引孔沉樁法施工預應力管樁施工質(zhì)量提升關(guān)鍵技術(shù)

羅仲亞

（廣州市第二建筑工程有限公司廣州510045）

1 概述

在管樁施工過程中，當遇到深厚黏土層、堅硬土層等地質(zhì)情況或出現(xiàn)樁間擠土效應等情況時，壓樁過程中摩擦阻力大，可能出現(xiàn)壓力值達到終壓值但樁端未達持力層或有效樁長未達到要求的情況。在這種情況下，多采用取土引孔沉樁法進行處理，其原理是先采用長螺旋鉆機進行取土引孔，再進行管樁壓入施工，但是這種方法可能會出現(xiàn)“超引”（引孔深度大于樁入土深度）的情況，導致樁端形成孔洞、縫隙，出現(xiàn)“吊腳”問題，存在質(zhì)量安全隱患。此外，當管樁持力層為遇水易軟化崩解巖層時，地下水容易沿管樁內(nèi)、外下滲到基巖，逐漸軟化持力層，影響樁端承載能力［1，2］，常規(guī)做法僅為在管樁施工時先在樁端（第1 節(jié)管樁樁芯內(nèi)）填混凝土進行內(nèi)封堵處理，但仍然難以解決土層隙水沿管樁外壁下滲到基巖，影響樁基安全。為了解決上述施工問題，提高施工質(zhì)量，本文就如何防止及處理“吊腳”問題、提高引孔沉樁法施工預應力管樁質(zhì)量等方面進行簡要闡述。

2 案例背景

位于廣州花都區(qū)的某高層住宅項目，樁基礎(chǔ)設(shè)計采用C80預應力混凝土管樁（AB 型），樁徑為500 mm、壁厚100 mm，設(shè)計有效樁長為10～20 m，設(shè)計單樁承載力特征值為1 700 kN，項目地質(zhì)情況較為復雜，黏土層較厚，地質(zhì)報告反映基礎(chǔ)巖層具有遇水易軟化崩解的特點。靜壓樁施工時，局部位置出現(xiàn)壓力達到終壓值，但實際樁長達不到設(shè)計深度及有效長度要求，對比地質(zhì)報告發(fā)現(xiàn)樁端未到達巖層。經(jīng)研究分析認為其主要原因是壓樁時土層摩擦阻力過大，導致難以壓入［3-5］。如何能使預應力管樁順利施工并達到設(shè)計要求，成為該項目急需解決的問題。

對于此類情況，目前較多采用取土引孔沉樁法［6，7］進行處理，其原理是先采用長螺旋鉆機進行取土引孔，再進行管樁壓入施工，此法可以輔助預制管樁施工穿透硬層，減小擠土效應，但可能會出現(xiàn)“超引”（引孔深度大于樁入土深度）的情況，導致樁端形成孔洞、縫隙，出現(xiàn)“吊腳”問題，存在質(zhì)量安全隱患。經(jīng)研究，決定嘗試采用一種提高引孔沉樁法施工預應力管樁質(zhì)量的施工技術(shù)，一并解決靜壓樁施工難、引孔“超引”、基巖防水等問題。

3 施工工藝原理

本技術(shù)在目前取土引孔沉樁法的基礎(chǔ)上進行工藝改良，通過劃分施工區(qū)域并進行引孔、試樁（參考樁），對試樁的實際樁長與引孔深度的關(guān)系進行預判，從而確定采取相應的處理措施，區(qū)域內(nèi)的其他工程樁參考試樁結(jié)果進行取土引孔沉樁法施工，其主要方法是：根據(jù)區(qū)域內(nèi)參考樁的試樁數(shù)據(jù)判斷其他工程樁需要預填筑混凝土的高度，采用長螺旋鉆機進行引孔并在孔內(nèi)預填灌一定高度的混凝土，并在混凝土初凝前進行壓樁施工。管樁樁頭采用錐形樁頭，有利于壓樁時提高貫入能力［8-10］?？锥磧?nèi)預填的混凝土受到樁體擠壓，有一定的“擴大頭”效果，并與樁靴形成一個整體，有利于提高樁端承載力，且在一定程度上改善樁端防水效果，管樁樁芯在施工第一節(jié)管樁時填充少量樁芯混凝土，樁靴內(nèi)外均有混凝土包裹，防止水從管樁內(nèi)外漏入風化巖中軟化基礎(chǔ)［11］。

4 施工工藝流程及實施步驟

4.1 施工工藝流程（見圖1）

圖1 施工工藝流程Fig.1 Flow Chart of Construction Process

4.2 實施步驟

⑴ 根據(jù)地質(zhì)勘探情況及樁基分布情況，將待施工場地劃分為若干施工區(qū)域；

⑵ 從每個施工區(qū)域內(nèi)分散試樁3 根，研究其采用取土引孔沉樁法施工可能出現(xiàn)的吊腳情況，并對試樁數(shù)據(jù)進行記錄分析；

⑶ 為保證樁側(cè)摩擦力，建議所采用的長螺旋鉆孔直徑應比管樁樁徑小50～100 mm，根據(jù)實際地質(zhì)情況確定；樁靴采用錐形樁靴（見圖2）施工。

⑷ 試樁（參考樁）施工：采用長螺旋鉆機引孔，引孔深度按分區(qū)內(nèi)工程樁的設(shè)計最大樁長（見圖3）。然后試樁壓樁，獲得該區(qū)域壓樁入土深度的參考數(shù)據(jù)。

