关键词：特殊地质条件；超深；PHC预应力砼管桩；施工技术
Abstract: the analysis of static pressure pipe pile pile depth of 17 meters, the powder layer thickness 10 ~ 24 meters of problems, develop solutions according to the implementation of the program, the effect of good.
Key words: special geological conditions; ultra deep; PHC prestressed concrete pipe pile; construction technology
0 前言
随着上百层的超高层建筑的增加，地下室开挖深度（10米以上）越来越深，土质条件异常复杂，特别是某些超厚（10～24米）的粉土层(分布稳定，全场地均有分布，土层顶板埋深多在20～30m左右)，给压桩工作增加施工难度，且为避免在坑内压桩对已施工的护壁、周围建、构筑物、道路造成挤土破坏以及边桩无法施打的情况，绝大多数压桩工作面选择在自然地面，增加了送桩的深度。针对粉土层超厚及送桩深度超深，引起桩难以压到有效桩长、垂直度不易控制、桩位偏差超规范、削减桩承载力等的情况，本文就施工昆明市2011年市级统建保障性住房项目工程施工第一批次（三标段）--昆明市老海埂路片区（16号地块）保障性住房项目静压管桩施工中垂直度控制的成功经验进行探讨。此施工技术获2012年度云南省省级工法。
1 工程概况
由昆明市公共租赁住房开发建设管理有限公司拟建的昆明市2011年市级统建保障性住房项目工程施工第一批次（三标段）——昆明市老海埂路片区（16号地块）保障性住房项目位于昆明市南市区日新东路与盘龙江西路交叉口，场地北侧靠近日新东路，南侧紧邻前旺路，东侧与盘龙江、盘龙江西路为邻，西侧紧邻一条15m宽的小区道路，与金色家园、佳湖花园为邻，总用地约135亩，净用地约110亩。
场地被正大河引水渠及规划道路划分成3个地块，A1、A2地块为住宅用地，A3地块为教育用地（十二班幼儿园和十八班小学）。
A1地块：主要建筑为3栋（11、12、13栋）34层公租房（其中1～3层为商业用房），地下设两层地下室。A2地块：主要建筑为4栋（1、2、3、4栋）13～18层公租房（其中1栋1～2层为商业用房），3栋（5、6、7栋）18层的公租房、3栋（8、9、10栋）30～34层公租房、廉租房，地下设两层地下室。建筑面积：313860m2。
本项目的高层建筑最大荷重600kN/m2，结构型式拟采用框架—剪力墙结构。A1、A2地块内高层住宅楼均下设2层地下室开挖，采用桩筏基础，基桩采用预应力管桩。
工程桩采用预应力混凝土管桩，桩型为PHC-AB500(125)，设计有效桩长为34m，桩端持力层为④7粘土层，单桩竖向极限承载力标准值为4000KN。
详见下图《场地地理位置分区示意图》。
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场地地理位置分区示意图
2 技术特点及难点
送桩深度16.7米，粉土层厚度超厚(10～24米)。
本项目为保障性住房建设，是国家着力改善城市低收入家庭的居住条件,实现人民群众安居乐业的一项民生工程，面积大，工期短。针对以上特点必须采取特殊措施，以确保有效桩长达到设计要求，管桩垂直度及桩身质量满足规范要求。
3 施工方案
3.1 工艺原理
采用适合吨位的吊车通过大吨位静压桩机中心的夹具对桩进行夹抱，采取设置袋装砂井、加大孔径引孔、隔排隔棵跳打，调整垂直后进行施压；管桩在自重及配重静压力作用下逐渐将桩压入超厚粉土层中。
3.2 施工工艺流程及施工关键技术
3.2.1 施工工艺流程
施工准备(清除障碍物、场地平整、回填砖渣、设置排水沟、集水井)→测量定位放线→施工袋装砂井→放基桩桩位、引孔施工→复核桩基桩位→压桩施工→及时回填送桩产生的空洞→移机重复以上步骤施工下一棵。
3.2.2 施工方案
（1）施工准备（清除障碍物,场地平整、回填砖渣、设置排水沟、集水井）
