摘要：结合某垃圾焚烧厂工程预应力高强混凝土管桩试桩试验，笔者分析了试桩过程中首次成桩未能成功的原因，提出了相应的解决措施，包括选取合适的引孔设备、打桩设备、管桩材料，控制引孔参数和锤击沉桩施工参数等，确保预应力高强混凝土管桩的施工质量，顺利解决软土地基中穿越硬夹层遇到的桩基贯入和桩身拉应力问题，可供相关专业技术人员参考。
关键词：预应力管桩；试桩方案；植桩法
引言
预应力高强混凝土管桩（以下简称PHC管桩）为采用先张预应力离心成型法，并在180℃以及1MPa蒸汽条件下养护，制成空心环形截面混凝土构件[1]。PHC管桩采用锤击法施工，具备施工周期短且穿透力强的优点，但当软土地区沉桩穿越硬夹层时，锤击能量加大、次数加多，在锤击时交替出现压应力和拉应力，压应力过大会破坏管桩，拉应力过大易产生横向裂缝，桩基在反复锤击疲劳作用下，也将造成破坏。因此在具有硬夹层的软土地基中应采用“植桩法”施工PHC管桩，“植桩法”即在桩位处采用钻机钻孔至一定深度，然后在钻孔中放置预应力管桩至孔底，用桩机锤击或压沉至设计标高的施工工艺。本文结合某垃圾焚烧厂工程，较为详细地介绍了如何通过试桩确定PHC管桩的沉桩参数、施工设备和施工工艺，为工程桩的设计、施工、检测等提供依据，以节省工程投资、控制工程进度和提高工程质量。
表1 地基土层主要物理力学参数
图1 典型地层剖面图
1工程概况
1.1 基本情况
工程位于杭州市大江东产业聚集区，东至观十五线，南至十五工段排涝河，西至中心直河，北至红十五线。总用地面积196670m2，建筑面积140664m2，主要建设6台日焚烧处理生活垃圾870吨机械炉排炉，采用中温次高压的蒸汽参数，配置3台额定出力为45MW的凝汽式汽轮发电机组。
1.2 工程地质条件
拟建场地属于钱塘江冲积平原，场地内地形较为平坦，地表填土（部分为耕土和鱼塘）覆盖，各层地基土层主要物理力学参数如表1所示，典型地层剖面如图1所示。
本工程PHC管桩施工过程中地层的不利影响主要表现为：一方面软土地基中具有③-2层粉砂，呈中密~密实状态，标贯击数17.7击，最高35击，层厚最大12.4m，PHC管桩贯入难度极大；另一方面硬夹层下卧淤泥质黏土⑤-1层，呈流塑状态，局部夹软塑状粉质粘土，⑤-1层与上覆土层物理力学指标差异显著，贯入过程中桩身容易产生拉应力而导致损桩。
2本次试桩目的
通过本次试桩，确定合适的桩型、持力层及施工工艺，为拟建工程主要建（构）筑物桩基方案提供设计依据，以节省工程投资、控制工程进度和提高工程质量。因此，本次试桩主要目的和要求简单概括如下：
（1）确定单桩竖向抗压极限承载力；
（2）进行桩的高、低应变测试，检测单桩竖向抗压承载力，检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别，并对高应变检测结果和静载试验结果作对比分析；
（3）选择合适的沉桩设备，确定沉桩参数，为工程桩的施工、检测以及预估施工工期提供依据；
3初次试桩情况
3.1 试桩方案
首次试桩采用PHC600AB130预应力管桩，桩长60m，开口型桩尖长500mm。施工采用10.5t导杆式桩锤，试桩包括3根60m长桩（单节桩长15m）和3根15m短桩。
3.2 试桩情况
第一根长桩试桩，采用引孔措施穿越粉砂层，引孔孔深31.6m，引孔孔径530mm，第一节锤击次数180，第二节锤击次数500，桩身出现裂缝，停止施工。
第二根长桩试桩，不进行引孔直接使用，第一节锤击次数456，第二节锤击次数1104，第三节锤击次数1241，桩头打裂，停止施工，此时桩身入土长度44.2m。
第三根长桩试桩，第一节锤击次数542，最后1m锤击次数104，第二节锤击次数1121，最后1m锤击次数109，第三节锤击次数932，桩身出现裂缝，停止施工，此时桩身入土长度43.9m。
三根短桩试桩，第一根锤击次数279，最后1m锤击次数102，第二根锤击次数386，最后1m锤击次数97，第三根锤击次数365，最后1m锤击次数94，沉桩顺利。
4试桩方案调整
4.1原因分析
