摘要：深厚填石层大直径超深预应力管桩综合施工法；关键技术是采用大直径潜孔锤引孔穿越，使用钢护筒桩提高桩管的穿透力和垂直度，设置双向泄水孔以克服地下水应力集中；新工艺的优点/特点分析。
关键词：深厚填石层；管桩；综合施工；关键技术
前言：随着目前建筑用地日趋紧张，开山填石造地愈见普遍，在深厚填石层中施工大直径超深桩已成为场地建（构）筑物桩基础工程施工的难点。而在各种桩基础工程中，预应力管桩以成孔速度快、施工管理简便、质量控制好、工程造价低的优点越来越广泛被利用，尤其是φ800mm大直径预应力管桩，其可替代相同直径的钻孔灌注桩，其应用前景更为广阔。
但是，在深度超过10m以上的厚填石层中施工大直径超深（50m左右）预应力混凝土管桩将面临深厚填石层穿越困难、超长预应力管桩穿透能力不高、桩管孔隙水压应力集中造成桩管爆裂等施工难题，急需在施工工艺改善、机械设备配套、质量安全措施等方面寻找突破口。
我通过国内类似项目工程实践和经验总结，如果将“深厚填石层大直径φ800mm、超深预应力管桩综合施工法”应用于工程实践中，将极大的提高施工效率和工程质量。该综合施工法有：1、成桩速度快2、成桩质量有保证3、施工成本低4、场地清洁、现场管理简化等特点，其具体施工操作工艺和应用前景在正文中论述。
1、适用范围
1.1 适用地层
本综合施工法适用于预应力管桩穿越填石、硬岩夹层、孤石、基岩地层施工，填石段厚度30m以内。
1.1.1 适用桩径、桩长
本综合施工法采用“3＋1”复合引孔，可适用于桩径φ800预应力管桩施工；如采用“4＋1”复合引孔，则可满足桩径φ1000预应力管桩施工。
1.1.2 适用桩长
本综合施工法适用于预应力管桩桩长55m以内。
1.2 工艺原理
本综合施工法特点主要表现为三部分，即：一是穿越上部深厚填石层的大直径潜孔锤引孔技术；二是超深超长预应力管桩沉入时穿透能力和垂直导向技术；三是预应力管桩地下水应力消散及抗浮、防爆技术，这也是本工法三大关键技术点所在。
1.3 填石层穿越—大直径潜孔锤引孔技术
1.3.1 潜孔锤引孔原理
为穿越填石层，我们采用了大直径潜孔锤跟管复合引孔技术。为克服引孔时发生垮孔，专门采用潜孔锤钢护筒跟管钻进，在引孔完成拔出潜孔锤后，即在护筒内填充砂土，再起拔钢护筒。
潜孔锤是以压缩空气作为动力，压缩空气由空气压缩机提供，经钻杆进入潜孔冲击器，推动潜孔锤工作，利用潜孔锤对钻头的往复冲击作用达到破岩的目的，被破碎的岩屑随压缩空气携带到地面。由于冲击频率高、低冲程，破碎的岩屑颗粒小，破碎填石引孔效果好。
潜孔锤钻头设置有4块可伸缩冲击滑块，可确保钻头破碎工作时钻孔直径比跟管钻进的护筒大，以达到钢护筒全程跟管钻进目的。钢套管的及时跟进，既保护了钻孔，又有效隔开了填石地层中的填石、块石，并及时对钻孔砂土回填进行置换，以保证引孔的效果。
1.3.2 潜孔锤“3＋1”复合分序引孔
以桩轴线为中心，先在桩位平面位置均匀布置3个交叉孔位，分序施工形成交叉品字形，最后在桩轴线处再次以桩中心实施引孔，确保桩轴心处填石层被置换完全。
1.4 钢护筒桩尖设计和垂直度导向技术
钢护筒桩尖采用筒式开口通透钢桩尖，筒型钢桩尖长1.10m，由厚度20mm钢板卷制，在钢桩尖四周设置导向钢板，厚20mm，夹角36°。筒型钢桩尖可使平口钢管桩的穿透能力进一步提升，同时成为管桩底部锤击沉入时的导向，也有利于管桩的垂直度控制。
1.5 预应力管桩桩身应力集中消散、防爆技术
超深预应力管桩在成桩过程中，会遇到地下孔隙水应力集中且产生较大浮力的影响，增加管桩下沉难度，为满足桩管收锤标准，往往造成锤击数过大，容易出现爆管、桩端头开裂，造成所施工的管桩报废。
针对在管桩沉桩过程中受到的地下孔隙水应力集中消散难、桩身抗浮和防爆问题，我们在每节管桩接头位置专门设置了双向泄水孔，以消除孔隙水压力对管桩沉入时的影响，确保管桩顺利下沉到位。
桩管泄水孔直径为60mm，双向贯通，位置处于桩管端头板附近1.0～1.2m。
1.6 施工操作要点
一、测量放线
二、潜孔锤引孔位置布孔
三、分序引孔位置布设
四、大直径潜孔锤引孔
（1）钻架利用长螺旋钻机塔架较高的钻机改装，更换卷扬，加固机架，保留原钻架自行走部分。
（2）冲击器外径选用φ420mm，潜孔锤钻头直径580mm。
（3）钻头采用平底可伸缩滑块钻头，钻头在提升状态时，外径较套管内径小约5cm，在有压工作状态时，其底部设置的4个滑动块，在压力和冲击器的冲击力作用下向外扩张，破岩的同时带动钢护筒下沉，实现全护筒跟管钻进。