1）桩基施工前，清除妨碍施工地上、地下障碍物，如电杆、架空线、地下构筑物、树木、埋设管道等。
2）场地平整等
施工设备进场前做好场地的平整工作，对松软场地进行夯实处理。若施工场地的地基承载力不能满足桩机作业时的要求，应在表面铺以砖渣，并予整平，以提高地基表面承载力，保证桩架作业时平直。砌筑砖砌排水沟、集水井，以便于降水和排水。详见以下图片《场地平整操作面示意图》。
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场地平整操作面图片
（2）测量定位
施工现场配备全站仪，自动调平水平仪及其它测量设备，并配备专业的测量人员，确保测量成果的精确性。现场技术人员首先认真熟悉施工图，计算出每棵基桩点的坐标及高程，放线时根据甲方所移交的坐标及高程控制点，设置二级控制点，放出各条轴线，并在轴线之外设置控制点及水准点，以确保桩位在施工期间无偏移。根据二级控制点，按照施工图及每棵基桩点的坐标放出各桩位位置，测出标高，以控制各桩顶标高得以准确控制之用。放线后由监理或建设单位检查，无误后方可开始引孔、压桩施工。
大吨位静压桩机，接地压强较大，行走时可能将已放好的桩位挤偏，当桩机就位后，预制桩对点之前必须再次用仪器放线定位，确保工程桩位置的正确。
（3）袋装砂井
1）根据桩位布设情况为控制并减小挤土效应对周边建筑设施以及消除孔隙水压力对沉桩及已施工基桩的影响，按设计要求在拟建建筑物的承台、承台与承台之间和拟建建筑物周边合理布设袋装砂井，进行袋装砂井施工。详见下图（以9幢为例）：
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2）施工顺序
测量定位→复核→施工机械就位、对中→钻进→取土→检查验收→砂袋放入孔中→结束，移机至下个孔位。
3）袋装砂井直径≥100mm，深度必须确保进入透水层中。孔内土体（岩芯）取出后，用装入铜矿渣（料径Φ≤5mm）并封口的Φ75mm砂袋（塑料编织带）全段放入孔内。砂袋长度按袋装砂井深度+500mm(井口外预留长度)，以确保地下水排入地表。
4）在施工中须加强监测，随时注意周边环境情况，一旦有异常情况，须及时汇报建设单位以及相关单位，由建设单位组织协调相关关系和处理方案。
（4）长螺旋引孔取土
1）在桩机施工前通过取出一定体积的土方量以减小压桩过程中的挤土效应对桩及周边环境的影响，通过长螺旋桩机把持力层上面影响施工的硬夹层及胶结块取出一部分土方，以确保管桩桩端能够满足设计要求和保证设计桩长。
2）根据试桩情况及地质勘察资料并结合施工现场的实际情况，本项目中要确保桩基础施工能够满足设计要求，必须对施工桩位采用长螺旋引孔取土施工。通过长螺旋引孔后，对中间硬土层进行挠动、取土，为管桩施工创造条件、保证施工有效桩长，并提高单桩沉桩质量。
A、管桩直径Φ500mm,引孔桩机钻头直径Φ≤400mm，成孔直径Φ≤420mm，引孔深度≤桩长减5.0米。
B、压桩后期，随着工程桩数量的增多，采取:
①扩孔。扩孔孔径大于引孔直径但不得大于桩身直径，以避免削减桩的承载力。
②每隔2000mm（具体根据布桩及土质情况）设置减压孔。
C、钻孔成孔孔位偏移量不得大于桩基验收规范要求。
D、在钻进过程中，随时检查钻机的平稳状态和垂直度,钻孔施工垂直度不得大于桩基施工规范要求；
3）因项目的特殊性（送桩深度深，粉土层较厚），为防止引孔塌孔，必须严格控制引孔与压桩的时间间隔，在成孔后须在12小时内进行压桩。
4）在施工中须加强监测，随时注意周边环境情况和基桩的标高和位置，施工速度不宜过快，否则会加剧挤土效应，造成桩的上浮和位置偏移，一旦有异常情况，须及时汇报建设单位以及相关单位，由建设单位组织协调相关关系和处理方案。
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长螺旋引孔图片
（5）管桩压桩
1）管桩验收
A、预制桩出厂到工地，应按批量查收预制桩出厂合格证。
B、质检人员应会同现场监理共同检查、验收预应力管桩，验收合格后，方准使用。如验收中发现不合格，应做好标记并及时退货。
预制钢筋混凝土桩外观质量表[1]
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2）施工要求