圖2 預應力管樁圓錐型樁尖實物Fig.2 Taper Pile Tip

圖3 試樁（參考樁）引孔示意圖Fig.3 Pilot Hole during Pile Test

⑸ 對試樁數(shù)據(jù)分析并確定區(qū)域內(nèi)工程樁的施工參數(shù)：根據(jù)參考樁的引孔深度與實際入土深度的值對比，分以下幾種情況進行處理：

a.情況①：多根試樁均無出現(xiàn)“吊腳”情況（無空洞）

情況①實施流程：區(qū)域內(nèi)多根試樁均無出現(xiàn)吊腳情況→區(qū)域內(nèi)工程樁進行長螺旋引孔→孔內(nèi)預填1 m高度的細石混凝土→管樁首節(jié)樁施工前向樁芯灌注混凝土→細石混凝土初凝前壓入預應力管樁→復打復壓→樁基檢測。

若分區(qū)內(nèi)試樁的實際入土深度均大于引孔深度（無空洞），則對區(qū)域內(nèi)的工程樁全面進行取土引孔沉樁法施工，引孔后向孔內(nèi)預填一段1 m 混凝土（見圖4a），同時向待施工管樁第1 節(jié)樁的樁芯內(nèi)填充1 m微膨脹混凝土以增強防水效果（樁內(nèi)封堵），待預填混凝土初凝前進行壓樁（見圖4b）。

圖4 情況①實施步驟示意圖Fig.4 Situation ①Schematic Diagram of Implementation Steps

b.情況②：試樁出現(xiàn)空洞的情況，范圍可控

這種情況是指在分區(qū)內(nèi)試樁中有一根或多根樁出現(xiàn)管樁實際入土深度小于引孔深度的情況（存在空洞），經(jīng)計算的空洞最大高度經(jīng)設(shè)計單位認為通過預填充混凝土方法，能滿足基礎(chǔ)使用要求的情況（見圖5）。此區(qū)域內(nèi)的工程樁全面進行取土引孔沉樁法施工，引孔后向孔內(nèi)預填一段混凝土，混凝土的填筑高度按“（最大吊腳高度+1m）×系數(shù)1.2”計算（見圖6a），同時向待施工管樁第一節(jié)樁的樁芯內(nèi)填充1 m微膨脹混凝土以增強防水效果（樁內(nèi)封堵），待預填混凝土初凝前進行壓樁（見圖6b）。

情況②實施流程如下：區(qū)域內(nèi)試樁出現(xiàn)吊腳情況→區(qū)域內(nèi)工程樁進行長螺旋引孔→孔內(nèi)預填細石混凝土，填混凝土高度=（吊腳最大高度+1 m）×1.2系數(shù)→管樁首節(jié)樁施工前向樁芯灌注混凝土→孔內(nèi)細石混凝土初凝前壓入預應力管樁→復打復壓→樁基檢測。

圖5 情況②試樁情況示意圖Fig.5 Situation ② Schematic Diagram of Test Piles

圖6 情況②實施步驟示意圖Fig.6 Situation ②Schematic Diagram of Implementation Steps

c.情況③：試樁出現(xiàn)空洞的情況，超出設(shè)計允許范圍

這種情況是指在分區(qū)內(nèi)試樁中有一根或多根樁出現(xiàn)管樁實際入土深度小于引孔深度情況（存在空洞），“吊腳”情況比較嚴重，經(jīng)計算的空洞最大高度經(jīng)設(shè)計單位認為若按當前設(shè)計圖紙施工，即使通過預填混凝土方法仍然無法滿足基礎(chǔ)使用要求的情況。在這種情況下，一般的處理方式有改變基礎(chǔ)形式、改變樁型、調(diào)整樁長并增加管樁數(shù)量等。若采用調(diào)整樁長并增加管樁數(shù)量的方法（即仍采用管樁施工），可重復所述試樁、引孔填混凝土沉樁的施工方法。

⑹ 管樁壓樁完成后進行復壓。

⑺ 樁基檢測。

5 技術(shù)創(chuàng)新點

本施工技術(shù)對取土引孔沉樁法進行改良，根據(jù)地質(zhì)勘探情況及樁基分布情況，將待施工場地劃分為若干施工區(qū)域，先通過分區(qū)域試樁（參考樁）獲得區(qū)域施工參考數(shù)據(jù)，再對區(qū)域內(nèi)工程樁進行鉆孔、預填混凝土、壓樁等施工，通過試樁數(shù)據(jù)確定預填充混凝土的高度，有針對性地、較好地防止管樁出現(xiàn)“吊腳”情況。預應力管樁采用錐形樁靴，能顯著提高引孔后壓樁的貫入能力?？锥搭A填充的混凝土經(jīng)過擠壓，會形成一定的“擴頭效應”，混凝土固結(jié)后與錐形樁頭形成整體，能利于提高樁端承載能力。通過在樁端樁芯填充混凝土，提高封堵效果，防止水從管樁內(nèi)外滲漏進入巖層軟化地基。

6 結(jié)語

我國幅員遼闊，存在較多地質(zhì)條件相對復雜的地區(qū)，隨著城市化的發(fā)展，預應力管樁在施工過程中遇到的施工問題也越來越多、越來越復雜。上述提高引孔沉樁法施工預應力管樁質(zhì)量的施工技術(shù)，通過研究一系列的技術(shù)措施，較好地解決壓樁難壓入、引孔“超引”、樁端防水等系列問題，具有一定的研究意義。但是，由于施工項目的自身場地地質(zhì)條件、設(shè)計需求均不盡相同，且相關(guān)技術(shù)措施也涉及項目成本控制等問題，部分具體參數(shù)仍需作進一步研究。