預應力管樁空腔+錨索組合抗拔樁施工技術應用

周星中，周 莉，劉茂林

（1.廣城建設集團有限公司，浙江 溫州 325088；2.華地恒工程咨詢有限公司，浙江 溫州 325000）

0 引言

近年來，隨著城市建設發(fā)展需要，地下室、地下車庫、下沉式廣場、地下商場等工程采用整體式地下室結構需要在基礎底板上設置抗浮結構，預應力管樁大量用于工程實踐，其質量可靠、造價低、施工快速等優(yōu)點被充分應用，但目前預應力管樁主要用于建筑荷重承載，當用于抗拔時，由于管壁摩阻力較低，所能提供的抗拔力有限，并且其與基礎結構的連接亦是施工中的難點。本文在預應力管樁沉樁過程中同步安裝無粘結壓力分散型預應力錨索，通過細石混凝土灌芯將拉拔力分散傳遞給管樁不同深度處，進而由管樁側摩阻力承擔，并且極限側摩阻力通過管樁外側及底部的高壓注漿及高壓旋噴得以提高［1］。

1 工程概況

黃嶼 A-47 地塊工程，主樓為剪力墻結構，下部多層裙樓部分為框剪結構，建筑面積 112 448.95 m2，最高 33層，地下建筑面積 20 875.25 m2。本工程采用整體式地下室結構，需要在中間天井對應位置的基礎底板上設置抗浮結構。

2 工藝特點

本工程樁基采用引孔植入內(nèi)置壓力分散型錨索預應力組合抗拔管樁施工技術，其具體的工藝特點如下：

1）預先鉆設植入孔，預應力管樁沉樁過程可以避免產(chǎn)生過大的擠土效應，降低對周圍地層的擾動影響，同時降低沉樁阻力，提高施工速度［2］。

2）設置多級承載體和無粘結預應力錨索，可以將抗浮拉拔力分散傳遞給預應力管樁，改善應力傳遞路徑，使樁側摩阻力分布均勻，充分發(fā)揮抗拔承載潛力［3］。

3）無粘結預應力錨索可以將拉拔力轉化為預應力管樁的壓力，充分利用管樁混凝土強度高的特點，有效防止裂縫的出現(xiàn)，防腐耐久性好。

4）樁側高壓注漿體和樁底高壓旋噴擴大體的設置，使管樁具有支盤特點，能夠顯著提高管樁的抗拔承載力。

5）通過多級承載體對預應力錨索的錨固和位置固定，防止在預應力管樁沉樁過程中錨索的扭曲、旋轉等現(xiàn)象發(fā)生，避免后續(xù)校正施工，提高施工效率。

3 工藝原理

引孔植入內(nèi)置壓力分散型錨索預應力組合抗拔管樁結合預應力管樁和無粘結錨索的特點，通過分段設置錨索承載體和樁側高壓注漿、樁底高壓旋噴，使得預應力管樁抗拔承載力得到顯著提高。

圖1 引孔植入內(nèi)置壓力分散型錨索預應力組合抗拔管樁結構示意圖

圖 1 給出了引孔植入內(nèi)置壓力分散型錨索預應力組合抗拔管樁的結構圖，主要包括預應力管樁、樁底高壓旋噴擴大體、承載體、無粘結預應力錨索、樁側高壓注漿體等。承載體由鋼板制作，分為一般承載體、樁段中部承載體、樁段間連接承載體，其上設置管樁接樁構造孔、注漿孔、出漿口裝置、錨索孔、細石混凝土灌注孔、連接筋、錨索固定筋、排氣孔等。管樁連接銷穿過承載體上的接樁構造孔，通過焊接將彼此連接牢固。每級錨索外套上塑膠管形成無粘結錨索，下端錨固于承載體上，穿過上部承載體上的錨索孔，并與固定筋采用扎絲固定。通過預留在管樁壁上的注漿孔及出漿口裝置在樁側土體中灌注高壓水泥漿，采用自上而下并設置密封塞的方法進行灌注。圖 2～4 為該抗浮結構的 3 個剖面圖。采用引孔植入的施工工藝，降低了管樁成樁過程中的阻力；在管樁樁段與樁尖間、樁段中部以及接樁部位設置的承載體，將無粘結錨索承受的抗浮拉力轉化為管樁及灌芯體的壓應力；沿深度方向設置的多個承載體將抗浮拉力進一步分散傳遞給灌芯體及管樁樁身，最后由樁側摩阻力承擔并傳遞到周邊土體中；管樁最終抗浮承載力由樁側土體承擔，通過樁側高壓注漿及擴大樁底提高樁側土體的強度和樁側土體-管樁間的極限側摩阻力。