应严格按试桩施工工艺、桩长及引孔进行施工。
工程桩施工过程要安排合理的施工顺序，采取必要的措施(如跳打、设砂井等)消除孔隙水压力对沉桩及已施工基桩的影响。
机械开挖基坑（槽）时必须确保桩体不受损坏。
施工过程中应对场地地表土体隆起进行监控；沉桩到位后，应测量管内涌土高度并作记录。发现异常应停止压桩并与相关单位协商处理。
桩基础施工时严格相关规范要求施工。
3）绘制压桩路线图
A、压桩前，根据工程及周边环境情况绘制压桩路线图，制定合理的压桩顺序，减少挤土效应，施工时严格按照压桩顺序组织施工。压桩顺序应由中间向两边或从中心向外施压，不得逆方向进行。应避免沿单一方向进行，以免地基土向一边积压造成压入深度不一，地基挤密程度不均,桩身倾斜。且避免桩机往返来回行走对施工完毕的桩碾压造成桩身偏移。
B、管桩施工时应注意观察土体隆起情况及复查桩位是否偏移；如遇上述现象应及时调整打桩顺序：采取跳打，隔轴线打。为事先打的桩有足够消散超孔隙水压力的时间做出时差。
施工中采取跳打，每隔3棵管桩施工1棵，即下图所示的按1，5，9…3，7，11…2，6，10…4，8，12……顺序施工。
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C、当遇到个别桩位，因地下浅表有障碍物未清除干净而造成偏移，应立即将桩拨出，用钢制引孔器引孔，以确保压桩质量。
4）压桩施工流程
桩位测放→静压桩机移机、吊桩对准桩位→调整管桩垂直度、复核桩位→压桩→吊桩、接桩、调整管桩垂直度→压桩→吊桩、接桩、调整管桩垂直度→压桩→送桩至设计深度或达到设计压桩力→拔出送桩器→移机至下一桩位。
5）桩机就位
桩机就位前施工员和班组必须进行桩位复查，凡误差＞20mm应重新检测，待校正后方可施工。
粉土层超厚，合理选用大吨位桩机及加大桩机配重、加钢桩尖，按照打桩顺序将静压桩机移至桩位上面，并对准桩位。施工时必须控制桩的垂直度。
6）起吊预制桩
应轻吊轻放，严防碰撞，起吊吊点符合规范要求，起吊时钢索与桩的夹角应大于45°,将预制桩吊至静压桩机夹具中，并对准桩位，夹紧并放入土中，移动静压桩机调节桩垂直度，符合要求后将静压桩机调至水平并稳定。
桩现场驳运采用二吊点法、喂桩时采用一吊点，吊点设置在0.29L（L为桩长）处（如下图所示），起吊过程中，用托绳稳住桩的下部，吊机尽量减小吊臂仰角（并尽量减少吊臂促出长度），缓慢地将桩拖至桩机就近处后再开始垂直起钩，平稳地把桩喂至桩机夹持器中。
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图一 二点吊示意图 图二 一点吊示意图
7）插桩
插桩前，对样桩再次用仪器进行检查，确保桩位无偏差，桩尖对准样桩，参照经纬仪调桩至竖直方可压桩。
管桩吊起后，缓缓将桩一端送入桩帽中，待管桩放入桩机夹桩箱内扶正就位后，根据需要焊接开（闭）口型桩尖，然后将桩插入土中0.5m～1.0m的深度后，用两台经纬仪（在接近90度的夹角方向）双向控制桩的垂直度。通过桩机导架的旋转、滑动进行调整，确保管桩位置和垂直度符合要求后压桩。
8）桩身垂直度控制
在打桩过程中，如果桩身不垂直，会导致偏心受压而桩身断裂，且引起桩水平位置偏差加大。施工时采取如下措施：
A、机台操作员按桩机竖直悬针调平桩机，指挥员参照两台经纬仪及垂环指挥调下桩身使偏差不超过0.5%,并随时接受检查，接桩时上下节桩中心线必须在同一铅垂线上。
B、当桩尖进入土层500mm后，用经纬仪调整桩机桩架处于垂直位置，然后再调整首节桩的垂直度（经纬仪一般架设在距桩机15m以外），使桩架与桩身保持平行，其精度误差小于桩长的1%（首节管桩插入地面时的垂直度偏差不得超过0.5%），即可压桩，并在压桩过程中进行跟踪监测，指挥桩架保持其精度。如果超差，必须及时调整，但需保证桩身不裂，必要时拔出重插应尽可能拔出桩身，查明原因，排除故障，以沙土回填后再进行施工，不允许采取强扳的方法进行快速纠偏，而将桩身拉裂、折断。
C、现场仪器监督检校，保证桩身、桩帽在同一直线上垂直压入。根据仪器指示调节机身水平度使桩身垂身,现场技术员需对压桩过程全过程控制,以保证桩的垂直度。详见下图《打桩送桩垂直度监控示意图》。
