静压沉管灌注桩技术应用

静压沉管灌注桩技术应用

【摘要】近年来，随着静压沉管灌注桩在沿海地区工程建设中的广泛应用，静压沉管灌注桩作为沉管灌注桩施工工艺的发展和创新，由于其所具有的优越性，逐渐得到社会的普遍认识和认可。

【关键词】静压沉管；灌注桩；技术应用

在2008年以前的厦门市桩基工程中，由于静压预应力高强混凝土管桩（PHC管桩）具有单桩承载力高、施工速度快、工程造价相对较低等优点，得到了快速的发展和普遍的使用，但PHC管桩也存在着易夹碎、易折断、穿透力差、接头可靠度低且易腐蚀等缺点。因此，2008年汶川地震后，新出台的《福建省建筑结构抗震设计技术规定》，提出预应力混凝土管桩在一定条件下不应使用，使得其适用范围的大大缩小。

而锤击沉管灌注桩在多年以前也是厦门地区工程建设经常使用的桩基技术，具有单桩承载力高、施工速度快等优点。但在施工过程存在剧烈震动影响邻近建筑物，且噪音污染大、成桩质量难以保证等缺点，已不适合在城市施工中使用。

经过多年的发展和总结，2008年以来，静压沉管灌注桩在吸收了静压预应力管桩和锤击沉管灌注桩两者的优点后，采用改进的液压静力压桩机进行抱压式施工，改进后的压桩机具有沉管和拔管的功能，设置了能对有螺旋接头的钢管进行快速对接和拆卸的装置，适用于直径600mm～800mm的桩管进行沉入和拔出，利用拔管复插法和抱箍上附带的小型偏心振动器使浇灌后的混凝土振捣密实，比锤击施工具有低噪音无污染、工效快、承载力直观可预见、成桩质量较好、对沙层和硬土层穿透力较强（最大压桩力可达8000kn）等优点，且相比起人工挖孔桩和冲钻孔灌注桩，又具有人员安全保证性较好、无污染排放、相同桩长承载力更高（挤土施工提高桩侧摩阻力）、工效高、造价低等优势，因此得到了较好的发展。

下面通过静压沉管灌注桩厦门环东海域某学校工程中的成功应用的介绍，对该工艺形式进行进一步的总结和推广。

1.工程概况

厦门环东海域某学校工程，位于厦门市同安区西柯镇，工程总占地面积约7万平方米，总建筑面积约5万平方米。工程场地原属滩涂地貌，现已吹填整平，地势较平坦，工程结构体系为现浇钢筋混凝土框架结构。

2.地基岩土构成分布情况及桩型选择

根据地质勘察情况表明，场地至上而下分别由素填土、吹填砂、淤泥~淤泥质土、含泥中粗砂、中粗砂、粉质粘土、粉砂、残积粘性土、全风化火山凝灰熔岩、土状强风化火山凝灰熔岩、碎块状强风化火山凝灰熔岩组成。素填土和分布于整个场地，淤泥层普遍较厚。场地地下水位较高、较丰富且含有一定的腐蚀性。

在此地质条件下，由于地下水具有腐蚀性，不应采用静压预应力管桩，如果采用钻孔（冲孔）灌注桩施工工艺，由于其采用的是泥浆护壁，在吹填的淤泥层及粗砂层中极易造成塌孔、缩颈、夹泥等质量问题，且成本较高。而静压沉管灌注桩由于采用的是由无缝钢管和钢桩靴组成的封闭成孔系统，水和泥浆不能进入，又加上是现浇钢筋混凝土桩，通过保持振动和过程反插，使桩的截面增大，从而提高了桩的承载力，且桩身质量得到保证，可以很好的克服和避免了前者的不足。

3.桩基工程设计

3.1基础形式采用静压沉管灌注桩，直径700mm，桩端持力层选用土状强风化火山凝灰熔岩，桩尖进入持力层深度≥1.0m。工程桩共有907根，桩身砼强度等级为C35，单桩竖向极限特征值为2900kn，单桩竖向承载力极限值为5800kn。

3.2设计试桩：正式沉桩施工前，进行了设计试桩，通过设计试桩确定了如下压桩施工控制标准：1、应以设计压桩力控制为主，桩入土深度控制为辅的双控原则；2、压桩管施工终压力不小于6500kn；3、桩端持力层宜为土状强风化火山凝灰熔岩；4、最后三次复压累计沉降量不大于1.0cm。

4.桩基工程施工

4.1施工工艺步骤

场地平整及地上障碍物清理→桩机设备进场安装调试→测量放样定位→桩机设备就位→钢套管桩管和桩靴就位→钢套管桩管对中调整→静压沉管→达到终压条件→终止压管→放置钢筋笼→浇灌混凝土→振动拔升桩管并间隔反插→移机→桩顶以上空孔灌填碎石反压→单桩施工完毕。

4.2制定施工顺序

施工应考虑沉管过程中先期沉桩挤密土体后增加后续沉桩施工难度，因此，施工过程应合理安排沉桩顺序，合理调整沉桩施工间距由中间扩向四周顺序沉桩。桩群密集处可实施跳打，使得相邻施工的桩中心距>3.5d，并控制拔管速度控制好桩身质量。当相邻桩中心距≤3.5d时，桩基施工间隔应满足先期施工的桩身混凝土强度达到80%以上的要求，避免因挤土效应影响相邻桩桩身质量。

