PHC管樁，即預應力高強度混凝土管樁，是20世紀60年代后期我國逐漸應用在鐵路橋梁工程基礎建設的一種新型可靠的建筑材料。隨著我國經(jīng)濟建設的加快和建筑技術的發(fā)展，PHC管樁在如今我國社會中已經(jīng)被廣泛地應用在了不僅鐵路橋梁工程，甚至包括工業(yè)與民用建筑、公路、冶金等領域中。因此，在PHC管樁施工中難免會遇到不同的地質環(huán)境，為了在這種情況下，保障PHC管樁的施工質量，就要針對不同的地質環(huán)境采取相對應的施工技術。本文就不同地質環(huán)境下PHC管樁施工質量控制進行了探討，以期能為PHC管樁在不同地質環(huán)境下的施工提供參考。
1PHC管樁概述
PHC管樁具有較好的抗裂、抗彎性能以及一定的穿透能力，可以任意接長樁的長度，國內(nèi)已有80m長的PHC管樁項目施工完成，并取得了良好的效果。另外PHC管樁還具有成樁質量高，施工速度快，施工工期短、對環(huán)境污染小等優(yōu)點。但PHC管樁也有其適用的土層，在不同的地質條件下，PHC管樁施工產(chǎn)生的擠土效應會引起土體的隆起，樁體上浮等問題，另外，在某些地層中會出現(xiàn)承載力不足，沉樁困難、樁體斷裂等情況。
2砂性土質條件下PHC管樁的施工
密實砂土層中的標準貫入試驗和靜力觸探試驗結果表明，將PHC管樁靜力壓入砂層地基中極困難。通常情況下，常用樁位處預引孔技術來解決靜壓沉樁困難情況，但由于砂性土結構松散，粘聚力小，土體受擾動易發(fā)生液化、流砂等特點，在砂性土地基中預引孔及壓樁過程中極易出現(xiàn)塌孔從而導致沉樁困難或失敗。
為了解決砂性土地基中引孔易塌孔問題，可采用大密度泥漿護壁來解決。某住宅小區(qū)靜壓PHC管樁施工時，為了穿越砂層，采用螺旋鉆機引孔作業(yè)的同時配制密度不小于1.15g/cm3的膨潤土泥漿，以0.6MPa壓強將泥漿通過中空螺旋鉆桿注入預引孔內(nèi)，在砂土孔內(nèi)壁形成泥皮以利于砂土孔壁穩(wěn)定。同時螺旋鉆機和靜壓樁機協(xié)調配合，使引孔作業(yè)和壓樁作業(yè)連續(xù)進行，避免成孔留置時間過長而增加砂土塌孔的可能性。該工程樁基竣工時，低應變反射法檢測結果顯示I類樁占到80%左右，無III、IV類樁。
當PHC管樁需要穿越的砂層較厚時，靜壓樁施工極為困難，應優(yōu)先采用錘擊法進行施工。確定施工機械時，應選用筒式錘，采用“重錘低擊”方式進行施工。同時，應選用能穿越硬土的開口樁尖或者穿透力強的錐形樁尖；為了減少管樁的擠土效應和土塞效應，可輔助引孔措施。
當PHC管樁的持力層為砂層時，引孔將擾動土體，損失大部分土體的有效承載力，為了保證單樁承載力，將不宜使用引孔措施，此時錘擊的大部分能量作用在樁身上，樁頭部分受到的應力最大，為了避免樁頭應力過大而導致破壞，可以通過調節(jié)樁機燃油泵的排油量來減少錘擊能。具體的做法為調整頂桿與頂銷之間的調整墊片的厚度，從而調整壓油杠桿與泵體安裝平面之間的距離，墊片越厚，相同擋位上的供油量越少。沉樁過程中因超孔隙水壓力上升引起的“抱頭效應”可通過施工休止來消除，并通過休止復打來控制樁體的上浮。
3深厚軟粘土條件下PHC管樁的施工
