復雜巖土地基中靜壓預應力管樁應用的相關問題分析

王家勇

（武漢市給排水工程設計院有限公司，湖北 武漢 430024）

0 引言

從建筑行業的發展來看，預應力管樁建筑樁基工藝的應用范圍是非常廣泛的，其具備一定的影響力。考慮到其兼有強度大、質量好、穿透性強、容易檢測等方面的優勢，現今，在很多建筑項目中能夠得到全面推廣。從現實角度來看，預應力管樁則是通過一些相對獨特的技術而創建的一類預制樁，一般是通過一個細長空心的高強度混凝土制作而成的，一些生產企業運用先張法預應力技術，通過離心制作、蒸汽養護等設計而成，其規格類型豐富，并且品質良好，且具有較高的單樁承載力，所以在成本控制、施工效率等方面的優勢非常明顯，總之由于其存在非常強的應用性能，所以在施工現場能夠廣泛運用，并且也愈來愈受到建筑業主們的歡迎與支持，對此在實際操作期間，已經完全取代了灌注樁。不過考慮到一些復雜巖土地基等存在的一些特殊性，如果對靜壓預應力管樁的應用要求了解不全面，對具體的操作技巧了解不深入，則會出現隨意應用與建設等問題，比如露樁、短樁、擠土效應與振動、沉樁期間出現淺層障礙無法持續沉樁等，必然會引發出一些問題及安全隱患，甚至會對施工建設進程造成阻礙與限制。本文站在設計及應用層面，思考復雜巖土地基中引入靜壓預應力管樁存在的問題，然后結合實踐應用要求，總結出具體的應用策略與方法。

1 擠土效應與振動影響

1.1 原因探討

在靜壓法施工建設的過程中，一般可以將向其稱作為擠土效應。擠土效應是因為沉樁過程中能夠讓周圍的土體結構受到振動，必然會對土的受力狀態進行調整與轉變，由此會形成擠土效應。考慮到樁機在施工建設期間焊接操作周期長一些，樁接頭的頻率多，同時焊接品質不佳，施工建設工藝與方法不到位，每天造樁數量集中、壓樁速率較高、布樁過于密集，一般會導致擠土效應愈加明顯[1]。

一些學者站在理論層面進行分析，擠土效應一般又稱作為“浮樁”，管樁在施工建設期間一般會出現地基應力，而且在壓樁期間樁體通常會對土體造成一定的擠壓，導致地基中出現非常大的超孔隙水壓力。在管樁分別相對密集的區域，壓樁期間樁體通常會對土體的擠壓效應非常明顯，由此會導致超孔隙水壓力變大。如果場地分布存在非常厚的透水性比較弱的黏土、淤泥等，那么超孔隙水壓力的消散周期比較長，必然會導致樁周土體出現垂直隆起、橫向位移等變化；由此來看，這一狀態必然會對樁周土體造成擾動與重塑，使其結構性能出現破壞，引起土體的工程性質出現轉變。如果樁側摩阻力減小，必然會導致周圍樁上浮、錯位、斷裂等，對基礎安全與穩定性等造成破壞。另外，靜壓預應力管樁引起的浮樁問題，也和地質環境、樁型不科學、布樁太過密集、施工速度滯緩等存在一定的相關性。

1.2 防控策略

（1）必須適量地調整布樁的密度，如果密度比較大的話，則需要選擇預鉆孔沉樁法進行操作，其孔徑通常比樁徑明顯小約50～80mm，深度一般是樁長的30%～50%。在施工操作期間，必須隨鉆隨打，不過一定要避免出現封閉樁問題。

（2）必須嚴格調整沉樁的速度，通常需要限定在1m/min以內；結合樁入土的深度變化來看，則需要設計最理想、科學的流水路線，一般是遵循“先長再短、先高再低”等原則。如果樁的密度比較密集的話，同時與建筑物的距離比較遠，那么其場地相對空闊一些，必須在中間朝著周圍不斷輻射；若樁的密度比較大，同時一端與建筑物相貼近的話，必須在周圍建筑物的一端進行施工建設，然后慢慢地朝著遠處進行推進；結合這一操作秩序進行考慮，則需要盡可能地預防因為基坑周圍的防護結構造成土體不能擴散，導致管樁被之后施工建設的管樁擠壓等問題出現，也能夠規避基坑在壓樁期間使土體擴散而擠壓周圍的防護結構，促使其止水效果不斷減弱[2]。

