預應力管樁靜壓擠密軟弱土體提高地基承載力施工工法

文／羋韶輝、張魏巍、謝鑫 安徽省交通航務工程有限公司 安徽合肥 230000

1.前沿

1.1 編制背景

軟弱地基是一種不良地基，由于土體強度低、壓縮性高和透水性差，地基承載力不能滿足設計要求，因而容易出現不均勻沉降，對結構物造成破壞。水處理場站構筑物防滲要求高、安裝設備多、池內水量多，池體單位面積重量大，對地基承載力要求高且有抗浮要求，但由于污水處理場站大多建設在郊區或者野外靠近河道的位置，而河道周邊往往地勢較低，上層土質多為較厚的軟弱土層，因此需要采取措施對地基基礎進行加固處理。

1.2 形成過程

通過對比預應力管樁、灌注樁、大直徑復合抗拔錨桿等處理措施分析發現，灌注樁和抗拔錨桿樁存在工期長、造價高、污染環境等缺點，不符合國家提倡的綠色低碳環保的施工要求；如果直接采用土方換填處理，揚塵大，污染嚴重，且滿足不了抗浮要求；采用預應力管樁可以完美的解決以上問題，管樁采用工廠集中預制，對環境污染小，質量可靠且不影響工期，現場施工速度快，綜合施工成本相對較低。在地基處理中采用預應力管樁靜壓植樁工藝，實現了預期效果。本工法是在軟基處理施工過程中經總結提煉而形成的。

1.3 關鍵技術內涵

通過全站儀對管樁進行精確定位，使用二氧化碳保護焊分層焊接方式把上下節管樁連成一個整體，壓樁過程中利用經緯儀進行雙向校正垂直度，根據設計標高和壓力值進行雙向控制，最終經過樁間土相互擠密作用，降低樁周地基土體的液化性、提高地基土體的強度，通過管樁樁端承載力和樁周與土體間的摩擦力作用及其穿透的土層共同形成新的復合地基，實現對場站軟弱地基加固處理及穩固結構物的目標。

2.工法特點

（1）采用預應力管樁施工，樁身強度高，同時兼具抗壓和抗拔性能，加固效果好、質量可靠；

（2）通過電力驅動靜壓法植樁工藝，實現了施工過程中噪聲小、無污染、低碳環保的特點；

（3）采用本工法施工，工藝簡單、機械化作業、智能化控制、工作強度低、施工速度快。

3.適用范圍

適用于軟弱土及回填土地層的地基基礎加固處理。

4.工藝原理

利用壓樁過程中的土體擠密作用，達到降低樁周地基土體的液化性、提高地基土體的強度的目的，提高了土體的地基承載力及基礎地基加固的效果；通過管樁樁端承載力、樁周土體摩擦力及其穿透的土層共同形成新的復合地基，實現了對場站軟弱地基加固處理及穩固結構物的效果。

5.施工工藝流程及操作要點

5.1 主要施工工藝流程

施工準備→測量定位→樁機就位→吊樁→校驗樁位→壓樁→接樁→壓樁至設計標高→樁基檢測。

5.2 操作要點

5.2.1 測量定位

（1）根據設計圖紙進行計算樁位坐標，通過全站儀進行精確定位放線。（2）根據復核好的控制點，在現場四面2～5m 處用木方，放出縱橫軸線。對于已經復核的軸線點及控制點要用水泥釘進行標識，并在其四周用磚堆砌以嚴加保護，防止發生偏位和變形。（3）放出的樁位插入30～40cmφ8 鋼筋或竹簽作為樁位標記并在其上面涂上醒目的紅油漆或紅色膠帶。在施工過程中，為防止錯沉和漏沉，對于將要施工的樁位用白灰畫出樁外皮輪廓線的圓周，便于對位、插樁。（4）放出的樁位需經復核驗收合格后方可施工，樁位的投放允許誤差為10mm。