軟土具有含水量高、飽和度高、垂直滲透性低以及抗剪強度低、壓縮性高以及承載能力低、結構性強、靈敏度高等特點。PHC管樁沉樁過程中，隨著應力的增大和土骨架間聯(lián)結的破壞，土骨架間的有效應力轉移到孔隙中的水體中，從而引起樁周土體孔隙水壓力升高，有效應力減小。若土體中的超孔隙水壓力未得到及時、有效的消散，將造成樁基的承載力下降。在超孔隙水壓力以及地下水對管樁產(chǎn)生的浮力以及由于管樁施工產(chǎn)生的擠土效應的共同作用下，管樁會產(chǎn)生上浮現(xiàn)象。只有等到超孔隙水壓力消散到小于單樁抗浮極限承載力標準值與管樁自重之和時，管樁才會停止上浮。為了減輕管樁上浮以及土體的擠土效應，在管樁施工時應降低打樁速度，保證土體有足夠的休止時間，同時使打樁過程中形成的超孔隙水壓力得到及時的消散，樁周土體重新固結，樁周土體有效應力增大，土體強度增強。待超孔隙水壓力消散后，對上浮的管樁應進行復打。為了減輕擠土效應，應根據(jù)現(xiàn)場具體情況采取應對措施：
（1）測量樁頂、樁周及周圍建筑物的位移，掌握地基土體的隆起和管樁的上浮情況并測量打樁引起的超孔隙水壓力的積累和消散過程。
（2）設置應力釋放孔，減少地基土體的變形及其影響范圍，釋放沉樁所產(chǎn)生的有效應力并加快超孔隙水壓力的消散。
?。?）在壓樁場地四周及鄰近建筑物的地方開挖防擠溝，減小淺層土體的側向位移和隆起，并降低沉樁對鄰近建筑物基礎的影響。
?。?）設置袋裝砂井、塑料排水板或者采用井點降水措施，降低地下水位，改善土體的排水性質，加快消散沉樁引起的超孔隙水壓力，提高土體的強度以增大其對土體變形的約束力。
?。?）采取預引孔措施，提高樁的排土量，可顯著減小沉樁擠土對地基變形及超孔隙水壓力得到影響程度和范圍。
（6）采取跳打方式進行沉樁，并根據(jù)擠土情況適當增加跳打的間距。
上述措施結合實際工程情況，可以單獨使用也可結合使用。
某樁基工程，場地原始地貌為海濱灘涂，場地素填土厚度約7m，淤泥層厚約5m～11m，淤泥層下依次為粉土、粘性土以及強風化巖，地下水位較高，設計選用PHC-95A-400以及PHC-95A-500型管樁，樁位分布較密集。施工過程中，由于工期緊張，10天時間內(nèi)共完成了1069根靜壓管樁施工。由于施工速度太快，且土層的透水性差，施工中產(chǎn)生的超孔隙水壓力難以消散，導致管樁上浮嚴重，對管樁的沉降觀測結果顯示，PHC-95A-500型管樁上浮量在20～104mm之間，PHC-95-400型管樁沉降量在20～55mm之間。針對此情況，對上浮樁采取了取消樁尖、降低成樁速度以及加大跳打間距，并對施工完畢的管樁全部復壓等措施，處理結果仍不理想，待沉樁后25天對管樁重新復壓，才控制住管樁上浮。后續(xù)施工的管樁采取了增大終壓力、增加復壓次數(shù)、增長復壓時間、加大跳打間距等措施，效果良好，觀測結果顯示后續(xù)施工的管樁基本無上浮情況。
4巖溶地質條件下PHC管樁的施工
巖溶地區(qū)溶洞發(fā)育復雜多樣，覆蓋土層性質不一，巖層出露變化大，巖層面傾角大且常常還有土洞伴生。巖溶及土洞均為不良地質，存在巖溶及土洞的場地，原則上應該舍棄或繞避，否則可能增加地基處理的工作量。若考慮到其他因素，仍作為建設場地使用時，應查明巖溶的埋藏條件、發(fā)育情況及發(fā)育趨勢以及地下水情況，且優(yōu)先選用灌注樁作為建筑物的基礎。當巖溶比較穩(wěn)定時，可選用PHC管樁基礎。在溶巖地區(qū)采用PHC管樁的優(yōu)勢主要為：有效利用覆蓋土層的承載力，且可以直接穿越溶洞、土洞，克服灌注樁等其他樁型成孔難的缺點。但在施工過程中面臨著承載力不足、斷樁等問題。
當覆蓋土層較厚，管樁有較好的持力層時，可以考慮把樁端落在溶洞以上一定距離的持力層中，但是要注意前提是溶洞比較穩(wěn)定，若是不穩(wěn)定的溶洞，考慮到溶蝕繼續(xù)作用的不利影響，這種樁基方案絕對是比較冒險的。
