基于復雜地質條件下預應力高強混凝土管樁施工技術

萬秀柱

廣東省建筑工程集團有限公司 廣東 廣州 510010

隨著城市化進程的加速和建筑結構的不斷升級，越來越多的工程需要采用預應力高強混凝土管樁作為地基支撐結構。然而，在復雜地質條件下，預應力高強混凝土管樁施工面臨著諸多技術難點和風險[1]。因此，研究和探索復雜地質條件下預應力高強混凝土管樁的施工技術及應用，對于保障工程質量和施工安全具有重要意義。

1 復雜地質條件下的工程特點

1.1 地質條件不穩定

地質條件不穩定是復雜地質條件下的工程特點之一。不同地質條件下的土質、巖層等物質的力學性質和變形規律不同，如含水量、應力狀態等都會對工程施工和后期運營造成影響。因此，需要采取相應的措施對工程進行加固、支護等，確保施工安全和工程質量。

1.2 地下水位高

地下水的存在可能導致土層變軟、坍塌等問題，也可能引起浸潤、滲透等問題。因此，需要采取降水措施，如井點降水、抽水井降水等方法，以確保工程施工的安全性和穩定性。

1.3 地質構造復雜

不同的地質構造會對工程施工和后期運營帶來不同的影響，如斷層、巖溶地貌等會導致地基不穩定等問題。因此，需要對工程的地質構造進行全面的勘查和分析，以制定合理的施工方案。

1.4 土質松散

由于土質松散，地基不穩定，容易引起地基沉降、地陷等問題，給工程施工和后期運營帶來安全隱患。因此，需要采取相應的土工技術措施，如灌漿、樁基、擠密等方法，加固地基，以提高地基的穩定性和承載能力[2]。

2 預應力高強混凝土管樁的基本概述

預應力高強混凝土管樁是一種常用于土建工程中的樁基處理方式。它是在混凝土管體內設置預應力鋼筋或鋼束，通過預應力的方式增加樁的承載能力和抗彎性能，以適應不同的地質條件和工程需求。

預應力高強混凝土管樁的結構主要由混凝土管體和內部預應力鋼筋或鋼束組成。混凝土管體的外表面通常帶有螺旋狀的紋理，以增加樁與土壤之間的摩擦力和承載力。預應力鋼筋（鋼束）通過樁頂的承載板與混凝土管相連，通過張拉使鋼筋（鋼束）內部產生預應力，從而增加樁的承載能力和抗彎性能。預應力高強混凝土管樁在施工中需要嚴格控制各個環節的質量，確保樁的強度和承載能力滿足工程要求。預應力高強混凝土管樁廣泛應用于各種地質條件下的基礎處理，如軟土地基、淤泥、沉積土等。此外，預應力高強混凝土管樁還可以用于橋梁、高層建筑、大型機械設備基礎等工程中。它的主要優點包括承載能力高、抗彎性能好、適用范圍廣、施工周期短、環境污染小等，是一種比較可靠和經濟的樁基處理方式。

3 預應力高強混凝土管樁施工技術流程

3.1 鉆孔

鉆孔是預應力高強混凝土管樁施工過程中的關鍵環節之一，其施工質量直接關系到樁的承載能力和使用壽命。具體的施工工藝包括以下幾個方面：①地質勘測：在鉆孔前需要進行地質勘測，確定地下巖層的類型、厚度、穩定性等，為后續的鉆孔施工提供依據。②鉆孔機選擇：根據地質情況和孔徑要求，選擇合適的鉆孔機型號和規格。③鉆孔施工：根據設計要求，使用鉆孔機對地面進行鉆孔，控制孔徑、孔深和孔壁的平整度。鉆孔過程中需要不斷清理孔底的雜物，防止孔底積淤影響樁的承載力。④鉆孔質量檢驗：對鉆孔進行檢查，包括檢查孔壁平整度、孔徑和孔深是否符合要求等[3]。⑤鉆孔灌漿：鉆孔完成后需要進行灌漿，填充孔壁和孔底的空隙，增加樁的穩定性。⑥鉆孔施工記錄：對鉆孔的施工過程進行記錄，包括鉆孔機的型號和規格、孔徑和孔深等數據，以備后續施工和驗收使用。

3.2 鋼筋（鋼束）張拉

鋼筋（鋼束）張拉是預應力高強混凝土管樁施工中的重要環節，也是決定樁的承載能力和使用壽命的關鍵因素之一。鋼筋（鋼束）張拉需要使用專用的張拉設備和準確的拉力控制系統，操作人員需要經過專門的培訓和資格認證。

