预应力管桩在软基处理中的运用分析|预应力管桩软基处理设计图
时间：2019-01-23 03:34:39 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：文章在分析软基施工存在的主要问题及处理要求的基础上，介绍了预应力管桩的特点和基本性能，总结了预应力管桩施工中应当注意的几个问题及施工中的质量控制措施，为预应力管桩的进一步发展应用提供了借鉴。
关键词：预应力管桩；软土地基；质量控制措施
中图分类号：TU44 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）023(C)-0154-02
由于软土地基具有天然含水量大、孔隙比大、压缩系数高、强度低，并具有蠕变性、触变性等特殊的工程地质性质，工程地质条件较差等特点，在工程建设中，如果处理不当容易造成基础整体失稳或产生不均匀沉降、结构物下沉甚至开裂等病害。对于一些深厚层的软土地基，这些方法就难以满足处理要求，因此在处理较深厚的软土地基，建筑物荷载大或对变形和稳定性要求高时，一般采用强度较高的预应力管桩进行处理。
一、软基施工中存在的问题及处理要求
（一）施工存在问题
软土按其成因大致可以分为海洋沿岸和内陆河流、湖泊、盆地沉积两大类。我国各地不同成因的软土都具有近于相同的共性，主要表现在：1、天然含水量高、空隙比大。含水量在34%―72%，空隙比在1.0―1.9，饱和度一般大于95%，液限一般为35%―60%，塑性指数为13―30，天然密度约为15KN/m3―19KN/m3；2、透水性差。大部分软土的渗透系数为10-8cm/s―10-7cm/s，在荷载作用下固结很慢，强度很难提高；3、压缩性高。压缩系数为0.5Mpa-1―2.0Mpa-1，属于高压缩性土，在自重作用下会持续下沉，使结构物产生过大变形，影响正常使用，甚至导致结构物开裂；4、抗剪强度低。其快剪粘聚力在10kPa左右，快剪内摩擦角在0°5°之间，当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的荷载时，地基就会产生局部或整体破坏；5、具有触变性。一旦受到扰动，土的强度明显下降，甚至呈流动状态；6、流变性显著。其长期抗剪强度只有一般抗剪强度的0.4―0.8倍。
（二）处理要求
软土地基处理的工程程序包括：处理必要性的研究、加固方法的选择和加固施工管理的控制等内容。从原理上可以分为置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等基本方法。处理的核心是处理方法的正确选择与实施，主要从以下几方面考虑：1、工程地质条件；2、设计和施工条件；3、场地环境条件；4、结构物条件。对于具体工程来讲，在选择处理方法时需要综合考虑各种影响因素，如建筑物的体型、刚度，结构物受力体系，建筑材料和使用要求，荷载大小、分布和种类，地基成层状况，软弱土层厚度、不均匀性和分布范围，持力层位置及状况，地下水情况及地基土的物理和力学性质，施工中需要考虑对场地及邻近建筑物可能产生的影响等，只有综合分析上述因素，坚持经济合理，安全适用的原则拟定处理方案，才能获得最佳处理效果。
二、预应力管桩特点
（一）原理及特点
一般工程结构中，常采用在地表建造的浅基础，但当地基土为较厚的软土层，建筑物荷载大或对变形和稳定性要求高时，常采用深基础。桩基础是一种常用的深基础形式，通常由桩顶承台将若干根桩联成一体，将上部结构传来的荷载传递给桩周土（摩擦桩）或传递给桩尖基岩（端承桩）。
近年来，预应力管桩由于具备单桩承载力高；施工进度快；污染少；穿越土层能力强；现场施工方便；质量便于控制；桩身耗材较低、单桩造价低的特点，得到业内广泛认可。与其他桩型相比，预应力管桩主要有以下特点：1、质量稳定可靠。预应力管桩是由专业厂家生产，采用先进工艺，将混凝土经离心脱水密实成型，经常压、高压两次蒸汽养护而制成的一种细长空心等截面预制混凝土构件，在专业工厂的流水线上预制生产，施工质量严格控制，产品质量稳定可靠。2、应用范围广，工程适应性强。预应力管桩有不同的规格、长度可供选择，适用范围广泛，对桩端持力层起伏变化大的地质条件适应性强。同时，桩身抗裂性能好，耐锤击，土层穿透力强，可采用不同的沉桩工艺（射水法、锤击法、静压法等）进行施工。3、抗弯、抗拉性能好。由于预应力管桩桩身砼强度高，加上使用了高强度、低松驰率的预应力专用钢筋，使桩身具有较高的有效预压力（5―8MPa），因此预应力管桩具有相当大的抗弯和抗拉能力。4、耐久性好。预应力管桩采用了高速离心成型工艺（离心加速度高达30―35g）和高温高压（压力106Pa；温度180℃）蒸汽养护，因此桩身混凝土密实性好，其抗渗性、抗硫酸盐腐蚀性、耐碳化性均优于普通砼。5、单桩承载力高，单位承载力价格便宜。预应力管桩桩身混凝土强度等级为C80，具有高强性能，其单位承载力的造价比预制混凝土方桩和钻孔灌注桩低。6、施工速度快，工期短。预应力管桩在专业工厂预制生产，施工前期准备时间短，一般能缩短工期1―2个月。7、对施工场地要求不高，施工现场不需预制场地，无砂石、水泥，无泥浆污染，对施工场地狭窄的工程特别适用。