针对第一次试桩三根长桩均未能成功沉桩的情况，进行分析论证，主要原因分析如下：
1、引孔设备选择不当：本工程地下水位较高（地下水位埋深0.30m~2.50m），粉砂层流动性较好，引孔需快速完成，随引随打，现场采用钻孔器械，单节5m引孔30m，需要5次，时间过长导致引孔效果较差，容易塌孔，增加了沉桩难度，应采用长螺旋施工，速度更快、效果更好；
2、打桩设备选用不当：试桩采用的导杆式桩锤晃动大，能量不好控制，不利于沉桩，应选用筒式柴油锤；
3、打桩未采取合理的泄气泄水措施：第一节桩桩身在总锤击数不到700击的情况下被超孔隙水压力劈裂，应在桩头软垫上开泄压孔，以消除孔隙水压力的不利作用。
4.2 方案调整
针对上述问题，本工程及时调整了试桩方案：
1、施工工法采用长螺旋桩内引孔，先打进一节（15m）后引孔26米，孔径500~600mm；
2、打桩机械采用DH558-110履带车挂D80筒式锤，桩靴采用特制开口桩靴增加穿透力；
3、桩垫上面预开直径150mm的泄压孔；
同时采用PHC600B110预应力管桩，提高抗拉能力，并采用高应变全程跟踪打桩过程，检测桩身拉应力状况。
第二次试桩包括单桩竖向抗压静载荷试验3根（T1~T3）、单桩竖向抗拔静载荷试验3根（T1~T3）、高应变检测13根（16次）（M1~M10、T1~T3）、低应变检测13根（26次）（M1~M10、T1~T3）。高应变检测应对每一根桩进行跟踪检测，待休止期满后3根（T1~T3）试桩进行复打检测，低应变检测对每一根桩宜在承载力检测前、后分别进行检测。根据设计要求桩基持力层选择第⑦-1层粉砂或第⑦-2层圆砾，试桩沉桩完成后休止时间为28天。
4.3 试桩情况
本次试桩于一周内沉桩完成，13根桩身完整，全部为Ι类桩，由于租赁发电机功率无法满足引孔设备和打桩设备同时工作，故每天最多打三套桩，为安全起见，规定每天施工二套，沉桩情况汇总见表2。
其中，M2总锤击数4896，主要由于引孔直径Φ400mm偏小，M8、T1、M4锤击数偏高原因是锤击能量或锤击力偏小。最后施工M10，引孔直径放大到Φ600mm，锤击能量放大到52kJ，锤击力放大到4260kN，结果总锤击1129锤。通过本次试桩取得了可行的PHC管桩施工参数。
本工程场地沉桩比较合理的施工参数应在锤击能量35kJ以下，锤击力约3500kN，总锤击数控制在1800-2500击。
表2 成桩情况汇总表
5结语
本工程通过试桩情况与100%桩身完整性检测结果，论证了垃圾焚烧厂工程采用PHC管桩在具有硬夹层软土地基中的可行性，并通过试桩方案调整确定了桩型、引孔设备、引孔深度和孔径、打桩设备等施工参数与施工工艺。
同时，通过试桩成功解决了③-2土粉砂层贯入问题和进入⑤-1土淤泥质粘土桩身拉应力问题：
1、解决贯入问题：采用旋挖引孔或高压旋喷引孔，穿透第③-2层粉砂，引孔孔径宜为500mm～600mm。
2、解决桩身拉应力问题：PHC管桩材料采用受拉性能较好的B型、沉桩过程采取“重锤轻击”控制桩身贯入度以防止产生较大桩身拉应力。
参考文献：
[1]庞俊辉，杨赓.高强度预应力混凝土管桩锤击法的施工技术[J].江西建材，2018（07）：50-51.
[2]DL/T 5493-2014.电力工程基桩检测技术规程[S].
[3]JGJ 106-2014.建筑基桩检测技术规范[S].
[4]朱炳寅，娄宇，杨琦.建筑地基基础设计方法及实例分析（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[5]朱炳寅.建筑结构设计问答及分析（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.
作者简介：
马小兵（1982–），男，汉族，江苏南通人，本科学历，工程师。
论文作者:马小兵
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/22
标签：预应力论文; 次数论文; 管桩论文; 应力论文; 工程论文; 参数论文; 夹层论文; 《基层建设》2019年第12期论文;