厚覆土高强预应力管桩施工问题及研究

【摘要】某工程桩设计采用高强预应力管桩（PHC管桩）采取静压桩施工工艺，为满足业主工期节点，工程桩施工需提前介入，采取先打桩后开挖土方的工艺（本文称覆土打桩），与土方开挖、支护施工等交叉作业。结合该工程销售展示区桩基工程实例，阐述在基坑工程中覆土较厚情况下，进行高强预应力管桩施工常见的问题，并结合标高控制、焊接工艺优化、分层开挖、分段截桩、桩顶封堵等技术手段，保证管桩成桩质量、施工符合设计及规范要求的施工案例。

【关键词】厚覆土打桩；深基坑；预应力管桩；PHC管桩；施工问题；质量控制

1 引言

目前、市面上预应力管桩包括预应力薄壁管桩（PTC桩）、预应力混凝土管桩（PC桩）和预应力高强混凝土管桩（PHC桩）三种。

预应力管桩由于其施工工艺简单、工期短、成桩质量可靠等特点，被广泛应用于对工期要求较严格的工业与民用建筑、路桥、码头等工程。在房建基坑工程施工中，为满足业主工期要求，工程桩需要提前插入，采取覆土打桩工艺，打桩作业面远远高于设计桩顶标高，与土方开挖及支护结构穿插施工。

本文从施工角度出发，阐述基坑工程中在厚覆土条件下进行预应力管桩施工会产生的主要问题，并结合工程实例，给出解决成桩质量问题的具体处理措施。本工程所取得的宝贵经验值得类似工程借鉴。

2 工程概况

某基坑工程位于深圳市光明区，基坑周长约764m，面积约2.47万㎡，开挖深度约8.5m~14.3m，土方量约34万m³，支护设计主要采用搅拌桩+灌注桩+锚杆。

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桩基础设计等级为甲级，采用静压PHC管桩（C80），抗压桩采用摩擦端承桩，桩型为Φ500PHC(125)AB，要求进入持力层不小于5m（全风化）和1m米（强风化），使贯入度达到控制标准，设计桩长不小于12米。抗拔桩桩型采用

Φ400PHC(95)AB型管桩，设计桩长12米。设计选用十字型桩尖，接桩采用焊接。

工程合同工期紧，为满足业主销售展示区施工需要，桩机提前进场，与现场土方作业、预应力锚索施工交叉作业。展示区主要位于2栋五、六单元位置，2栋五单元塔楼桩199根（含补桩6根），2栋六单元塔楼桩187根，设计预估有效桩长18～19m。该区域抗拔桩约300条，设计桩长12米。根据详细勘察阶段岩土工程勘察报告，场地浅层为杂填土和粉质黏土，稳定水位埋深较浅，位于地面0.1～9.5m之间。详见图1。

图1 工程地质情况

现场打桩面标高为11m，距离设计桩顶标高覆土厚度5.2m～9.4m，是典型的厚覆土打桩施工工艺。设计桩顶标高位于砾质粘性土或全风化花岗岩层，桩身主要位于全风化和土状强风化粗粒花岗岩层，桩尖打入全风化或强风化层，工程地质起伏大。

3 厚覆土打桩带来系列施工问题分析 3.1 管桩、锚索干湿交叉作业问题

管桩施工需要干作业，锚索施工需要湿作业，管桩与土方开挖、锚索施工同时作业，对场内交通及施工组织要求较高，施工过程中主要遇到如下问题：

（1）所遇问题一：场内交通通行压力大，交通堵塞。项目日平均出土量为2000m³，约200车，渣土车进出场达400车次，工程桩施工所需砖渣、管材进场加大了场内交通通行压力大，特别是管桩运输车进场时，容易堵塞大门和坡道，影响出土效率。

（2）所遇问题二：需铺设较厚砖渣，增加后期土方工程量。本工程采用液压式压桩机，型号为YZY-1000B，对场地承载力要求高，通常需铺设500～600mm砖渣，但现场打桩面为砾质黏性土，遇水易软化、崩解，强度急剧降低，实际铺设砖渣厚度约1000mm方才满足桩机行进要求。

