周星中，周 莉，劉茂林

（1.廣城建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325088；2.華地恒工程咨詢有限公司，浙江 溫州 325000）

0 引言

近年來，隨著城市建設(shè)發(fā)展需要，地下室、地下車庫、下沉式廣場(chǎng)、地下商場(chǎng)等工程采用整體式地下室結(jié)構(gòu)需要在基礎(chǔ)底板上設(shè)置抗浮結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力管樁大量用于工程實(shí)踐，其質(zhì)量可靠、造價(jià)低、施工快速等優(yōu)點(diǎn)被充分應(yīng)用，但目前預(yù)應(yīng)力管樁主要用于建筑荷重承載，當(dāng)用于抗拔時(shí)，由于管壁摩阻力較低，所能提供的抗拔力有限，并且其與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的連接亦是施工中的難點(diǎn)。本文在預(yù)應(yīng)力管樁沉樁過程中同步安裝無粘結(jié)壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索，通過細(xì)石混凝土灌芯將拉拔力分散傳遞給管樁不同深度處，進(jìn)而由管樁側(cè)摩阻力承擔(dān)，并且極限側(cè)摩阻力通過管樁外側(cè)及底部的高壓注漿及高壓旋噴得以提高［1］。

1 工程概況

黃嶼 A-47 地塊工程，主樓為剪力墻結(jié)構(gòu)，下部多層裙樓部分為框剪結(jié)構(gòu)，建筑面積 112 448.95 m2，最高 33層，地下建筑面積 20 875.25 m2。本工程采用整體式地下室結(jié)構(gòu)，需要在中間天井對(duì)應(yīng)位置的基礎(chǔ)底板上設(shè)置抗浮結(jié)構(gòu)。

2 工藝特點(diǎn)

本工程樁基采用引孔植入內(nèi)置壓力分散型錨索預(yù)應(yīng)力組合抗拔管樁施工技術(shù)，其具體的工藝特點(diǎn)如下：

1）預(yù)先鉆設(shè)植入孔，預(yù)應(yīng)力管樁沉樁過程可以避免產(chǎn)生過大的擠土效應(yīng)，降低對(duì)周圍地層的擾動(dòng)影響，同時(shí)降低沉樁阻力，提高施工速度［2］。

2）設(shè)置多級(jí)承載體和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，可以將抗浮拉拔力分散傳遞給預(yù)應(yīng)力管樁，改善應(yīng)力傳遞路徑，使樁側(cè)摩阻力分布均勻，充分發(fā)揮抗拔承載潛力［3］。

3）無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索可以將拉拔力轉(zhuǎn)化為預(yù)應(yīng)力管樁的壓力，充分利用管樁混凝土強(qiáng)度高的特點(diǎn)，有效防止裂縫的出現(xiàn)，防腐耐久性好。

4）樁側(cè)高壓注漿體和樁底高壓旋噴擴(kuò)大體的設(shè)置，使管樁具有支盤特點(diǎn)，能夠顯著提高管樁的抗拔承載力。

5）通過多級(jí)承載體對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索的錨固和位置固定，防止在預(yù)應(yīng)力管樁沉樁過程中錨索的扭曲、旋轉(zhuǎn)等現(xiàn)象發(fā)生，避免后續(xù)校正施工，提高施工效率。

3 工藝原理

引孔植入內(nèi)置壓力分散型錨索預(yù)應(yīng)力組合抗拔管樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力管樁和無粘結(jié)錨索的特點(diǎn)，通過分段設(shè)置錨索承載體和樁側(cè)高壓注漿、樁底高壓旋噴，使得預(yù)應(yīng)力管樁抗拔承載力得到顯著提高。