在進行鋼筋（鋼束）張拉前，需要先按照設計要求在樁孔內預留張拉孔，并在張拉孔附近設置鋼筋（鋼束）的預留長度。在張拉孔內設置張拉錨固端和張拉頭，將張拉錨固端固定在孔內，將張拉頭的一端通過張拉錨固端固定，另一端用張拉機卡住鋼筋（鋼束）的預留長度，對鋼筋（鋼束）進行拉伸，使其產生預應力。鋼筋（鋼束）張拉的過程需要使用精密的張拉設備和準確的拉力控制系統，以確保鋼筋（鋼束）達到預定的張拉力。通常使用的張拉設備包括液壓式、機械式和液壓機械式三種類型，其中液壓機械式張拉設備具有精度高、控制性好等優點。拉力控制系統通常使用壓力表和伸長計進行控制和監測，對于重要的工程和大跨度橋梁，還需要進行在線監測和數據采集。鋼筋（鋼束）張拉的精度和力度會直接影響到樁的承載能力和使用壽命，需要在施工前做好充分的準備工作，包括檢查張拉設備的狀態、校驗壓力表和伸長計的準確度、確保張拉孔的位置和孔徑符合設計要求等。在張拉過程中，需要進行及時的力值監測和數據采集，對于超出允許范圍的情況需要及時進行調整和處理，確保鋼筋（鋼束）張拉達到預定的要求。

3.3 管模安裝

管模安裝是預應力高強混凝土管樁施工中的重要環節之一，其施工質量直接影響到樁的尺寸、形狀和強度等關鍵指標。具體的施工工藝包括以下幾個方面：

①管模選擇：根據設計要求和鉆孔孔徑，選擇合適的管模尺寸和形狀，保證樁的尺寸和形狀符合設計要求。②管模送入孔內：將管模送入鉆制好的孔內，根據需要使用起重設備對管模進行位置調整，確保管模垂直于地面，并保持與孔壁的間隙均勻。③加固鋼筋設置：根據需要，在管模內設置加固鋼筋，提高樁的承載能力和抗彎能力。加固鋼筋應按照設計要求進行設置，保證其數量、尺寸和位置等滿足要求[4]。④管模固定：將管模進行固定，防止其在混凝土澆筑過程中移動或變形。通常使用的管模固定方法包括對管模進行扣壓、用鋼絲繩或鐵絲扎緊、采用鋼管或木樁等作為支撐等方式。⑤混凝土澆筑：在管模內進行混凝土的澆筑，需要使用混凝土攪拌車和混凝土泵等設備。在澆筑過程中需要注意混凝土的密實性和強度。

3.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑是預應力高強混凝土管樁施工中的重要環節之一，其施工質量直接影響到樁的強度、穩定性和使用壽命等關鍵指標。具體的施工工藝包括以下幾個方面：①混凝土攪拌：使用混凝土攪拌車對混凝土進行攪拌，確保混凝土的均勻性和質量穩定性。混凝土的配合比需要根據設計要求進行調整，以保證混凝土的強度、流動性和耐久性等指標滿足要求。②混凝土泵送：使用混凝土泵將混凝土送入管模內，確保混凝土的密實性和均勻性。混凝土泵需要選用合適的型號和規格，保證泵送距離和泵送高度等滿足要求。③混凝土澆筑：將混凝土從混凝土泵送入管模內，進行澆筑。在澆筑過程中需要注意混凝土的密實性和強度，避免產生空洞、缺陷和結構不均勻等問題。通常使用的澆筑方式包括從下向上進行澆筑、采用分段澆筑等方法。④振搗：在混凝土澆筑完成后，需要使用振搗器進行振搗，使混凝土達到更好的密實度和強度。振搗需要在混凝土還沒有凝固之前進行，避免對混凝土的結構和強度造成損害。⑤等待養護：混凝土澆筑完成后，需要進行養護，使混凝土在初期的硬化過程中保持濕潤，并逐漸達到預定的強度和穩定性。養護時間需要根據混凝土的類型、環境溫度和濕度等因素進行調整。

3.5 管模拆除

管模拆除是預應力高強混凝土管樁施工的最后一道工序，其施工質量直接影響到樁的結構和強度等關鍵指標。在進行管模拆除之前，需要等待混凝土達到設計要求的強度和穩定性，通常需要等待7-28天的養護時間。