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D、由于环形截面对于偏心受压较为敏感，在施工过程中，桩棰、桩帽、桩身中心线应重合，应最大限度避免偏心施压或偏心锤击的产生。当桩身倾斜度超过0.8%时，应找出原因并设法纠正；当桩尖进入硬土层后，严禁用移动桩架等强行回扳的方法纠偏。
9）压桩
A、在压桩开始阶段，压桩速度不能过快，应根据地质报告显示的土质情况选择压桩速度,一般以2.0m～3.0m/min速度为宜。另外，在后期随着压桩量的增加，必须控制每天的压桩数量穿透粉土层，以保证桩身垂直度。
B、压桩应确保桩锤、桩帽或送桩器与桩身在同一轴线上,第一节管桩插入地面时的垂直度偏差不得超过桩长的0.3％[2]。
C、在初期2～3m的压桩范围内应重点观察控制桩身、机架垂直度，垂直度控制应重点放在第一节桩上，垂直度偏差不得超过桩长的0.3％。并在压桩过程中需要经常观测桩身是否发生位移、偏移等情况并做好过程记录，并详细记录每入土1米时压力表的压力值。
D、压桩前最好将地表下的障碍物探明并清除干净，以免桩身移位倾斜。
E、压桩时注意压力表变化并记录。
10）接桩
A、静压桩前和电焊接桩前要用两台经纬仪在桩的相邻的两面作垂直度观察，确保桩身垂直。
B、接桩时上下节桩中心线必须在同一铅垂线上，上下两节桩之间因制桩施工的允许误差而出现的间隙用垫铁填实、焊牢。
C、待桩顶压至距地面1m 左右时接桩，接桩采用焊接接头方法。
D、接桩时，上下节桩段应保持顺直，错位偏差不宜大于2mm。
E、对接前，清理干净接驳面和坡口。
F、接桩前将上下桩端头板用钢丝刷清除浮锈及泥污，然后下放桩身进行对桩。
G、上下两节端头板对齐并初步调整垂直后，采用手工电弧焊在坡口周围点焊4～6点，然后再次进行垂直度的调整，若端头板间隙过大，应加塞铁片。为减少焊接变形引起节点弯曲，焊接时由两名工人对称施焊，焊接层数不少于两层且焊缝应均匀饱满（焊缝与坡口平）。手工焊接时第一层必须用Φ3.2mm电焊条打底，确保根部焊透，第二层方可用粗焊条（Φ4mm或Φ5mm），采用E4303或E4316焊条。
H、焊接完成后，自然冷却时间不得少于8分钟,严禁用水冷却或焊好即打（压）[2][3]。然后刷涂一层沥青防腐漆后，继续压桩。如果有多节管桩，重复以上工序即可。
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11）送桩
A、送桩时，应使用专用送桩器送桩，严禁以桩送桩。
B、送桩时，经纬仪跟踪调整送桩器垂直度，其垂直度偏差值应＜0.5%。
C、送桩时选用的送桩器的外形尺寸要与所压桩的外形尺寸相匹配，并且要有足够的强度和刚度，一般为一圆形钢柱体。送桩时，送桩器的轴线要与桩身相吻合。送桩器上根据测定的局部地面标高，事先要标出送桩深度，通过伺候在现场的水准仪跟踪观测，准确地将送桩送至设计标高。同时送桩器上要标出最后1m的位置线，详细记录最终压力值。
D、送桩完成后，移动调整机械进行下一棵管桩施工。
12）为防止桩身断裂、桩顶碎裂、桩顶位移、桩身倾斜等问题。在桩的堆放、运输、起吊时严格检查桩身的外观质量，防止使用断桩。在开始压桩前，应调好桩身垂直度，使其垂直度轴线与桩顶平面垂直度的轴线一致。同时静压桩机应水平、稳定、桩尖与桩身保持在同一轴线上。
（6）空洞回填
桩机在施工后送桩留下的桩坑须用竹排完全封口并设警示标志，保证施工人员安全，以免人、物坠落；深桩在施打完毕后，起吊送桩器时，人员必须远离，并及时回填。
3.3 质量标准及控制
3.3.1 质量标准
（1）PHC静压管桩施工质量验收标准，严格按设计要求和国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》、《先张法预应力混凝土管桩》、国家建筑标准设计图集、中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》及桩基施工的相关技术规程的规定。
（2）施工前应对成品桩做外观及强度检验，接桩用焊条或半成品硫磺胶泥应有产品合格证书，或送有关部门检验，压桩用压力表也应进行检查。硫磺胶泥半成品应每100kg做一组试件(3件)。
压桩过程中应检查压力、桩垂直度、接桩间歇时间、桩的连接质量及压入深度。对电焊接桩的接头做10%的探伤检查。