5.2.2 樁機就位

（1）設備進場組裝調試，確保設備運轉安全、正常，按照沉樁順序，移動調整樁機對位、調平。（2）在軟弱地基沉樁時，樁機下部墊鋼板。施工時，調整樁架使之處于垂直平穩狀態，確保在施工中不傾斜、移動。（3）施工前在擬沉樁的側面和送樁器的側面上標注尺寸，以便于記錄每行程沉樁壓力值和最終送樁長度。（4）壓樁機就位后應精確定位，采用線錘對點時，錘尖距離放樣點不宜大于10mm。

5.2.3 吊樁及校驗樁位

（1）管樁起吊時，所系鋼絲繩與樁的軸線夾角宜大不宜小，在45°～60°左右。運輸過程中應免平穩輕放，以免受振動、沖撞。（2）用樁機上的吊機將管樁吊起后，垂直穩定將管樁吊入樁機內，使樁端對入樁機夾樁箱內，將樁輕輕喂入夾樁箱內，以防樁身斷裂。（3）待管樁放入樁機夾樁箱內扶正就位后，管樁緩慢下放，與放在樁位中心的鋼樁尖對準焊接。（4）在現場焊接鋼樁尖，焊接采用二氧化碳保護焊。第一節管樁底部端板與其對中焊接在一起，焊好后樁尖采用瀝青柏油進行防腐。（5）調整樁尖插入樁位后，先用較小壓力壓入。沉樁接樁的垂直度宜采用經緯儀雙向校正。（6）第一節管樁起吊就位插入地面下0.5～1.0m 時的垂直度偏差不得大于0.3%；當樁身垂直度偏差超過0.8%時，應找出原因并作糾正處理。必要時，拔出重插。沉樁后，嚴禁用移動樁架的方法進行糾偏。

5.2.4 壓樁

（1）要校對樁位準確，確保樁位無偏差。（2）在壓樁過程中，應確保樁身垂直，偏差不超過0.3%，并隨時檢查糾偏。（3）沉樁應確保送樁器與樁身在同一軸線上。（4）接樁、壓樁應連續進行，盡量減少中間停歇時間。（5）靜壓法施工沉樁速度不宜大于2m/min。（6）壓樁過程中如遇到特殊情況，應立即停機，找出原因，釆取改進措施后方可再施壓。

5.2.5 接樁

（1）當下節樁樁頂距地面1m 左右時，停止沉樁，吊起上節樁，使其正對下節樁，通過移動或調整樁機，調整好上節樁的垂直度后進行焊接，每根樁的接頭數量不宜超過3 個。（2）管樁對接前，接頭處要清理干凈，并設置導向箍以方便接樁正確就位。接樁時上下兩節樁應保持順直，錯位不大于2mm，節點彎曲矢高不得大于0.1%樁長。（3）焊接時優先采用二氧化碳保護焊，焊接材料選用1.2mm 氣體保護焊絲。接樁時上下中心線在同一垂線上。（4）施焊時宜先在坡口周圍對稱點焊4～6 點進行臨時固定，然后再對稱焊接。待上下樁節固定后拆除導向箍，再分層施焊。（5）焊接完成之后，自然冷卻時間不小于8min，嚴禁澆水冷卻或不冷卻就開始沉樁。（6）在焊接接頭處采用瀝青柏油進行防腐，經檢查確認后才能繼續施沉，并且做好焊接隱蔽驗收記錄。

5.2.6 終壓控制

（1）終壓標準應根據設計要求、樁端進入持力層情況、終樁壓力、樁頂標高等情況確定。（2）當壓力已達到終壓力或樁端到達持力層時應采取穩壓措施；當壓樁力小于3000kN 時，穩壓時間不宜超過10s。（3）穩壓次數不宜超過3 次，對于小于8m 的短樁或穩壓貫入度大的樁，不宜超過5 次。（4）沉樁完成后，檢查樁頭是否完好，測量員測量沉樁后的樁頂標高，記錄在施工記錄上。