（3）增設袋裝的砂井與塑料排水渠，由此能夠盡可能地降低超孔隙水壓，達到避免擠土問題；增設隔離板或者地下連續墻，盡可能地避免擠土效應。另外，也可以通過增加泄壓孔的方式來大大提升超孔隙水壓力的消散效率。對于泄壓孔而言，其通常需要配置塑料排水板、垂直砂井等。

（4）當沉樁操作期間，必須加強靠近建筑物、地下管道等監測等，針對周圍一些相對重要且關鍵的管道、建筑物等，則需要將其調整成其他樁型。

（5）需要調整施工期間的停歇時長，縮減時間休息期，一般來說摩阻力變大的話，則會對樁機的具體施工造成一定的影響，從而引起沉樁難度加大。也需要盡可能地避免在砂質粉土、砂土等硬土層中實施焊接固定，確定最標準、規范的樁長。在建筑操作期間，必須注意相同承臺中的群樁，接頭無法再相同截面中，必須互相錯開，預防出現土壓力、水壓力等，避免其對樁身造成剪切破壞等[3]。

（6）加強監測，靈活調整壓樁秩序與進度。從對地基側向位移、地面與樁的隆起、孔隙水壓力與周圍建筑物變化等觀察來看，則需要靈活性地調整壓樁秩序，確保其進度等符合標準要求[6]。

2 沉樁期間出現淺層障礙不能持續沉樁

2.1 原因分析

考慮到在勘察地質檢測的過程中，并未特別關注淺層障礙物、區域土層分布深度與特性等，引起沉樁問題則會出現淺層的老地基、大孤石等，如果出現深層的硬塑黏土、密實砂層、沙碩石層等問題，一般會導致不能繼續施工建設。

2.2 防治策略

首先，在實施打樁操作之前，必須全方位地了解之前的建筑類型及內部結構，同時還需要實施深樁操作處理；針對淺層的障礙物問題，一般需要通過挖掘機進行清理，如果對后續的施工建設造成一定阻力的話，則需要通過鉆機把障礙物進行擊穿，避免挪動樁架等強迫回板等動作出現。

其次，設置的樁機能量大小一般要符合標準規定，同時還需要與樁徑、樁長、地質環境等相吻合，方可滿足施工要求，確保能夠穩健施工建設[4]。

3 露樁與短樁

3.1 原因分析

在對復雜巖土地基進行施工建設期間，如果靜壓預應力管樁的持力層變化比較大，且樁身的土層分布失衡，再加上一些兼有地下室的項目同時具有送樁等操作要求。如果整體組織規劃與設計等不夠具體、完善等，再加上場地地層的標高不合理、配樁不夠精準等情況下，在實施項目操作期間，一般會出現露樁、短樁等問題，這必然會出現資源損耗或浪費等問題，甚至還會對整個施工質量造成一定的破壞與阻擾。

3.2 防治策略

（1）確定持力層變化趨勢，并客觀性地分析持力層性質，在特殊情況下必須要認真進行施工勘察，精準確定各種類型土層的等高線與持力層深度等。

（2）針對各類典型性、特殊性的地層來說，必須要對其實施現場試樁測試，且結合試樁情況來進一步確定成樁的規范化標準與配樁工藝，由此能夠盡可能地預防露樁、短樁等問題出現。

4 靜壓預應力管樁的設計與施工

由于現場預制樁的質量較好，且承載力也非常大，與灌注樁進行對比，優勢突出，不過其成本卻非常高。另外，因為灌注樁的施工質量比不上預制樁，而成本卻明顯減少。結合制作工藝等差異性來看，其能夠間接地促進鋼筋樁的飛躍發展。由此來看，預制樁不但能夠在強調方面達到施工作業的基本要求，而且還能夠驗算樁在起吊運輸、吊立、捶打等過程中的應變力等。最重要的是根據一些實驗研究能夠發現，常規鋼筋樁的配置一般與起吊、吊立的強度變化有著密切的相關性。將樁芯剝離出來，必然不會對樁的承載力帶來影響，而且還能夠節省混凝土的數量，進一步降低起吊重量。若沉樁技術進行改革與創新，則需要把錘擊沉樁調整成靜壓沉樁，這不但能夠大大減少錘擊沉樁的動力，還能夠減少噪聲，對優化作業環境、改善城市環境等帶來一定的積極作用。所以選擇靜壓預應力管樁已成為靜壓沉樁工藝改革的一個主流方向與發展態勢。