圖1 引孔植入內(nèi)置壓力分散型錨索預(yù)應(yīng)力組合抗拔管樁結(jié)構(gòu)示意圖

圖 1 給出了引孔植入內(nèi)置壓力分散型錨索預(yù)應(yīng)力組合抗拔管樁的結(jié)構(gòu)圖，主要包括預(yù)應(yīng)力管樁、樁底高壓旋噴擴(kuò)大體、承載體、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索、樁側(cè)高壓注漿體等。承載體由鋼板制作，分為一般承載體、樁段中部承載體、樁段間連接承載體，其上設(shè)置管樁接樁構(gòu)造孔、注漿孔、出漿口裝置、錨索孔、細(xì)石混凝土灌注孔、連接筋、錨索固定筋、排氣孔等。管樁連接銷穿過承載體上的接樁構(gòu)造孔，通過焊接將彼此連接牢固。每級(jí)錨索外套上塑膠管形成無粘結(jié)錨索，下端錨固于承載體上，穿過上部承載體上的錨索孔，并與固定筋采用扎絲固定。通過預(yù)留在管樁壁上的注漿孔及出漿口裝置在樁側(cè)土體中灌注高壓水泥漿，采用自上而下并設(shè)置密封塞的方法進(jìn)行灌注。圖 2～4 為該抗浮結(jié)構(gòu)的 3 個(gè)剖面圖。采用引孔植入的施工工藝，降低了管樁成樁過程中的阻力；在管樁樁段與樁尖間、樁段中部以及接樁部位設(shè)置的承載體，將無粘結(jié)錨索承受的抗浮拉力轉(zhuǎn)化為管樁及灌芯體的壓應(yīng)力；沿深度方向設(shè)置的多個(gè)承載體將抗浮拉力進(jìn)一步分散傳遞給灌芯體及管樁樁身，最后由樁側(cè)摩阻力承擔(dān)并傳遞到周邊土體中；管樁最終抗浮承載力由樁側(cè)土體承擔(dān)，通過樁側(cè)高壓注漿及擴(kuò)大樁底提高樁側(cè)土體的強(qiáng)度和樁側(cè)土體-管樁間的極限側(cè)摩阻力。

圖2 A-A 剖面圖

圖3 B-B 剖面圖

圖4 C-C 剖面圖

4 工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 工藝流程

引孔植入內(nèi)置壓力分散型錨索預(yù)應(yīng)力組合抗拔管樁施工工藝流程如圖 5 所示。

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 施工準(zhǔn)備

1）場(chǎng)地清理。施工前，對(duì)壓樁現(xiàn)場(chǎng)表層土質(zhì)進(jìn)行必要檢測(cè)，要求地基承載力不低于 100 kPa，對(duì)不合格土進(jìn)行換填［4］。換填深度一般在 2 m 左右，以能達(dá)到支持樁機(jī)在施工作業(yè)時(shí)穩(wěn)定作業(yè)的要求。施工前應(yīng)對(duì)施工地區(qū)地質(zhì)資料有充分的了解，應(yīng)避開深層障礙物，對(duì)于淺層障礙物，則應(yīng)采取挖掘等方法清除。

2）測(cè)量放樣。根據(jù)已有的導(dǎo)線點(diǎn)資料及施工圖，采用全站儀及水準(zhǔn)儀對(duì)樁位進(jìn)行測(cè)量放樣。先對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行清理，組織機(jī)械進(jìn)場(chǎng)，并將預(yù)制好的預(yù)應(yīng)力管樁及其零部件運(yùn)至施工場(chǎng)地并集中堆放。

圖5 引孔植入內(nèi)置壓力分散型錨索預(yù)應(yīng)力組合抗拔管樁施工工藝流程圖

3）機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備。施工現(xiàn)場(chǎng)必須有自備的發(fā)電機(jī)組設(shè)備，以保證施工電源的供給正常平穩(wěn)。壓樁機(jī)進(jìn)場(chǎng)后，必須由專業(yè)人員進(jìn)行組裝調(diào)試，并經(jīng)有關(guān)部門查驗(yàn)合格后方可投入使用。進(jìn)入場(chǎng)地的預(yù)應(yīng)力管樁必須有相應(yīng)的合格證明，管樁進(jìn)場(chǎng)待用，必須按照施工平面布置圖清理出符合要求的場(chǎng)地進(jìn)行堆放。堆放場(chǎng)地應(yīng)平整，不宜距離壓樁現(xiàn)場(chǎng)太遠(yuǎn)，也不能太近，以免影響施工。一般采取兩點(diǎn)支架架空堆放，支墊選擇距離兩端頭L/5（L為樁長(zhǎng)）處。管樁的堆放一般不超過 5 層。管樁堆放過程中應(yīng)輕吊輕放，嚴(yán)禁野蠻吊放損壞樁身。

4）管樁、樁尖預(yù)制。按照要求進(jìn)行管樁及樁尖預(yù)制施工，管樁預(yù)制時(shí)在其鋼筋籠上綁定注漿管及附屬部件，在樁段中部出漿口位置設(shè)置相應(yīng)的出漿口裝置，管樁與樁尖在連接端部設(shè)置連接鋼部件。