（3）所遇问题三：降排水作业要求高。锚索成孔、注浆过程需要大量用水，但要防止打桩面因泡水软化下沉，需保证基坑内水位低于打桩面1.5m。由于基坑的坑顶及坑底排水系统尚未形成，净、排水能力有限，需安排专人24小时不间断降排水。

（4）所遇问题四：锚索施工预留了6m宽反压土台，打桩作业面受限制，部分位于反压土位置的边桩无法施工，需在锚索施工完成后补桩。

3.2 厚覆土打桩造成超深送桩问题

根据设计要求，每道锚索施工完毕且张拉锁定后方可进行下一层土方开挖，锚索张拉锁定需锚固体强度≥设计强度80%，根据试验和类似工程施工经验，要开挖下一层土方需等待15d左右。为满足业主展示区施工节点要求，只能利用锚索施工技术间歇时间，在第三道锚索面施工工程桩，打桩面标高11.0m，如图2。

以2栋五单元为例，桩顶设计标高在1.6～5.8m间，设计要求送桩深度一般不宜超过2m，根据打桩面标高确认理论送桩深度达5.2～9.4m。统计实际送桩情况如表1，送桩深度≤2m仅占12%，近乎一半桩送桩深度在4～6m间，送桩深度超6m的桩占比22%。

图2 打桩工作面示意 表1 2栋五单元送桩数据分析

送桩深度h

桩数量分布/根

百分比

h≤2m 24 12%

2m＜h≤4m 39 20%

4m＜h≤6m 92 46%

6m＜h≤8m 42 21%

＞8m 2 1%

超深送桩规范建议需要采用专业送桩器，在保证桩身垂直度、施工效率方面增加了难度。

3.3 配桩难度大，浪费管材

由于该工程地勘孔少，间距大，地质情况起伏大，地勘资料不能准确指导现场施工，现场按设计预估有效桩长和地勘信息上报管桩材料计划，施工时根据相

邻桩的施工信息进行配桩，但与预估情况相差大，造成大量的接桩或截桩，浪费管材、增加桩头处理工作。以2栋五单元为例10%的桩需要接长处理，截桩长度超1m占比65%，管材浪费严重。

表2 2栋五单元接桩/截桩数据分析

接桩/截桩长度h

桩数量分布/根

百分比

h＜0m 20 10%

h=0m 5 3%

0m＜h＜1m 45 23%

1m≤h≤4m 95 48%

＞4m 34 17%

针对该问题，项目详细记录管桩浪费情况，进行了签证。 3.4 有效桩长达不到设计要求

抗压桩设计有效桩长要求≥12m，以终压值控制，部分桩达到终压值（5400kN）后有效桩长不足12m；抗拔桩设计有效桩长12m，以标高控制，部分桩未达到设计桩顶标高时压力值达到3200kN，为避免爆桩而停止压桩，有效桩长不足12m。2栋五单元存在8条桩未达到设计要求，占比4%，设计复核补桩3条。

4 针对厚覆土打桩问题采取的措施 4.1 桩顶完成标高低于设计标高

本工程局部区域抗拔桩在开挖后发现，实际桩顶标高低于施工记录上的数据，经现场测量，比施工记录上的数据低10cm～30cm。分析有两方面的原因，一是现场操作人员配合协调差，达到设计标高时未及时停止压桩，或是画送桩米数线时即存较大误差。二是现场未能及时排水，打桩面下的土层遇水软化，桩机行进过程下沉，导致打桩面标高下沉，现场未复测打桩面标高造成误差。显然，现场局部区域的抗拔桩开挖后发现的顶标高低与施工记录是由于打桩面下沉引起，该区域需按设计要求接桩。

图3 现场成品降水井

要控制桩顶完成标高，首先应保证打桩面标高，确保作业面不受雨水浸泡下沉，这要求现场降、排水要及时。本工程前期尽管安排了专人24小时排水，但是由于基坑排水系统未完全形成，污水处理能力有限，排水效果并不明显，因此，项目采用了一种成品波纹管降水井，直径800mm，在管身打孔，孔径10mm，间距100mm，并在桩身缠绕滤网，沿基坑边每隔30～50m布置一个，埋置深度6m，净水效果明显，可以直接抽排或二次利用。做法如图3所示。