當覆蓋層較薄時，管樁需穿過溶洞，把樁端落在穩(wěn)定的持力層上，但是溶洞形狀各異，打樁過程樁端在遇到斜度較大的接觸面時，偏心受壓容易產(chǎn)生斷樁。所以在巖溶地區(qū)使用管樁要慎之又慎。若基巖的承載力太低，不能滿足單樁承載力要求，此時需要在PHC管樁的基礎上配合樁底加固等輔助措施，先把管樁打到距巖面一定高度處，然后根據(jù)溶洞的發(fā)育程度、溶洞的大小以及頂層巖面的厚度及傾斜情況，采用樁底注漿或高壓旋噴工藝把樁底至巖面的土層加固到一定的強度，從而提高管樁的承載力。若有必要，還應將頂層的溶洞注漿填充加固。
某住宅樓，根據(jù)地勘報告，場地土層中有溶洞及土洞。其中，土洞夾在粉質粘土之間，土洞填充物層厚0～6m，土體呈飽和、流塑狀；溶洞夾在中風化灰?guī)r之間，溶洞填充物層厚0～2m，土體飽和，流塑～軟塑狀。工程原設計采用沖孔灌注樁方案，以中風化灰?guī)r為樁端持力層，造價約為400萬元，工期約90天?？紤]到灌注樁方案工期較長，經(jīng)多方論證，最終采用PHC管樁復合地基加筏板基礎的方案，節(jié)約造價近20%，工期減小至30天左右。PHC管樁選用PHC-94A-400型，選擇中風化灰?guī)r為持力層。在有溶洞及土洞的區(qū)域，PHC管樁施工完成后，采用直徑600mm的雙重管旋噴注漿處理，加固管樁周圍的薄弱土層。注漿引孔直徑為110mm，復合漿液的配合比為水泥：重鈣粉：粉煤灰=1：3：3，水灰比1：1，注漿壓力為0.5～1.0MPa。施工完成后，選取6根樁進行單樁復合地基承載力檢測，均滿足設計要求。
巖溶地區(qū)PHC管樁施工時斷樁的原因較多，除了管樁自身的材料缺陷以及施工機械的原因外還和地質情況和打樁工藝有關。巖溶地質方面的原因主要有：施工時遇到較大的溶洞或土洞，管樁穿透溶洞頂板后，突然快速下滑導致斷裂；由于巖面不平，地層不規(guī)則，在施壓過程中，樁下端碰到傾斜基巖或陷入溶溝、溶槽而斷裂。打樁工藝方面的原因主要有：沉樁入土速度過快，遇到突變巖面或孤石導致管樁應力過大而斷裂。施工時應采取有效措施防止或減少斷樁的發(fā)生。
?。?）沉樁前，應研究樁位附近的地勘鉆孔資料，了解各貫穿土層的分布和物理力學性質，并查明地下溶洞、土洞的位置和規(guī)模，嚴格按照地勘資料確定管樁的長度。
（2）當管樁的入土深度接近計劃樁長或樁的入土壓力急劇增大時，應控制管樁的入土速度，避免樁下端碰到傾斜巖面。
（3）采用倒錐型樁尖，增大樁尖刺入巖面的嵌入力，減少管樁順巖面產(chǎn)生的滑移。
?。?）嚴格控制管樁的質量，對樁身出現(xiàn)裂紋、麻面等缺陷的管樁嚴禁使用，并控制好上下兩節(jié)樁之間的焊縫質量。
（5）施工過程中，當發(fā)現(xiàn)沉樁機械抖動，壓樁力持續(xù)穩(wěn)定、壓樁力瞬時降低等異常情況時，應立即用測繩對樁身進行探測，檢驗是否斷樁。
5結語
綜上所述，PHC管樁具有單樁承載力高、沉樁質量可靠、造價便宜等優(yōu)點使其得到廣泛應用，特別是在沿海地區(qū)。因為PHC管樁應用廣泛，所以會面對不同的地質環(huán)境，因此，為了保障PHC管樁的施工，就要根據(jù)不同的地質條件，制定合理的工藝管理措施，精心組織施工組織設計，從而提高成樁的質量，保障管樁的施工。
參考文獻：
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