复合载体夯扩预应力管桩施工工艺研究

摘要：复合载体夯扩预应力管桩是种新型的载体桩。它采用PHC预应力管桩作为桩身，既可提高桩身的承载力，又易于保证桩身质量。目前，此类桩型在工程中应用得还比较少，缺乏相关的技术和经验，结合某实际工程，对其在施工中的一些问题进行了研究与探讨，并提出了一些工程中可能出现的问题的见解。

关键词：复合载体夯扩桩；预应力管桩；施工工艺

中图分类号：U656文献标识码： A

0 引言

1998年，北京波森特岩土公司结合沉管扩底灌注桩和夯扩桩的优点，推出了“夯实扩底混凝土桩”，即载体桩的前身。并于2001年8月7日主编了《复合载体夯扩桩设计规程》，经审查被中华人民共和国建设部批准为行业标准；2007年6月又对该标准进行了修正，更名为《载体桩设计规程》。

随着载体桩理论技术的日趋成熟及在许多工程中的实践应用，其形式也越来越多样化。复合载体夯扩预应力管桩作为一种新发展起来的桩型，将复合载体夯扩桩技术中的复合载体、PHC管桩和桩端压力注浆技术有机地结合起来，充分继承了复合载体夯扩桩和预应力混凝土管桩的优点。

1复合载体夯扩预应力管桩的作用原理

复合载体夯扩预应力管桩中的复合载体由四部分组成：干硬性混凝土、填充料、挤密土体和影响土体。其结构见图1。

图1复合载体夯扩预应力管桩构造图

载体桩的荷载传递机理：载体桩的承载力主要来自于载体，与载体的等效计算面积及桩端土体的性质密切相关。上部荷载通过承台或承台梁施加给桩身，除了一部分荷载由桩侧摩阻力承担外，大部分通过桩身传递到载体，再由载体把荷载传递到下面的土层上。载体自干硬性混凝土、填充料、挤密土体和影响土体起，它们的弹性模量逐渐降低，刚度逐渐减小。所以，荷载从载体传到地基土层的过程是一个应力扩散的过程，其中复合载体起到了应力缓冲作用和扩大持力土层有效承载面积的作用。这样，被加固的土层与其下的持力层形成了双层地基，构成了载体桩承载力的主体。

从荷载传递方式看，载体部分更类似于一个多级的扩展基础，其受力原理见图2 。

图2复合载体夯扩预应力管桩受力原理图

为了充分利用桩间土，当基础底面标高处地基土承载力较高时，载体桩还可以用于地基处理，作为复合地基中的增强体。这样，即利用了复合载体桩的高承载力，又充分利用了桩间土的承载力，在很大程度上提高了复合地基的承载力。

2复合载体夯扩预应力管桩的施工工艺

复合载体夯扩预应力管桩除桩身部分外的施工工艺与普通载体桩相同，其好坏直接影响到工程的应用，施工过程主要包括载体的施工和桩身的施工两个方面，以下具体从工序和质量控制两方面加以介绍。

2.1 施工工艺流程

复合载体夯扩预应力管桩的施工工艺流程见图3，具体内容如下:

图3复合载体夯扩预应力管桩施工工艺流程图

2.2 质量控制措施

为保证施工质量，在施工中严格按有关施工规范、规程和设计要求进行。从原材料进场开始至载体桩施工结束的每一道工序都严把质量关。

(1)复测桩位线

平整场地，根据桩基设计图纸进行建筑定位和桩位测放，并对测量基线、水准基点及桩位进行复核，合格后方可施工。施工时，桩机后还应再次进行桩位复测。

(2)桩基就位

检查桩基工作状况，调整护筒，移动桩基至待施打桩位处，检测并调整桩基垂直度，使护筒中心与桩位中心对齐，然后将护筒降至地表并调直。施工时，应确保桩机平稳，不发生倾斜和位移，为方便准确控制成孔深度，应在桩架上标明控制标高，以便施工中进行观察和记录。

(3)锤击成孔

先用细长锤低落距轻夯地面，使护筒准确定位于桩位，用水平尺校正护筒垂直度，然后再提高重锤夯击成孔。施工时应注意：锤重和落距应符合设计要求；护筒沉至桩底后，应测量孔底标高和孔深。

(4)护筒沉至设计标高

采用柱锤夯击，护筒跟进成孔的方法，当护筒接近桩底标高时，严格控制重锤落距，使护筒准确沉至设计标高。

（5)夯击填料

当护筒沉至设计标高后，提升重锤，从填料口进行填料（以锤底出护筒底40-60cm为宜），重锤做自由落体夯击填充料。填料过程大致可分为填料下降、持平、上升三个阶段，应控制每次填料量（以每10cm深度加0.01m3填料为宜)和累计填料量。

(6)测三击贯入度

当承载体达到密实状态后，重锤以6m落距做自由落体运动夯击填料。三击贯入度之和不大于15cm,目每击贯入度应小于或等于前击贯入度，若三击贯入度超过15cm，则应向护筒内继续填料并夯实，直至满足要求。