5）承載體制作。承載體分為一般承載體、樁段中部承載體和樁段間連接承載體 3 種型式。一般承載體上設(shè)置注漿孔、錨索孔、管樁接樁構(gòu)造孔、細(xì)石混凝土灌注孔、連接筋、錨索固定筋、排氣孔等，設(shè)置于管樁底部與樁尖之間或樁頂處，如圖 2 所示；樁段中部承載體上設(shè)置錨索孔、細(xì)石混凝土灌注孔、連接筋、錨索固定筋、排氣孔等，如圖 3 所示；樁段間連接承載體上設(shè)置管樁接樁構(gòu)造孔、注漿孔、樁段間出漿口裝置、錨索孔、細(xì)石混凝土灌注孔、連接筋、錨索固定筋、排氣孔等，設(shè)置于管樁樁段之間，管樁連接銷穿過接樁構(gòu)造孔，通過焊接將彼此連接牢固（見圖 4）。

6）錨索安裝。承載體在管樁中所在深度處設(shè)置相應(yīng)長(zhǎng)度的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，高強(qiáng)低松弛鋼絞線外套塑膠管，并填充隔離防腐油脂構(gòu)成無粘結(jié)錨索，將錨索的一端穿過承載板上的錨索孔，錨固于錨固體上。

4.2.2 植孔鉆進(jìn)成孔

采用旋挖鉆機(jī)在樁孔位置鉆進(jìn)成孔，旋挖鉆機(jī)掏土作業(yè)利用套在鉆桿上的螺旋套筒的部分刃片旋轉(zhuǎn)切削土層，并使土層進(jìn)入套筒內(nèi)，待鉆入一定深度后提出套筒，清除筒內(nèi)泥土，再放下套筒，如此反復(fù)進(jìn)行操作。

4.2.3 樁體高壓旋噴擴(kuò)大體施工

在植孔鉆進(jìn)深度達(dá)到預(yù)定深度后，采用高壓旋噴機(jī)械在孔底一定深度范圍內(nèi)高壓旋噴形成水泥土擴(kuò)大體，旋噴工藝可根據(jù)工程需要和土質(zhì)條件選用單管法、雙管法和三管法［5］。

4.2.4 管樁樁段連接

1）管樁與樁尖的連接。將一般承載體上的接樁構(gòu)造孔對(duì)準(zhǔn)樁尖及管樁端部鋼構(gòu)件上的連接孔，并插入連接銷將三者環(huán)向固定，然后通過焊接將一般承載體和樁尖及管樁端部鋼構(gòu)件彼此連接。

2）管樁之間的連接。將樁段間連接承載體上的接樁構(gòu)造孔對(duì)準(zhǔn)上下管樁端部鋼構(gòu)件上的連接孔，并插入連接銷環(huán)向固定，同時(shí)承載體上下與注漿管相接處設(shè)置密封膠以保證注漿管的上下貫通和氣密性，最后通過焊接彼此連接。

3）錨索固定。每級(jí)錨索預(yù)先安裝固定在相應(yīng)的承載體上，在管樁與樁尖以及管樁間的連接過程中，每級(jí)錨索的下端已固定，將錨索穿過管樁內(nèi)腔，并穿過其上的每個(gè)承載體上的錨索孔，采用扎絲進(jìn)行空間位置的固定，以保證錨索在施工過程中不扭曲、纏繞，同時(shí)又不影響錨索張拉受力過程錨索的拉長(zhǎng)變形。管樁中部承載體根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇性安裝，將中部承載體所在位置之下的錨索穿過其上的錨索孔，并在設(shè)計(jì)位置通過扎絲固定，然后一起穿過管樁內(nèi)腔，錨索上端穿過上端的承載體上的錨索孔并與之固定。

4.2.5 預(yù)應(yīng)力管樁沉樁施工

1）試樁與吊樁。在預(yù)應(yīng)力管樁沉樁施工前，應(yīng)進(jìn)行管樁靜壓的試樁工作，以確定壓樁的終壓條件。樁機(jī)行走就位后，保持樁機(jī)鉗口板垂直，然后根據(jù)預(yù)先放樣好的樁位，進(jìn)行水平、垂直對(duì)中。采用單點(diǎn)吊樁將預(yù)應(yīng)力管樁吊樁入機(jī)，吊點(diǎn)一般設(shè)置在距樁端L/5 的地方。起吊時(shí)，吊機(jī)的起吊方向應(yīng)與樁身的方向一致?，F(xiàn)場(chǎng)吊裝如圖 6 所示。