（4）钻杆直径为420mm，六方快速接头。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为防止岩屑在钻孔环状间隙中积聚，在钻头外侧均布焊接了6～8条10mm的钢筋，形成相对独立的通风通道，当1个或2个通道堵塞时，其它的通道仍可保持畅通，期间的风压随即上升，作用于堵塞通道时，又将其冲开，始终可保持全部通道的通风、排屑顺畅。
（5）空压机的风压和供风量是大直径潜孔锤有效工作的保证，一定的风压可保证冲击的正常工作，还可保证冲击器、钻头的使用寿命。风量是正常排屑的重要因素，通过改进钻孔的环状间隙，确保高能量冲击器的有效工作和正常的排屑，还可采用2～3台英格索兰XHP系列的空压机并联的方式，来提供持续、稳定的压力和供风量，以使风量达到60m3/min。
（6）跟管钻进护筒直径610mm，长12m，采用16mm钢板卷制。钢护筒上部设置若干孔洞，孔洞直径约10cm，以方便潜孔锤钻进时孔内渣土从孔洞吹出。
（7）引孔钻进参数
转速：5～13rpm；风压：1.0～2.5MPa；风量：50～60m3/min。
五、护筒内回填砂土
（1）引孔终孔
潜孔锤引孔至钻穿填石后终孔，终孔可依据回返至地面的钻渣潜孔锤钻进声响明显判断。
（2）回填砂土
护筒下沉到位后，拔出潜孔锤，及时用砂土进行引孔回填。回填所用的砂土要求以粗砂、粘性土为主，所含最大粒径不得超过15cm；砂土用小型运输车辆运至现场临时堆放，如最大粒径不能满足要求，则使用前进行筛选。砂土用挖掘机填入孔内。
六、护筒起拔
（1）潜孔锤跟管护筒平均长度12m，以穿透人工填石层为准，以超高风压吹出的渣样及潜孔锤接触地层的声响可进行准确判断。
（2）砂土回填至护筒口后，及时起拔护筒。
（3）护筒采用制作的金属双向倒钩，挂住护筒顶设置的孔洞开口，用钻机的副卷扬起拔。
七、管桩沉入
（1）管桩施工机械选择
根据施工经验，如施工机械型号选用HD80锤，收锤标准为最后三阵、每阵10击下沉量不超过3cm，落距为2.2m。
（2）桩尖
预应力管桩桩尖采用开口型筒式钢桩尖，钢桩尖与桩端头板焊接。
（3）预应力管桩桩端部泄水孔减压技术
在预应力管桩端头位置专门设置了双向泄水孔，泄水孔直径约6cm，在厂家制造时预埋钢管与桩管同时生产。双向泄水孔的设置，有效地释放了水压和侧摩阻应力，减少了应力集中对桩管的影响，确保了管桩顺利下沉到位。
（4）垂直度控制技术
采用筒式开口型桩尖，钢桩尖较长，能起到了良好的穿透和导向作用，有利于桩管的垂直度控制。同时，管桩施工过程中，采用双向垂直二个方向吊垂直线控制桩管的垂直度；发现偏差，及时进行纠正。
（5）接桩与送桩
如果管桩较长，最常用配置为单节14m长桩管，再合理搭配12m、8m、6m桩管。
送桩采用专门的送桩器，送桩深度不大于4m。
（6）终锤控制标准
锤击管桩按试桩时进行的试桩贯入度控制收锤，严格计算最后三阵每阵十击的贯入度；同时，控制每桩的总锤击数，并观察桩顶破裂情况。发现异常情况，及时报告设计、监理进行妥善处理。
1.7 材料与设备
1.7.1 材料
本工法所使用材料包括预应力管桩、电焊条等，预应力管桩由具备资质的专业厂家提供，提供出厂合格证，现场进行外观检查验收；电焊条按设计要求型号和材质进行采购，提供质保单。
1.7.2 主要机械设备选择
（1）潜孔锤桩机；
（2）锤击预应力管桩机。
1.8 质量控制
1.8.1 质量控制措施
一、桩位偏差修正；
二、垂直度控制；
三、引孔控制；
四、锤击沉桩施工质量措施；
2、结论
本工法在实际工程项目施工中，无论在施工效率、工程质量，还是在现场文明施工、工程项目成本控制上，都突显出优越性，解决了工程施工难题，提供了一种创新的施工工艺，使得本项目得以顺利进行，并大大节省了项目投资，并按规定合同时间完成施工任务，得到了设计单位、监理单位和业主的一致好评，取得了显著的社会效益。
参考文献：
[1]PHC管桩斜桩嵌岩施工技术与措施[J].宋建东. 水运工程.2008（01）
[2]自平衡试桩法在高层桩基检测中的应用[J].黄强，刘银飞，黄明. 施工技术.2010（S1）
[3]自平衡试桩法在桩基工程中的应用[J].张瑞平，史佰通，龚维明. 广西土木建筑.2002（02）
论文作者:张川
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/7/9
标签：预应力论文; 管桩论文; 直径论文; 砂土论文; 钻头论文; 应力论文; 钻孔论文; 《基层建设》2018年第12期论文;