（3）管桩桩位、桩顶标高及垂直度偏差标准
1）桩位放样允许偏差[1]:群桩:20mm,单排桩:10mm。
2）桩位允许偏差必须符合下表的规定[1][3]。
桩位允许偏差标准表
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注：H 为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离。
3）桩顶标高允许偏差:±50mm。
4）管桩的垂直度:直桩的垂直度允许偏差为1%。
施工结束后，应做桩的承载力及桩体质量检验。
（4）静力压桩质量检验标准详见《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202。
3.3.2 质量控制[3]
（1）第一节桩下压时垂直度偏差不应大于0.5％；
（2）宜将每根桩一次性连续压到底；
（3）抱压力不应大于桩身允许侧向压力的1.1倍；
（4）管桩运至施工现场时进行检查验收，严禁使用质量不合格及在吊运过程中产生裂缝的桩；如下图所示：
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管桩桩身检测图片
（5）管桩宜单层堆放，堆放时桩应稳固，不得滚动，叠层堆放不得超过2层；如下图所示：
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管桩堆放
（6）最大压桩力不宜小于设计的单桩竖向极限力标准值，当压桩深度达不到引孔深度时，应进行二次复压及稳压。
4 效益分析
(1)工程项目施工采取以上措施，解决了静压桩送桩深度超长(17米以内)，粉土层厚度超厚(10～24米)的难题。使管桩垂直度控制在规范要求范围内，桩身质量得到了保证，有效桩长达到了设计要求，减少了补桩或重新加密布桩、加宽加厚承台的工作以及设计方案多次比较优选的过程。由于其具有操作灵活、质量可靠、送桩深度较长等特点，在缩短施工周期的同时提高了单桩承载力，降低了工程桩造价，节约了项目投资，取得了一定的经济效益。
(2)具体分析数据及费用节约如下
1)方案一(采用袋装砂井及长螺旋引孔)费用:
①砂袋井13000m×50元/m＝650000元
②长螺旋引孔30000m×15元/m＝450000元
合计：1100000元。
2)方案二(采用加密布桩、加宽加厚承台)费用:
①布桩255元/m×34m/棵×120棵＝1040400元
②钢筋砼底板或承台500m3×1000元/ m3＝500000元
合计：1540400元
3)节约费用1540400元－1100000元＝440400元(44.04万元)
5 结语
本文介绍了送桩深度17米以内、粉土层厚度10～24米的静压管桩压桩中极易出现的问题，制定解决方案并按方案实施，即采用适合吨位的吊车通过大吨位静压桩机中心的夹具对桩进行夹抱，采取设置袋装砂井、加大孔径引孔、隔排隔棵跳打，调整垂直后进行施压；管桩在自重及配重静压力作用下逐渐将桩压入超厚粉土层中。取得良好的效果，值得推广应用。基础通过验收，工程桩桩身完整性Ⅰ类桩占检测桩97.74﹪，符合云南省优良等级评定标准[4]，单桩竖向承载力符合设计及规范要求。
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检查合格后工程桩成桩效果
参考文献：
[1] GB50202-2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].北 京:中国建筑工业出版社, 2002.
[2] 10G409, 预应力混凝土管桩[S].北 京:中国计划出版社,2010.
[3] JGJ94-2008,建筑桩基技术规范[S].北 京:中国建筑工业出版社,2008.
[4] DBJ 53/T-24-2008,云南省建筑工程质量优良等级评定标准[S].昆明:云南科技出版社,2008.
论文作者:1布 军,2白玄晔
论文发表刊物:《城镇建设》2020年1月第2期
论文发表时间:2020/4/14
标签：静压论文; 土层论文; 管桩论文; 偏差论文; 桩机论文; 深度论文; 标高论文; 《城镇建设》2020年1月第2期论文;