水冲气举法辅助静压PHC管桩

吴珍喜

（福建省福州市鼓楼区 350000）

水冲气举法辅助静压PHC管桩

吴珍喜

（福建省福州市鼓楼区 350000）

管桩从无到有，从小到大，中国的管桩经历过近30年的发展，预应力桩是桩基工程中比较典型的一种桩型，特别是静压预应力管桩具有无噪音、无振动、无冲击力、施工方便、造价低等特点，近年来在城市建设中得到了广泛的应用，但桩基工程是复杂的工程，其成桩质量影响因素较多，质量控制点多，施工中任意环节出现问题，都有可能对成桩质量造成较大的影响。本文简单介绍在静压PHC管桩的基础上发展的水冲气举法辅助静压桩的基本原理，优缺点及经济性，并通过对现场过程中的一些常见问题进行原因分析、预防对策阐述、希望能够对静压桩施工起到一定的作用。

工程概况：本工程位于福州江滨大道，地上23层地下一层综合商住楼，框架-剪力墙结构，基础设计等级为乙级，采用PHC静压管桩，主楼桩型为PHC500-125A，单桩竖向承载力特征值未2600kN，裙楼桩型为PHC400-95A，单桩竖向承载力特征值未900kN，PHC500-100A，单桩竖向承载力特征值未1200kN，共226根。

地质土层结构：①杂填土：稍湿-饱和，层厚1.00～2.10m；②粉质粘土：很湿-饱和，层厚0.6～2.3m；③淤泥：软-流塑，层厚1.5～5.0m；④细砂：饱和，稍-中密状，细砂含量70～80%，层厚6.4～ 13.9m；⑤细砂夹淤泥质土：饱和，稍密状，层厚6.8～13.8m；⑥粉砂夹淤泥质土：饱和，稍密状，以粉砂为主夹薄层细砂及淤泥土，层厚24.6～28.8m；⑦卵石：饱和，稍密状，卵石含量60～70%，粒径2～6cm；⑧中风化花岗岩：岩石风化轻微，未揭穿，揭示最大厚度为6.2m。

根据设计要求，桩端持力层主楼选用卵石层⑦，桩端全断面进入持力层≥0.5m，裙房选用粉砂夹淤泥质土⑥，桩端全断面进入持力层≥3.0m，要求以压桩力控制为主，桩长为辅，选用配重6000kN以上压桩机械沉桩，同时桩基施工前进行试桩，以校核单桩竖向承载力值。由现场试桩的情况来看，当桩进入粉砂夹淤泥层⑥，时，由于接桩焊接等原因的时间停顿后继续压桩，压桩阻力明显变大，桩压力急剧大幅度上升，压力超过设计值较多，导致桩身开裂或桩头破坏，无法沉桩，所以考虑采用单一的静压法施工无法穿透⑥粉砂夹淤泥质土层，故采用水冲气举法辅助静压机沉桩。

1　水冲气举法辅助静压桩的施工原理

静压沉桩是压桩机构以压桩机自重和架上的配重提供反力而将桩压入土中的沉桩工艺，当桩顶的压力大于沉桩时的这些抵抗阻力，桩将“刺入”下沉，达到沉桩要求，而水冲气举法辅助静压桩是在静压沉桩的基础上，利用冲水管的高压水将阻挡在桩尖的砂或卵石层冲散并混合成砂、石混合物，再利用冲气管的高压气将砂石混合物静桩身内孔举升排出，另一部分水经气压的排挤而渗入到砂层中使桩身与土层间的摩擦阻力减小而顺利沉桩，水冲气举法辅助静压桩工艺流程见图1。

图1　

本工程桩尖持力层为卵石层，当桩尖进入⑥层粉砂夹淤泥质土层时，采用水冲气举法配合沉桩，将冲水（气）管调入PHC管桩的桩芯，冲水管间采用法兰盘连接，边冲水边压桩，到最后一节桩时，应将最后一节冲水（气）管预先装入上节桩的桩芯中，并与桩一起吊入桩机夹具，先将冲水（气）管连接后，在进行接桩焊接，由于受到各种条件的限制，最后一节桩压到无法施压时，如未穿透⑥粉砂夹淤泥质土层，应停止冲水，将最后一节冲水（气）管拆除并放入中间空芯的送桩管，穿透后应停止冲水，继续进行压桩，直到达到设计要求。在冲水过程中。每2m为一个行程，现场由桩机司机做好每压入2m行程的桩力记录，为保证沉桩质量，水冲气举辅助压桩过程中，当桩进入持力层时每0.5m记录一次，并控制压桩速度，直到符合实际要求的终压标准。

2　水冲气举法辅助静压桩的施工要求

水冲气举法辅助静压桩除了一般静压桩的施工要求外，还需要的是抱压式桩机，才能让冲水管从桩芯达到桩尖，桩尖必须为开口时钢桩尖，才能保证水（气）冲开桩尖前端的物质，由于水冲（气）举辅助静压桩工艺需要大量的水，所以应配备大流量的水源供应且做好现场排水，在设备机械方面，除了一般的抱压式桩机外，还需要空气压缩机、高压抽水泵、钢板蓄水池、带空管的送桩器等机械设备来满足水冲气举法辅助静压桩。

3　水冲气举法辅助静压桩的优缺点

水冲气举法辅助静压桩除了具备常规静压桩的优点：单桩承载力高、应用范围广、适应性好、沉桩质量可靠、施工应力小、对周边环境影响小、噪声低、截桩量少、施工速度快、工期短、造价相对低等优点外，水冲气举法能够帮助静压桩机在遇到粉砂夹淤泥质土层及类似土层时，利用其水冲气举法将阻挡在桩尖及周边的砂或卵石层冲散并混合成砂、石混凝土物，在利用冲气管的高压气将砂石混合物经桩芯举升排除，达到继续压桩的效果。