在進行管模拆除之前，需要先對管模進行松動處理，一般采用鋼絲繩或鐵絲扎緊，或者使用手持式電動工具進行切割。管模拆除需要注意操作規范，以避免對樁的結構和強度造成損害。在進行管模拆除時，需要遵循以下幾點原則：①操作規范：操作人員需要經過專門的培訓和資格認證，了解管模拆除的具體操作規范和注意事項，以確保安全、高效地完成管模拆除工作。②強度評估：在進行管模拆除之前，需要對混凝土的強度和穩定性進行評估，確保混凝土已經達到預定的強度和穩定性要求，避免管模拆除對樁的結構和強度造成影響。③工具選擇：在進行管模拆除時，需要選擇合適的工具和設備，以確保管模拆除過程中的安全和高效。常用的工具包括手持式電動工具、鐵絲、鋼絲繩等。④管模移除：在進行管模拆除時，需要逐步移除管模，避免對樁的結構和強度造成影響。移除管模的順序應該從頂部開始，逐層向下移除[5]。

4 工程案例分析

4.1 工程概述

本工程為潮州市潮安區大嶺山產業園基礎設施建設項目，項目所含的孵化中心（應急產業科創服務中心）位于廣東省潮州市潮安區大嶺山產業園A 區內，總用地面積5222.91m2，總建筑面積11248.28m2，建筑高度31.70m，最大單跨跨度15.00m，地上8層，地下1層。孵化中心的基礎是預應力管樁，管樁規格為PHC AB，樁徑500mm。

4.2 預應力高強混凝土管樁設計和施工工藝

4.2.1 設計要求和標準

預應力高強混凝土管樁的設計需滿足國家和地方相關標準，包括《建筑結構荷載規范》、《混凝土結構設計規范》等。同時，針對該項目的地質條件和建筑物的特點，設計要求管樁的受力性能滿足孵化中心的建筑要求，并能夠承受地震、風荷載等自然災害的影響。

4.2.2 施工工藝和方法

①土層條件分析和孔洞設計 根據潮州市潮安區大嶺山產業園孵化中心的地質條件，進行地質勘探和分析，確定土層和地下水情況，制定合理的管樁孔洞布置和設計方案。②挖孔施工 采用機械挖孔法，根據設計要求挖掘管樁孔。在挖孔過程中，根據孔洞設計方案，要保證孔壁的平整，防止孔壁塌方等情況的發生。③鋼筋和預應力鋼束的安裝 在孔內安裝鋼筋和預應力鋼束，并進行合理的錨固和張拉，以確保管樁的受力性能和穩定性。在安裝鋼筋和預應力鋼束前，先進行灌注一定深度的砂漿，增加管樁的穩定性和承載能力。④混凝土的澆筑 在安裝完鋼筋和預應力鋼束后，進行混凝土的澆筑。在澆筑過程中，要注意保證混凝土的均勻性和密實性，避免出現空洞、夾雜等缺陷。在混凝土澆筑前，進行振搗和充實孔內砂漿，確保管樁孔內充實、無空洞。在混凝土澆筑過程中，采用振動器振動混凝土，確保混凝土的均勻性和密實性。⑤管樁固結 在混凝土澆筑完成后，對管樁進行固結，以確保管樁的穩定性和受力性能。采用噴漿加固的方法，對管樁進行固結。在固結過程中，要注意保持固結時間和固結壓力的合理性。⑥施工質量和安全控制 施工過程中要嚴格控制質量和安全，如定期檢測和監測管樁的質量和穩定性、對施工現場進行管控和安全管理等。其中關于鋼筋和預應力鋼束的數量及規格、管樁混凝土配合比及澆筑見表1與表2。

表1 鋼筋和預應力鋼束的數量及規格表

表2 管樁混凝土配合比及澆筑量表

4.3 施工中存在的問題

根據潮州市潮安區大嶺山產業園孵化中心預應力高強混凝土管樁的施工情況，可能存在以下問題：①土層條件復雜，孔壁易塌方，需要采取加固措施確保孔壁的穩定性；②管樁安裝時可能存在偏位或沉降問題，需要采取調整措施確保管樁垂直度和位置精度；③預應力鋼束的錨固和張拉不均勻，可能會影響管樁受力性能，需要采取均勻張拉的方法；④管樁混凝土澆筑時可能會出現空洞、夾雜等缺陷，需要采取措施保證混凝土的均勻性和密實性；⑤管樁的固結可能不穩定，導致管樁變形或破壞，需要采取合理的固結措施。

4.4 施工成果和效果

經過設計和施工，孵化中心的預應力高強混凝土管樁基礎施工順利完成。管樁的質量和穩定性得到了保證，保證了孵化中心的建筑安全和穩定。同時，施工過程中的安全和質量控制得到了有效的實施，達到了預期效果。

5 結束語

本文對預應力高強混凝土管樁在復雜地質條件下的施工技術和應用進行了詳細闡述。通過對實際工程的分析和總結，提出了相應的施工流程和關鍵技術，對于進一步提高預應力高強混凝土管樁施工的質量和效率具有一定的參考價值。同時，本文也為后續相關研究提供了一些思路和參考。