圖2 A-A 剖面圖

圖3 B-B 剖面圖

圖4 C-C 剖面圖

4 工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

引孔植入內(nèi)置壓力分散型錨索預應力組合抗拔管樁施工工藝流程如圖 5 所示。

4.2 操作要點

4.2.1 施工準備

1）場地清理。施工前，對壓樁現(xiàn)場表層土質進行必要檢測，要求地基承載力不低于 100 kPa，對不合格土進行換填［4］。換填深度一般在 2 m 左右，以能達到支持樁機在施工作業(yè)時穩(wěn)定作業(yè)的要求。施工前應對施工地區(qū)地質資料有充分的了解，應避開深層障礙物，對于淺層障礙物，則應采取挖掘等方法清除。

2）測量放樣。根據(jù)已有的導線點資料及施工圖，采用全站儀及水準儀對樁位進行測量放樣。先對施工場地進行清理，組織機械進場，并將預制好的預應力管樁及其零部件運至施工場地并集中堆放。

圖5 引孔植入內(nèi)置壓力分散型錨索預應力組合抗拔管樁施工工藝流程圖

3）機械設備準備。施工現(xiàn)場必須有自備的發(fā)電機組設備，以保證施工電源的供給正常平穩(wěn)。壓樁機進場后，必須由專業(yè)人員進行組裝調試，并經(jīng)有關部門查驗合格后方可投入使用。進入場地的預應力管樁必須有相應的合格證明，管樁進場待用，必須按照施工平面布置圖清理出符合要求的場地進行堆放。堆放場地應平整，不宜距離壓樁現(xiàn)場太遠，也不能太近，以免影響施工。一般采取兩點支架架空堆放，支墊選擇距離兩端頭L/5（L為樁長）處。管樁的堆放一般不超過 5 層。管樁堆放過程中應輕吊輕放，嚴禁野蠻吊放損壞樁身。

4）管樁、樁尖預制。按照要求進行管樁及樁尖預制施工，管樁預制時在其鋼筋籠上綁定注漿管及附屬部件，在樁段中部出漿口位置設置相應的出漿口裝置，管樁與樁尖在連接端部設置連接鋼部件。

5）承載體制作。承載體分為一般承載體、樁段中部承載體和樁段間連接承載體 3 種型式。一般承載體上設置注漿孔、錨索孔、管樁接樁構造孔、細石混凝土灌注孔、連接筋、錨索固定筋、排氣孔等，設置于管樁底部與樁尖之間或樁頂處，如圖 2 所示；樁段中部承載體上設置錨索孔、細石混凝土灌注孔、連接筋、錨索固定筋、排氣孔等，如圖 3 所示；樁段間連接承載體上設置管樁接樁構造孔、注漿孔、樁段間出漿口裝置、錨索孔、細石混凝土灌注孔、連接筋、錨索固定筋、排氣孔等，設置于管樁樁段之間，管樁連接銷穿過接樁構造孔，通過焊接將彼此連接牢固（見圖 4）。

6）錨索安裝。承載體在管樁中所在深度處設置相應長度的無粘結預應力錨索，高強低松弛鋼絞線外套塑膠管，并填充隔離防腐油脂構成無粘結錨索，將錨索的一端穿過承載板上的錨索孔，錨固于錨固體上。

4.2.2 植孔鉆進成孔

采用旋挖鉆機在樁孔位置鉆進成孔，旋挖鉆機掏土作業(yè)利用套在鉆桿上的螺旋套筒的部分刃片旋轉切削土層，并使土層進入套筒內(nèi)，待鉆入一定深度后提出套筒，清除筒內(nèi)泥土，再放下套筒，如此反復進行操作。

4.2.3 樁體高壓旋噴擴大體施工

在植孔鉆進深度達到預定深度后，采用高壓旋噴機械在孔底一定深度范圍內(nèi)高壓旋噴形成水泥土擴大體，旋噴工藝可根據(jù)工程需要和土質條件選用單管法、雙管法和三管法［5］。

4.2.4 管樁樁段連接

1）管樁與樁尖的連接。將一般承載體上的接樁構造孔對準樁尖及管樁端部鋼構件上的連接孔，并插入連接銷將三者環(huán)向固定，然后通過焊接將一般承載體和樁尖及管樁端部鋼構件彼此連接。

2）管樁之間的連接。將樁段間連接承載體上的接樁構造孔對準上下管樁端部鋼構件上的連接孔，并插入連接銷環(huán)向固定，同時承載體上下與注漿管相接處設置密封膠以保證注漿管的上下貫通和氣密性，最后通過焊接彼此連接。

3）錨索固定。每級錨索預先安裝固定在相應的承載體上，在管樁與樁尖以及管樁間的連接過程中，每級錨索的下端已固定，將錨索穿過管樁內(nèi)腔，并穿過其上的每個承載體上的錨索孔，采用扎絲進行空間位置的固定，以保證錨索在施工過程中不扭曲、纏繞，同時又不影響錨索張拉受力過程錨索的拉長變形。管樁中部承載體根據(jù)實際需要進行選擇性安裝，將中部承載體所在位置之下的錨索穿過其上的錨索孔，并在設計位置通過扎絲固定，然后一起穿過管樁內(nèi)腔，錨索上端穿過上端的承載體上的錨索孔并與之固定。