水冲气举法辅助静压桩除了具备常规静压桩的缺点：

PHC静压桩桩头防腐要求较高、具有挤土效应对建筑周边的环境及地下管线有一定的影响、施工场地的地耐力要求较高。

采用水冲气举法辅助静压桩施工过程较为繁琐，压桩持续时间较一般静压桩长，以本工程40m左右的桩长加上地下室高度为例，一根桩大约需要3～4h才能施工完成，而且停止冲水时机不易控制，冲水空压机产生较大的噪音、场地排水比较麻烦，冲水施工要求连续，不然容易引起堵管，处理过程比较复杂。

4　水冲气举法辅助静压桩的经济性

4.1直接成本

通过多工程实例的总结和分析，PHC管桩的单位承载力造价在诸多桩型中使最便宜的一种。

表1　不同桩型主要经济指标比较

4.2间接经济效益

评价PHC管桩经济效益，不仅要看造价，还要看工期，“时间就是金钱，工期就是效益”已成为人们的共识。对于贷款投资的人感触尤深。PHC管桩施工速度快、工效高、工期短，提前功能投产，将产生巨大的社会效益和经济价值。PHC管桩的机械化施工程度高、现场整洁、施工环境好，容易做到文明施工，安全生产，减少安全施工，也是提高间接经济效应的而有效措施。

水冲气举法辅助静压桩由于采用了高压水气冲，需要增加设备及水的费用，比一般的桩除材料外费用要高约20～30%，但是相对灌注桩等其他桩型还是比较经济的。

本工程设计采用静压桩，但是现场试桩无法穿过⑥粉砂淤泥质土层，持力层在地下较深位置，考虑到工期紧，而且靠近江边，地下水位较高及地质等原因可能产生的影响，其他基础形式可能不太合适，因此采用了水冲气举法辅助静压桩。

5　水冲气举辅助静压桩的堵管原因及防治对策

静压桩沉桩时遇到浅层障碍物无法继续沉桩、斜桩、桩身破坏、挤土效应或震动影响、桩身太高、接桩处开裂、桩顶移位等施工过程遇到的常见问题在水冲气举法辅助静压桩也是存在，这里重点介绍水冲气举法辅助静压桩施工过程的出现的其他施工问题。

水冲气举法辅助静压桩利用冲水管的高压水将阻挡在桩尖的砂或卵石层冲散并混合成砂、石混合物，再用冲气管的高压气将砂石混合物静桩身内孔举升排出，另一部分水经气压的排挤而渗入到砂层中使桩身与土层间的摩擦阻力减小而顺利沉桩，在施工过程中应尽量持续施工，避免发生堵管等现象。

本工程106#桩在施工时，由于防漏垫圈的多次使用，造成垫圈边缘缺块、磨损，在第二与第三节接管的时候工人不够重视，螺栓拧的不够到位，导致在冲水的时候，管桩内的砂石混合物无力冲出或冲不出管桩，在吊车将冲水管进行多次上下移动并加水压的情况下，仍然无法解决，将冲水管吊出进行冲水检查时发现两节管之间的连接出现漏水（气），导致水压不足，无法进行高压冲水，无法将管内的混合物冲出，影响顺利沉桩，在对操作人员进行重新交底后，对防漏垫圈进行更换并拧紧螺栓，并检查后吊入管桩进行沉桩，才解决了106#桩的施工问题。

5.1原因分析

（1）施工过程中由于冲水管为每节连接需要比较长的时间，冲气管内及桩内均有粉砂等物质，当停止冲水时间太长，管内粉砂等沉积导致堵管现象；

（2）施工过程中，冲水（气）管各节之间连接时未放防漏垫圈或螺栓未拧紧等原因导致漏水（气）及水压不足；冲水过程中大量的粉砂等物质为及时冲出二沉积管桩内使冲水（气）管无法上下起落移动而停留在管桩内；

（3）冲水施工时，冲水（气）管没按要求进行起落移动，可能导致冲水（气）管下端被泥沙堵塞。

5.2处理方法与措施

（1）在施工过程中，应当尽可能连续施工，接桩、接管尽量不要耽搁过多的时间，以免产生管内沉积堵管情况发生。

（2）在施工现场必修保证施工电压的稳定，高压水泵的正常工作，以确保足够的水压，如有条件应有备用的高压水泵等设备，冲水（气）管的各节之间连接时必须注意安装防漏垫圈及螺栓拧紧的检查工作。

（3）在冲水施工时，应当让吊冲水（气）管的吊车司机密切注意，冲水管必须按照要求进行上下起落移动，才能尽量避免冲水（气）管下端被泥沙堵塞。

当发生冲水（气）管下端被泥沙堵塞时，可以加大水压进行冲击，如无法解决，应当将冲水（气）管吊起进行拆除清理后重新安装，才能继续施工。

在施工过程中出现的沉桩时遇到的施工问题，通过我们现场人员的协作努力，对出现的问题进行原因分析，共同探讨，针对出现的一些问题提出相应可行的预防措施和处理意见，且准确的实施，是桩基施工过程能够顺利进行，保证了工程的施工质量。

[1]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）.

[2]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB202-2002，2008版）.

[3]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）.

[4]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002，J220-2002）.

[5]《建筑桩基检测技术规范》（106-2003）.

TU753.3

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2015-3-20