其次，应对现场进行交底，要求操作人员严格按照要求画米线，桩机操作手在收到停止压桩指令后，应及时停止压桩。另外，现场管理人员要根据现场情况及时复测打桩面标高。见图4、图5。

图4 打桩面标高复测 图5 送桩画米线 4.2 爆桩

二栋五单元施工中发生爆桩问题，共计爆桩5条，爆桩率约为2.6%。管桩爆桩的原因分析，考虑桩本身的质量问题，其次是地层突然变化（地层变硬或遇孤石、地下障碍物等）造成压力值突然陡增，超过管桩的承载极限值而造成桩身破碎。另外操作人员操作不当或者用桩送桩也会造成管桩爆桩。用桩代替送桩器进行送桩及送桩深度大是本工程爆桩主要原因。

图6 爆桩

管桩爆桩的预措施首先应选用资质、信誉口碑良好的厂家产品，特别在进货之前要对厂家原材料及制作过程进行严格的考察，在供货过程中要对厂家不定时的进行抽查，必须确保出厂的管桩合格；同时，管桩的养护必须达到设计强度和养护龄期（常压养护为28d，蒸压养护为1d），必须在管桩强度达到设计承载力的100%才可使用。

其次，现场接桩焊接是关键，焊接冷却时间未到即压桩可引起接头处爆桩。接桩前，为保证接桩牢固、清洁，需将上、下两个桩头清理干净。为减小接桩误差，接桩时将两个桩头对直进行焊接，本工程原设计要求为普通焊接，冷却时间不少于8min，考虑施工效率和焊接质量，在图纸会审时建议设计调整为二氧化碳气体保护焊，冷却时间3min即满足要求。

图7 接桩焊接

另外，技术和施工人员必须掌握施工区域的地层情况和设计内容，对于可能在施工过程中出现的情况作出预判和制定相应的控制措施，如地层持力层面是否存在起伏较大、地层中是否存在孤石、是否存在地下障碍物等等。另外主机操作人员必须经过专业培训，持证上岗，要按规范的要求进行沉桩，严禁快速沉桩（速度不宜大于2m/min）和超规范要求沉桩。如第一节出现爆桩，可拔出重新换桩压入，如已压入深度很大时，要查明原因报设计进行补桩处理。

4.3 有效桩长达不到设计要求应对措施

管桩达不到设计要求，主要是因持力层起伏或是地层有硬夹层造成压力值达到或已经超过设计压力值，但是桩长达不到设计要求。

管桩达不到设计要求的预防措施首先是在施工前对工程勘察资料进行详细的研究，对于可能存在持力层起伏的地段要提前做出技术交底，在沉桩即将进入持力层时，要求操作人员对压桩机的压力表要注意观察，如发生压力突然增加，特别是当压力值超过设计压力值而桩长未达到设计桩长时，要放慢沉桩速度，然后间歇性的给压力，如果确实不能继续沉桩时，就要终止沉桩，以免造成爆桩。同时，为了预防由于挤土效应造成的桩长无法达到设计要求，施工前就要对施工线路及施工方向进行合理的安排，通常做法是先施工承台里面桩，后施工承台边桩；先施工场地中间桩，后施工场地外面桩；先施工长桩，后施工短桩。

另外，确实在施工过程中出现了桩长未达至设计桩长的要求时，就要及时上报设计，根据实际情况进行处理。一般情况下，如果设计桩为抗压桩，则可以设计压力值为主，桩长为辅来进行控制，如果设计桩为抗拔桩，则可通过补桩或者采用先引孔后沉桩的方法来满足设计桩长。

4.4 桩身破损、倾斜、断桩

在桩间土开挖过程中，易造成桩身破坏、偏位甚至断桩，因此，应选用小型挖机进行桩间土开挖，防止挖机挖碰桩身，在挖机无法施工的地方，应采取人工掏挖。桩间土开挖也应分层分段，开挖深度不宜超过2m，若开挖深度较深，土压