4.2.5 預應力管樁沉樁施工

1）試樁與吊樁。在預應力管樁沉樁施工前，應進行管樁靜壓的試樁工作，以確定壓樁的終壓條件。樁機行走就位后，保持樁機鉗口板垂直，然后根據(jù)預先放樣好的樁位，進行水平、垂直對中。采用單點吊樁將預應力管樁吊樁入機，吊點一般設置在距樁端L/5 的地方。起吊時，吊機的起吊方向應與樁身的方向一致。現(xiàn)場吊裝如圖 6 所示。

圖6 吊樁

2）管樁下沉。在樁底高壓旋噴水泥土初凝前，將連接好承載板和錨索以及樁尖的預應力管樁吊至植孔上方，并進行對中、垂直度調整，沉樁時沉樁速度不宜太快，必須隨時觀測樁身垂直度，觀測采用兩臺經(jīng)緯儀互相垂直觀測。沉樁全程必須有專門的技術人員進行現(xiàn)場監(jiān)管，并做好相應的施工記錄。沉樁過程中若出現(xiàn)樁頭突然傾斜的情況，應立即停止沉樁，并會同業(yè)主、監(jiān)理單位、設計單位等查明情況，確定具體的應對措施再繼續(xù)施工。該節(jié)管樁沉樁到位后進行接樁作業(yè)，然后繼續(xù)沉樁施工，直至下部樁尖達到預定深度，并灌入高壓旋噴擴大體中一定深度。

4.2.6 細石混凝土灌芯

將導管伸入預應力管樁內(nèi)腔中，并穿過承載體上的細石混凝土灌注孔，從底往上灌注細石混凝土，同步用振動棒將混凝土振動密實。

4.2.7 樁側高壓注漿

沉樁前在管樁側壁預留的上下貫通的注漿孔內(nèi)放入帶楔形密封膠條的注漿管，采用自下而上逐點進行高壓注漿，再進行某深度處的注漿，將注漿管上拔使楔形密封條位于該深度以上 0.5 m 處，然后注入高壓水泥漿。高壓漿液沖開出漿口上的密封塞，使?jié){液注入一定范圍的周邊土體中以及管樁與植入孔間的間隙。

4.2.8 錨索張拉鎖定

張拉錨索前需對張拉機具進行標定。張拉時用張拉機具進行分級張拉，在頂端板上設置錨固鋼板，如圖 7、8 所示。錨索的張拉及錨固分級進行，嚴格按照操作規(guī)程執(zhí)行，張拉后，從錨具量起，留出長 5～10 cm 鋼絞線，其余部分截去，須用機械切割，嚴禁電弧燒割［6］。

圖7 油壓泵

圖8 單孔夾片錨

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟效益

相比鉆孔灌注樁，在達到相同的極限抗浮承載力下，本工法所需樁長、樁徑明顯小于鉆孔灌注樁，節(jié)省了混凝土、鋼材等建筑材料，并且所使用的預制管樁質量可靠、植孔沉樁快速，樁體缺陷率低、工期短，降低后期檢測、問題樁體處置費用。相比抗浮錨桿，在單位面積達到相同的極限抗浮力下，抗浮錨桿需要設置更加密集，施工周期長，材料損耗大。綜合進行經(jīng)濟性評價，本工法相比鉆孔灌注樁降低造價 30 % 左右，相比抗浮錨桿降低造價 20 % 左右。

5.2 社會效益

本工法采取植孔下沉預應力管樁，避免過大的擠土效應和對周邊土層的擾動，降低對周邊建筑、道路、市政設施等的影響；本工法單位材料損耗低，抗浮承載力更高，更具節(jié)能環(huán)保的特點；此外，本工法施工的抗浮樁質量可控性更高，施工速度快，勞動生產(chǎn)力進一步提高，促進工程先進技術不斷提高。

6 結語

本技術通過在預應力管樁空腔內(nèi)設置多級承載體和無粘結預應力錨索，同時樁側高壓注漿體和樁底高壓旋噴擴大體的設置，改善應力傳遞路徑，使樁側摩阻力分布均勻，充分發(fā)揮抗浮承載潛力。此外，多級承載體對預應力錨索的錨固和位置固定，防止在預應力管樁沉樁過程中錨索的扭曲、旋轉等現(xiàn)象發(fā)生，避免后續(xù)校正施工，提高施工效率。相關技術先進，在同類工程中具有指導性作用，應用實際工程可產(chǎn)生較高的經(jīng)濟和社會效益。Q