圖6 吊樁

2）管樁下沉。在樁底高壓旋噴水泥土初凝前，將連接好承載板和錨索以及樁尖的預(yù)應(yīng)力管樁吊至植孔上方，并進(jìn)行對(duì)中、垂直度調(diào)整，沉樁時(shí)沉樁速度不宜太快，必須隨時(shí)觀測(cè)樁身垂直度，觀測(cè)采用兩臺(tái)經(jīng)緯儀互相垂直觀測(cè)。沉樁全程必須有專門的技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管，并做好相應(yīng)的施工記錄。沉樁過程中若出現(xiàn)樁頭突然傾斜的情況，應(yīng)立即停止沉樁，并會(huì)同業(yè)主、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位等查明情況，確定具體的應(yīng)對(duì)措施再繼續(xù)施工。該節(jié)管樁沉樁到位后進(jìn)行接樁作業(yè)，然后繼續(xù)沉樁施工，直至下部樁尖達(dá)到預(yù)定深度，并灌入高壓旋噴擴(kuò)大體中一定深度。

4.2.6 細(xì)石混凝土灌芯

將導(dǎo)管伸入預(yù)應(yīng)力管樁內(nèi)腔中，并穿過承載體上的細(xì)石混凝土灌注孔，從底往上灌注細(xì)石混凝土，同步用振動(dòng)棒將混凝土振動(dòng)密實(shí)。

4.2.7 樁側(cè)高壓注漿

沉樁前在管樁側(cè)壁預(yù)留的上下貫通的注漿孔內(nèi)放入帶楔形密封膠條的注漿管，采用自下而上逐點(diǎn)進(jìn)行高壓注漿，再進(jìn)行某深度處的注漿，將注漿管上拔使楔形密封條位于該深度以上 0.5 m 處，然后注入高壓水泥漿。高壓漿液沖開出漿口上的密封塞，使?jié){液注入一定范圍的周邊土體中以及管樁與植入孔間的間隙。

4.2.8 錨索張拉鎖定

張拉錨索前需對(duì)張拉機(jī)具進(jìn)行標(biāo)定。張拉時(shí)用張拉機(jī)具進(jìn)行分級(jí)張拉，在頂端板上設(shè)置錨固鋼板，如圖 7、8 所示。錨索的張拉及錨固分級(jí)進(jìn)行，嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行，張拉后，從錨具量起，留出長(zhǎng) 5～10 cm 鋼絞線，其余部分截去，須用機(jī)械切割，嚴(yán)禁電弧燒割［6］。

圖7 油壓泵

圖8 單孔夾片錨

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

相比鉆孔灌注樁，在達(dá)到相同的極限抗浮承載力下，本工法所需樁長(zhǎng)、樁徑明顯小于鉆孔灌注樁，節(jié)省了混凝土、鋼材等建筑材料，并且所使用的預(yù)制管樁質(zhì)量可靠、植孔沉樁快速，樁體缺陷率低、工期短，降低后期檢測(cè)、問題樁體處置費(fèi)用。相比抗浮錨桿，在單位面積達(dá)到相同的極限抗浮力下，抗浮錨桿需要設(shè)置更加密集，施工周期長(zhǎng)，材料損耗大。綜合進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，本工法相比鉆孔灌注樁降低造價(jià) 30 % 左右，相比抗浮錨桿降低造價(jià) 20 % 左右。

5.2 社會(huì)效益

本工法采取植孔下沉預(yù)應(yīng)力管樁，避免過大的擠土效應(yīng)和對(duì)周邊土層的擾動(dòng)，降低對(duì)周邊建筑、道路、市政設(shè)施等的影響；本工法單位材料損耗低，抗浮承載力更高，更具節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)；此外，本工法施工的抗浮樁質(zhì)量可控性更高，施工速度快，勞動(dòng)生產(chǎn)力進(jìn)一步提高，促進(jìn)工程先進(jìn)技術(shù)不斷提高。

6 結(jié)語

本技術(shù)通過在預(yù)應(yīng)力管樁空腔內(nèi)設(shè)置多級(jí)承載體和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，同時(shí)樁側(cè)高壓注漿體和樁底高壓旋噴擴(kuò)大體的設(shè)置，改善應(yīng)力傳遞路徑，使樁側(cè)摩阻力分布均勻，充分發(fā)揮抗浮承載潛力。此外，多級(jí)承載體對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索的錨固和位置固定，防止在預(yù)應(yīng)力管樁沉樁過程中錨索的扭曲、旋轉(zhuǎn)等現(xiàn)象發(fā)生，避免后續(xù)校正施工，提高施工效率。相關(guān)技術(shù)先進(jìn)，在同類工程中具有指導(dǎo)性作用，應(yīng)用實(shí)際工程可產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。Q