文物；加快施工速度，促进当地发经济发展；提高施工企业形象。

7结语

采用改进旋挖引孔锤击植（沉）桩方式实施效果表明此施工技术安全可靠，在复杂的工程地质和水文地质条件下能顺利、快速、安全沉桩，且沉桩效率高；大大减小施工振动和施工噪声，避免扰民，并且能有效提高单桩承载能力；完成整个桩基（1259根桩）施工实际工期为4个月，比原计划工期提前了2个月，节约施工成本。上述施工方式也有不足之处：引孔施工成本较高，锤击植桩有较严重的挤土效应等[6]。但是，本施工工艺的改进技术有效解决了复合地基的沉桩问题。同时，也为其他同类似的项目施工提供借鉴。

参考文献

[1]邓美成，蔡智，刘涛，等.南昌地区典型厚密砂层PHC管桩施工技术研究[J].岩土工程技术，2023，37（3）：308-313.

[2]杨国权，刘海波.锤击法与静压法施工预制桩单桩承载力差异分析[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2009，36（3）：53-56.

[3]何峰.预应力管桩锤击法施工监测分析[J].建筑技术开发，2020，47（23）：72-73.

[4]王晓峰，李永昌，何伟，等.引孔植桩法在复杂地质情况下施工应用分析[J].建筑技术，2023，54（S1）：31-33.

[5] 王，盖永斌，李瑜，等.洞庭湖区高速公路桥梁PHC管桩适应性研究[J].公路交通科技，2023，40（9）：99-105.

[6]何振，冼景成，邱振贵，等.预应力混凝土薄壁管桩用于地基处理工程的设计[J].建筑结构，2023，53（S1）：2713-2716.