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力可将靠近开挖面的桩“推”出，造成桩身倾斜或断桩。每层土方开挖完成后，采用专业截桩器进行分段截桩并及时推到，直至截止设计桩顶标高。

图8 分段截桩

4.5 桩顶填芯混凝土施工质量问题

桩顶填芯混凝土施工前，需将填芯深度范围的泥土掏净，并将桩身内壁清洗干净方可下钢筋笼灌注混凝土。现场采用人工掏除桩内的泥土、砖渣，掏挖难度大、效率低，平均1个工人1天只能掏挖清理1根，并且清理效果不明显，浇筑混凝土后可能存在质量问题。

解决桩芯内泥土清理是控制桩顶填芯混凝土施工质量的关键，可在桩顶焊接薄钢板，防止泥土及砖渣掉入管内，钢板采用规格400×400，厚度为3mm，采用点焊在桩端板上。截桩后，采用模板覆盖防止砖渣和泥土再次掉入管内。桩顶填芯混凝土施工前，通过高压水枪、压缩空气用钢丝刷清洗桩管，然后通过起重机在管桩内下钢筋笼，根据实际桩身完整性、垂直度结合设计要求确定钢筋笼长度，桩内浇灌C30微膨胀混凝土，保证施工质量。

图9 管内泥土清理

另外，市场上的管桩常存在内壁不规则的情况，大致占10%以内，这类管桩本身质量并不受影响，但在灌芯时只能调整钢筋笼样式，应避免将此类管桩用在最后一节，不方便钢筋笼的制作和安装。

图10 管桩内壁不规则

5 厚覆土打桩施工质量控制要点

（1）基坑工程中工程桩提前介入施工，需提前做好场内交通组织，避免土方车辆堵塞影响出土，合理规划场地，解决交叉作业工作面问题（如钢筋加工、锚索制作）。

（2）严格控制打桩面标高，砖渣铺设标高应统一，抗拔桩施工面砖渣铺设标高误差建议控制在10cm以内，避免施工完成桩顶标高低于设计标高引起接桩。另外，应做好基坑降排水工作，避免积水浸泡打桩面。

（3）应结合地勘资料和现场施工情况合理配桩，减少管材损耗，现场有条件时应备足各个长度规格管桩，避免长桩短配。

（4）建议以后类似项目，当送桩深度大于2m应采用专业送桩器。送桩时应严格调整上下桩位置，使之处于同一轴线位置，遇桩顶不平时可在桩底垫厚纸直至平整。

（5）施工完成后应注意桩基保护，避免大型运输车碾压。桩间土采用小型挖机分层分段开挖，分层厚度不大于2m，开挖过程避免挖碰桩身，及时分段截桩头。

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（6）打桩过程中在最后一节桩桩顶可焊接薄钢板，避免砖渣和泥土掉入管内，减少清理工作。最后一节桩应避免采用内壁不规整的管桩。

6 结束语

预应力管桩具备施工工艺简单、工期短的优点，但在厚覆土情况下施工管桩常会遇到标高控制不准、爆桩、断桩、有效桩长不足、配桩难、超深送桩等问题，施工质量控制是关键。在基坑工程施工中提前插入管桩施工另需解决交通组织、工作面划分等问题，并做好降排水工作。本文案例中遇到的问题一部分尚需同行专家共同解答，一部分则可供类似工程参考借鉴。

参考文献

[1]李松晏,梁森,王斌,张明.超深淤泥质软土中预应力管桩施工质量控制技术研究与应用[J].施工技术,2017,46(01):18-20+24.

[2]刘忠元.静压预应力混凝土管桩施工中常见的质量问题及预防措施[J].门窗,2019(15):99+102

[3]傅少阳.基坑工程中预应力高强混凝土管桩施工技术研究[J].福建建材,2020(07):90-92.

作者简介：苏国活，中建四局第五建筑工程有限公司深圳分公司总工程师，专科，高级工程师，从事施工技术研究，邮箱：***************