（二）施工流程
预应力管桩的施工流程主要包括：（1）场地前期准备→（2）施工测量放样布置桩位→（3）施工管桩机械就位、安装→（4）起吊管桩就位→（5）开始压桩或锤击施工→（6）接桩→（7）压桩至设计深度→（8）在（3）―（7）的过程中做好压（打）桩记录→（9）机具移位，重复（3）―（8），下一根管桩施工。
三、软基处理中预应力管桩施工技术
（一）施工方法
施工方法与施工流程相对应主要有：1、根据设计方案确定桩长，根据施工机械、运输设备，设计管桩的分段长度。2、平整场地，主要利用推土机铲除表层浮土，对场地进行平整、碾压，对于局部坑洼地段用土回填。3、施工现场测量放样，用石灰标出桩位。4、施工管桩机械就位，安装。5、开始实施压桩操作，首先调整机身，保证其压桩中心与桩位重合并垂直；然后起吊管桩就位，安设桩靴并开始压桩；在压完一节管桩后，起吊下一节管桩进行电焊焊接接桩，保证焊缝结实饱满（接桩间隔时间不宜过长）；检查焊接焊缝合格后，进行再一次压桩；依次循环吊桩、接桩、压桩直至压至设计深度；6、移动管桩机械至下一桩位施工，重复第五步操作。7、管桩施工完毕后2―3周进行管桩单桩承载力检测，合格后进行桩帽混凝土浇筑施工。
（二）质量控制措施
预应力管桩在施工中应注意以下几点：
1、施工前应进行压桩试验，确定终止时的压桩力与单桩极限承载力的关系系数，验证与设计是否相符，以终止时的压桩力来初步判断单桩极限承载力是否满足设计要求，并下发作业指导书。
2、为避免挤土效应和振动影响，应做到：严格控制压桩速度，一般控制在1m/min左右；制定有效的沉桩流水路线，根据桩的入土深度，采取先长后短、先高后低的顺序施工；同时应对日成桩量进行必要的控制；对终止压桩力和其他施工参数做好压桩记录；当终止压桩力与试桩确定的参数相差较大时，应分析原因，待查明后方可继续施工。
3、每根桩应一次性连续压至设计深度，严格控制施工过程中的停歇时间，避免由于停歇时间过程，摩阻力增大影响桩机施工，造成沉桩困难。同时，应避免在砂质粉土、砂土等硬土层中焊接，制定合理的桩长组合。桩机施工时应注意同一承台内的群桩，需接桩的接头不宜在同一截面内，应相互错开，避免产生土压力以及水压力效应较大时，对整体桩身产生剪切破坏；同时应认真查看地质报告，了解土层分布情况，合理确定桩体组合长度，避免接头处于土层分界处及土层活动较多处，以防土层活动时对桩身的破坏。
4、施工地点场地要平整坚硬，在较软的场地中适当铺设道渣，不能使桩机在打桩过程中产生不均匀沉降，产生斜桩。当遇到障碍物时应及时排除后再进行沉桩；沉桩时发现不垂直应及时纠正，必要时应把桩拔出重打，桩进入一定深度后，不宜采用移动机架进行校正，以免发生断桩，应采取其他措施。
5、控制好桩机施工终止条件，对纯摩擦桩，终止条件宜以设计桩长为控制条件；对长度大于21m的端承摩擦桩，宜以设计桩长控制为主，终压力值作对照；对于锤击沉桩，应防止锤击过度，根据经验，管桩的总锤击数不宜超过3000击，最后1m的锤击数不宜超过300击。
结语：由于软土地基具有特殊的工程地质性质，工程地质条件较差等特点，在工程建设中，如果处理不当容易造成基础整体失稳或产生不均匀沉降、结构物下沉甚至开裂等病害。因此对于较深厚的软土地基，建筑物荷载大或对变形和稳定性要求高时，一般采用强度较高的预应力管桩进行处理。预应力管桩特别是采用静压法施工的桩，其应用已十分普遍，但在设计和施工中仍存在不少问题，有待工程技术人员进一步探讨解决。由于静压预应力管桩应用过程的质量控制是一个系统工程，因此必须通过生产、设计、施工和检测验收等各环节加强对其的质量管理，才能有效克服上述质量缺陷而得到逐步完善。
作者单位：广西鑫龙钢结构工程有限公司
参考文献：
[1]邓寿昌,等.土木工程施工[M].北京大学出版社,2006.
[2]阎西康.土木工程施工[M].中国建材工业出版社,2004.
[3]陈希哲.土力学地基基础[M].清华大学出版社,2004.