4.3沉管控制

桩机设备进场后，进行安装调试并验收合格，油缸压力表应在标定使用期内

使用，现场应配备备用压力表，移机至桩位处就位并调平。成品钢桩尖就位在桩位上，钢套管桩管放入桩靴就位，并点焊固定，桩管与桩靴缝隙处可用稻草堵塞，防止沉管过程泥水进入桩管。接着桩管对中和垂直度调整，桩身垂直度应控制在1%以内，需采用两台经纬仪进行双向垂直观测控制桩的垂直度。符合要求后开始沉管。沉管完成后，应用探灯检查桩管底部有无进泥进水或桩尖被土吞没现象，如有则应采取措施予以消除。

沉管时，以试打桩确定的压桩施工控制标准作为终压控制的主要依据，满足压桩控制标准后，即可停止压管。

4.4灌注混凝土和拔管

沉管达到终压控制标准后，应及时吊装钢筋笼并进行混凝土灌注和拔管。避免停顿时间过长因桩管四周土体回缩固结导致拔管困难。

钢筋笼应批量制作，预先验收。可制作几种标准长度的钢筋笼待配用。根据桩套管实际入土深度计算钢筋笼长度，及时吊装钢筋笼。当钢筋笼长度小于24m时，宜通长制作，大于24m时，也可以分节吊装并在桩套管顶口焊接接长。吊装时焊接接头宜设在桩身下半段。

混凝土采用分次灌注方法。混凝土应具有良好的和易性，塌落度控制在120mm±20mm。一般第一次应灌至桩底部标高以上2~3m（约1m3混凝土），然后振动桩管约2min，使底部混凝土密实。接着再灌注混凝土至桩顶标高。应先振动5~10秒才能开始拔管，边振边拔，每拔0.5~1m停拔振动5~10秒，并向下反插深度为300mm～500mm,如此反复直至桩管全部拔出。拔管速度要均匀，一般限以1.2~1.5m/min为宜。

灌注混凝土面应高于设计桩顶标高0.5m以上。本工程设计混凝土充盈系数为1.1。

5.桩基工程检测

本工程桩基质量检测情况如下：

⑴选择20根直径700mm抗压桩，按单桩竖向承载力极限值5800kn进行检测。

⑵选取总桩数20%且每个承台下不少于1根工程桩进行小应变动测试验，单桩承台每根桩必选，共检测459根。

检测结果：抗压承载力均满足设计要求，桩身完整性检测结果均为I类、II类桩，未出现III类桩。本工程所有静压沉管灌注桩质量均满足了设计和规范的要求。

6.质量通病及预防措施

6.1断桩

断桩一般常见于地面以下1～3米的不同软硬层交接处。主要原因：桩距过小，挤压产生水平横向推力和隆起上拔力；软硬土层间传递水平力大小不同，对桩产生剪应力；桩身混凝土终凝不久，强度弱，承受不了外力的影响。预防措施：桩的中心距宜大于3.5倍桩径；合理安排打桩顺序以及桩机行走路线，减少对新打桩的影响；采用跳打法或控制时间法减少对临桩的影响；采用引孔减小挤土效应。

6.2缩颈

主要原因：土体中含水量丰富，土体受到强烈扰动和挤压下，产生很高的孔隙水压力，桩管拔出后，水压力便作用到新灌注的混凝土桩上；拔管过快，混凝土量少，或者和易性差，混凝土出管时扩散性差。预防和处理措施：采取降低地下水位减小水压力，严格控制拔管速度，严格控制混凝土坍落度，一旦发生缩颈现象可采用复打法处理。

6.3吊脚桩

常发生在地下水位较高或饱和淤泥或粉砂土层中。主要原因：桩尖和套管衔接不严密或桩尖变形，水或泥沙等进入套管。预防措施：提前在套管内灌入0.5m厚的水泥砂浆封底，再灌入1m高的混凝土增压，然后再沉管。

7.经验与建议

7.1静压设备进场后，对其进行安装和调试，并确认套管的总长度，在套管外壁从一端开始做出长度标记，事先应做好场地高程测量并绘制方格网，用以确定套管入土深度、计算有效桩长、钢筋笼长度以及判断进入持力层情况。

7.2沉管之前对桩管与钢桩靴间隙采取水密封措施。为了防止套管底部进入泥水，可事先采取在沉管前在钢套管底部灌入高约1米左右的混凝土封底措施。

7.3沉管过程中应对每一根待压工程桩重新进行桩位复核（打桩过程由于机械行走或者挤土效应可能使桩位点产生位移）。

7.4沉管过程中，注意对场地竖向和水平位移进行观测，若发现异常，应采取引孔、设置降水措施、调整沉管速率等措施进行处理。

7.5拔管过程必须严格控制拔管速度，一般不得大1.5m/min，尤其在距离地面较近、软弱土层或软硬土层交接处，拔管速度不宜大于1.0m/min，否则容易产生应力裂缝。

7.6混凝土灌注和拔管应及时，时间不宜过长，否则周围土体侧压力回升，容易造成拔管困难。

8.结语

静压沉管灌注桩在环东海域某学校工程上的到了成功的应用，取得了预期的社会、经济效果。该工艺在消除或减少噪音、减少污染排放、缩短工期有良好的适用性，并且从本工程静载试验结果来看，从施工终压力能够直观可靠地预估单桩竖向承载力。当然也有它的局限性，现有桩机设备在穿越孤石或硬壳层、加大震动力度、确保成桩质量上还应进一步加以改进，且需要针对具体工程地质情况进行有条件选用，在施工过程中必须严格控制各个工序的施工质量，严格控制相邻沉桩间距及顺序，防止出现断桩、缩颈等不良现象，才能做到安全适用、经济合理，质量保证。