4.1 單樁承載力的計算

對于施工設計者來說，通常需要結合“建筑樁基工藝規范”確定的地質物理指標與承載力之間的關系來計算單樁承載力。一般來說，按照標準規定來看，單樁承載力明顯小于單樁靜載測試確定的數據，結合其最終的數據來看，大部分已經竣工的建筑工程的沉降量都是有限的，基本上符合建筑行業的規范化應用需求，對此管樁的單樁承載力一般無法結合固定的公式進行統一計算，不然的話會引起項目投入成本增加，甚至會導致消耗變大[5]。另外，在選擇預應力管樁的情況下，通常具有一定的便捷性，由于在管樁工廠化加工與設計過程中，樁長一般需要結合埋深的要求進行靈活調整，設計人員在確定樁徑、長度等過程中，需要需要將其由工廠拉到施工現場進行測試，無須像預制樁一樣需要在現場進行養護1個月乃至到工期，一般來說，在打樁1周后即可給予試打。所以，根據本項目規劃與設計來看，則需要選擇試打樁和工程樁相融合等策略。

4.2 靜壓管樁的施工質量檢測與控制

在實施靜壓管樁的過程中，其中一個不容忽視的難題是復雜巖土地基等引發的一系列問題。由于其持力層的坡度是不穩定的，具有起伏不平等特點，一般需要通過開口型樁尖來大大提升樁的嵌巖性能，若要預防樁尖的滑動，選擇開口樁尖的最大優勢是砂土能夠持續性地滲透到樁腔中，利用上擠力、腔壁摩擦力等實現平衡效應，由此能夠達到土塞目的，并且也能夠進一步地提升單樁承載力。考慮到樁長短各有不一，無法統一調整施工壓樁力，必須要對其實施動態性的調整，在給予壓樁期間，必須嚴格、認真、精準地記錄壓樁時間，同時對壓力表進行精準讀數，并確定壓樁深度，具體來說，必須要對其實施持續壓樁，同時還需要嚴格調整壓樁的操作速度，通常是為1～2m/min[6]。

5 工程實踐

5.1 工程概況與地質特征分析

擬建項目是地下2層、地上22層綜合大廈，建筑面積是32700m2，選擇框架-剪力墻結構進行設計。結合地質勘查要求，場地土層的分布是從上至下進行設計，其分別是：雜填土、淤泥層、粉質黏土、砂層、殘積粉質黏土、強風化花崗巖等。對于雜填土來說，其上層一般是碎磚塊、碎石子、瓦片、混凝土塊等，下層大部分是粉質黏土，相對松散、略濕，其厚度一般是在0.3～1.5m。對于淤泥層來說，其厚度一般是在1.6～10.5m；對于粉質黏土來說，其主要是一層具有流塑狀粉質黏土層，厚度一般是在3.7～5.8m。砂層一般是指中砂顆粒物，其厚度一般是在1.6～3.5m。殘積粉質黏土具有軟塑特性，內部包括一層高壓縮性土，其厚度一般在0.5～3.6m。對于強風化花崗巖來說，其厚度一般是在6.5～12.5m，其巖面埋深起伏明顯，浮動較大。

5.2 工程樁的質量檢測

如果按照樁的靜載試驗來看，其根本目的是有兩個：①為確定單樁的承載力等做鋪墊。②為檢測工程樁的質量、確保能夠順利驗收等提供完整且精準的數據與參考憑據。結合我國的一些規范性條例與行業規定來看，試樁數通常不小于總樁數的1%，所以能夠確保整個項目符合設計要求。

6 結語

由于預應力混凝土管樁具備質量穩定、適應性強、成本易控制、施工速度快、環保節能等優勢，所以能夠在業內備受好評與歡迎。不過考慮到管樁基礎項目質量控制涉及不同的過程與環節，這是一個系統性的任務，不但需要進行精準勘測與設計、保障樁身質量、科學確定沉樁形式等，而且還需要精準選擇合適的施工工藝，施工操作期間必須要選擇最科學、最合理的打樁方案，確保其順序合理，同時還需要在進行原位引孔、復壓操作、增設防擠溝與泄壓孔等過程中必須靈活性地減弱擠土、浮樁、露樁、斷樁等帶來的消極影響。由此來看，在具體施工建設過程中，相關技術人員必須要注重施工現場的規范化管理與高效監控，方可最大限度地提升施工效率。