5.2.7 樁基檢測

（1）在大面積施工前開展成樁工藝試驗，不少于3根，打設7d 后采用靜載荷試驗確定單樁承載力極限值和單樁抗拔承載力極限值。（2）驗收檢測時，宜先進行樁身完整性檢測，后進行承載力檢測。樁身完整性檢測應在基坑開挖至基底標高后進行。（3）建筑樁基設計等級為甲級，檢測數量不應少于總樁數的20%，且不應少于10 根；每個柱下承臺檢測樁數不應少于1 根。為了全面了解整個工程基樁的樁身完整性情況時，宜增加檢測數量。（4）采用單樁豎向抗壓靜載試驗進行承載力驗收檢測時，檢測數量不應少于同一條件下樁基分項工程總樁數的1%，且不應少于3 根；當總樁數小于50 根時，檢測數量不應少于2 根。

6.材料與設備

6.1 主要材料計劃（見表1）

表1 主要材料計劃表

6.2 主要機械設備（見表2）

表2 主要機械設備表

7.質量控制

7.1 質量控制標準

（1）《建筑樁基檢測技術規范》JGJ106-2014；

（2）《建筑樁基技術規范》JCJ94-2008；

（3）《先張法預應力混凝土管樁》GB13476-2009；

（4）《預應力混凝土管樁技術標準》JGJ/T406-2017；

（5）《工程測量規范》GB50026-2020；

（6）《預應力混凝土管樁》10G409 圖集；

（7）《非合金鋼及細晶粒鋼焊條》GB/T5117-2012。

7.2 質量保證措施

（1）建立健全質量管理體系，確定質量目標，明確職責分工。

（2）對進場的預制管樁進行驗收，驗收合格方可用于本工程施工；

（3）施工過程中對樁基定位軸線作補充檢查，每d1次，為減少樁位偏差，沉一排復測一排，并做好原始記錄；

（4）采取科學、合理的沉樁順序：先中間后兩邊或四周進行、先長后短、先深后淺的原則；

（5）每根必須連續施工，中途不得長時間停留，同時焊接時間盡量縮短，以防止樁體與土體之間形成固結，在壓樁及接樁過程中嚴禁拖樁；

（6）根據設計標高和高程控制點，計算樁的入土深度，在送樁桿上用紅油漆畫上標線進行標識，當送樁接近設計標高時，通過水準儀的觀測來控制樁頂的標高；

（7）插樁時，以定樁位的鋼筋為中心點，通過垂直兩個方向用全站儀校正樁身垂直度在允許偏差之內，尤其是第一節樁要嚴格保證其垂直度，確保其垂直導向作用，樁入土3m 后嚴禁用樁機調整其垂直度。

8.安全措施

（1）施工前進行安全技術交底，加強安全教育，提高安全意識，落實班前會制度。

（2）所有進入作業區人員均須按勞保規定著裝和使用安全防護用品；

（3）吊車作業時，嚴禁在起重臂下站人，禁止將起吊的物體臨空于人員的上空，堅決做到“十不吊”。

（4）當鉆機移位后，下道工序設備未及時到位前，應采取措施保護好孔口，防止人員或雜物掉落孔內。

（5）管樁施工中，夜間配置警示燈，施工現場入口處布設施工銘牌，在臨邊區域設置警示牌。

（6）對操作人員實行培訓持證上崗制度，非機電專業操作人員不得擅自動用機電設備。

（7）管樁堆放場地應平整、堅實。墊木與吊點的位置相同，并保持在同一平面上。各層墊木上下對齊，最下層的墊木適當加寬；樁盡量堆放在樁機附近，原則上按照沉樁順序堆放；堆放層數一般不超過3 層，宜采用2 層，疊堆2 層以上時各級支墊在同一直線上，支墊在l/5 處，要用止動楔塊。