(7)夯填干硬性混凝土

当三击贯入度满足设计要求后，填充0.3-0.5 m3的干硬性混凝土，并继续夯击至锤底出护筒1-2cm，以缆绳上标记为准控制设计标高。

(8)放置预应力混凝土管桩桩身

根据桩身长度选择预应力管桩，当需要接桩时，宜采取地面接桩，然后将桩身放置设计标高，然后在管桩内浇筑高约500mm的自密实混凝土，使预应力管桩和载体更好地结合在一起。

(9)拔护筒并注浆成桩

采用高压注浆法在护筒与桩身间及桩端灌注水泥浆，慢拔护筒，速度要均匀。在软弱土层、软弱土层交接处、桩扩大头及上部桩身连接处，宜适当放慢拔管速度。

3复合载体夯扩预应力管桩的施工问题研究

（1）桩身的质量

与灌注桩桩身相比，预应力混凝土管桩的质量容易得到保证，避免了施工过程中出现加泥、缩颈、断桩等情况。

采取焊接方法接桩，首先尽量选择相同桩长的管桩，宜在地面上进行。为方便桩身就位，宜在下节桩的桩头设置导向箍，上下应保持顺直，中心线偏差不应大于2mm。对接前，端板表面必须保持清洁，以坡口处露出金属光泽为宜。可采用手工焊接或二氧化碳保护焊，焊接时宜对称进行，焊缝应饱满、连续。

对管桩不宜采取截桩，因此要严格控制桩顶标高；当截桩时，应采取有效的措施确保截桩后桩身的质量。

另外，桩顶与承台的连接部位属于薄弱点，其在水平荷载作用下要承受较大的剪力和弯矩，因此应对其采取加固措施。

（2）桩身与载体的连接

对于复合载体夯扩预应力管桩而言，其PHC管桩桩身和载体属于刚度不同的两类材料体，要想使两者更好的连接需要一定的难度，必须采取有效的措施，否则会直接影响到桩基的承载力，使得荷载传递不能够充分。

施工时，首先要严格控制三击贯入度以保证载体的施工质量，然后控制干硬性混凝土的每击贯入度，一般在2~4cm，如果贯入度太大，则干硬性混凝土与护筒间将存在孔隙，地下水有可能进入护筒而影响载体的质量。另外，要准确控制干硬性混凝土的顶标高，否则将直接导致复合载体夯扩预应力管桩的桩顶标高达不到设计要求，给后续施工造成困难。以上工序满足设计要求后，将管桩放入护筒内达到设计标高，然后浇筑500mm的自密实混凝土，使管桩和载体能够更好地连接在一起，形成整体。

（3）减振、隔振

在复合载体夯扩桩施工中，为消除或减弱夯扩载体时产生的振动对周围土体和建（构）筑物的影响，在施工场地周围，尤其是建筑物附近，采用导管带吊锤的成孔装置，打一排孔深超过被加固土层的小孔，将连续的地基土体间断隔离而形成环状隔离带。

在每个孔内并排放入两根塑料软管并使之相连，再连接到调压水槽构成连通器，充满水后，当振动波通过土体传到软管时，管内增加的水压力会由连接管传到调压水槽中并得到消散。

（4）挤土效应

复合载体夯扩预应力管桩在施工过程中，重锤对土体和填充料的夯击必然会产生一定程度上的挤土效应。尤其是桩端及夯扩体一定范围内的土体，在夯击能的作用下受到不排水剪切及挤压，部分土体由于超孔隙水压力升高而造成破坏。未破坏的部分土体也会由于超孔隙水压力的不断传播和消散，产生较大的剪切变形，形成具有高孔隙水压力的扰动重塑区，使得土体的不排水抗剪强度降低，从而使得附近土体因不排水剪切而破坏。这样，等量体积的土体会产生较大的侧向位移和隆起，对周围土体和桩体产生影响。

针对产生的挤土效应，可采取的有效措施有：

①确定合理的桩间距和打桩顺序。

②施工时必须根据建筑物所处的地质条件和周围的环境条件，综合考虑施工方法。

③为减小桩身施工时的挤土效应，可采用螺旋钻成孔。

④控制打桩速度及每天的打桩数量，以减少孔隙水压力的叠加。

⑤设置泄压槽或泄压孔，让土层压力自然释放，减弱挤土效应的影响。

4 结语

（1）复合载体夯扩预应力管桩是种新型的载体桩，有效地结合了载体桩和预应力混凝土管桩两种桩型的优点，提高了施工效率，保证了施工质量。

（2）复合载体夯扩预应力管桩可应用于深厚软土地区，较好地处理了灌注桩作桩身的载体桩在施工中产生的缩颈、断桩、夹泥等工程问题，使施工难度获得降低。

（3）在载体桩施工中会不可避免地遇到不同程度的挤土作用，应从设计和施工角度综介考虑，采取有效、合理、经济、可行的措施。

（4）复合载体夯扩预应力管桩在目前的工程中应用得还比较少，缺乏相关的资料和技术经验，设计和施工应根据工程的具体情况而定。

参考文献

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作者简介：杨永生(1979-)，男(汉族), 河南灵宝人，现为三门峡职业技术学院讲师，主要研究方向为地基处理及地基加固。