9.環保措施

（1）施工期間，對施工道路及施工區進行灑水降塵；

（2）夜間進行焊接作業，應采取遮擋措施，防治影響附近居民；

（3）不在施工區水域清洗受污染的物資及機械設備；

（4）嚴禁在施工區焚燒垃圾或點明火，防止火災；

（5）合理堆放建筑材料，并采取有效地防護措施，減少對植被的破壞；

（6）在施工區域內設置污物、垃圾堆放點，安排專人負責保持施工區域內的環境衛生，垃圾及時清理。

10.效益分析

10.1 經濟效益

（1）本工程場站池體多為地下或半地下式，在保證同時滿足抗壓要求和抗浮要求的前提下。通過經濟性核算，如果采用灌注樁基礎施工成本約為214 元/m2。如果采用大直徑復合抗拔錨桿施工成本約為178 元/m2。而實際采用預應力管樁進行地基處理的成本僅約為80 元/m2。本工程樁基數量為1486 根，有效加固總面積約5012 m2。樁管壓樁施工過程中平均每臺樁機每天壓樁約30 根，工期約50d；由于平均樁長較短，根據施工經驗及調查資料可知，灌注樁平均每臺樁機每天可以施工約10 根，工期約149d；大直徑復合錨桿樁平均每臺樁機每天可以施工15 根，工期約99d。由于灌注樁和錨桿樁屬于水泥制品，需要28d 達到設計強度，而預制管樁進場施工時，無需再等待28 天強度要求。

（2）施工成本及工期節約分析

①相對于灌注樁而言：節約施工成本費用為（214-80）＊5012 ≈67.16 萬元，節約工期149+28-50=127d。

②相對于錨桿樁而言：節約施工成本費用為（178-80）＊5012 ≈49.12 萬元；節約工期99+28-50=77d。

（3）通過對比分析可知，預應力管樁施工與傳統灌注樁、抗拔錨桿樁等施工方法比較，所需的施工成本費用最少，施工工期最短，所以選擇預應力管樁加固處理場站軟弱地基施工工法更加經濟合理。

10.2 社會效益

（1）預制樁采用空心薄壁結構，用料省；工廠化制造，質量更易保證，同時也避免了大量泥漿排放對環境的污染，有效保護了周邊地質環境，符合國家倡導的綠色低碳環保要求。

（2）采用靜壓植樁工藝，施工過程中無振動和噪聲，對周邊居民影響小；機械化施工，智能化控制，釋放大量勞動力，施工速度快，工期有保障，符合國家快速高質量發展的需求。

11.實用案例

11.1 定遠縣爐橋鎮污水處理廠及管網工程EPC+O總承包及運維項目

11.1.1 工程概況

定遠縣爐橋鎮污水處理廠及管網工程EPC+O 總承包及運維項目位于安徽省滁州市定遠縣爐橋鎮。項目開工日期為2021年10月28 號，工期10 個月。主要包括新建污水處理廠、配套污水收集管網及其他相關配套設施。廠區共有22 個單體的基礎處理采用本工法施工。樁基礎設計等級為乙級，安全等級為二級，設計基準50年，實際應用樁基數量1486 根。

11.1.2 應用效果

本工法采用預制樁符合國家節能減排、低碳環保的政策要求，且現場施工操作簡便，不產生振動和噪聲，無泥漿污染，更加環保，現場文明施工得到很大改善，施工質量符合設計和規范要求，極大地提高了復合地基的承載力和降低后期發生不均勻沉降的問題，節約工期至少77d，節約施工成本至少49.12 萬元。獲得了業主和監理單位的一致好評，具有較高的推廣應用價值。

11.2 滁州市北京城房·時代莊園項目總承包建設工程

11.2.1 工程概況

滁州市北京城房·時代莊園項目總承包建設工程位于滁州市南譙區，其中高層住宅共包含10 棟樓，建筑面積106599.9m2，設有地下室，結構形式為剪力墻結構，地基基礎設計等級為甲級，現狀表層多為耕作層或原始植被，局部堆積較厚的人工填土，地基均采用預應力管樁加固處理，總計1301 根樁。

11.2.2 應用效果

本工程管樁采用工廠化制造，質量易保證，生產過程中無泥漿廢水產生，對環境污染小，符合國家節能減排、低碳環保的政策方針，現場采用靜壓植樁工藝施工，智能化控制，操作簡便，施工速度快，施工過程中不產生振動和噪聲，對周邊居民影響小。本工法應用效果良好，樁基檢測合格率100%，基礎地基滿足驗收要求，得到了監理和業主的肯定，節約施工成本約47 萬元，縮短建設工期72d，收到了良好的社會效益與經濟效益。