錘擊式預應力混凝土管樁施工過程控制技術研究

0 引言

在眾多基礎施工技術中，錘擊式預應力混凝土管樁施工技術因其獨特的優(yōu)勢而被廣泛應用。該施工技術通過錘擊將預應力混凝土管樁沉入地下，形成穩(wěn)定的地基結構，有效提高了地基的承載能力和抗震性能。

在高層建筑基礎施工中，錘擊式預應力混凝土管樁施工技術不僅能夠快速、有效地完成地基處理，還能有效減少施工對周圍環(huán)境的影響[1]。然而錘擊式預應力混凝土管樁在施工過程中的質(zhì)量控制卻是一個復雜而重要的課題。在錘擊過程中，樁身可能會受到?jīng)_擊力、擠壓力等各種外力的影響，從而導致樁身傾斜、移位或產(chǎn)生裂縫。

如何有效控制錘擊式預應力混凝土管樁的施工過程，確保樁身的質(zhì)量和穩(wěn)定性，是高層建筑基礎施工中的關鍵問題。本文深入研究高層建筑錘擊式預應力混凝土管樁施工過程控制技術，結合實際應用案例，對錘擊式預應力混凝土管樁的施工過程進行監(jiān)測，以驗證控制措施的有效性和可靠性。

1工程概況

某建筑工程項目土地面積 97792.91m² 的，建筑面積 68587.59m² 的。其建筑構成包括多層住宅樓（編號為1#、2#、5#、8#）、商務辦公樓（編號為4#、13#、15#至23#、25#、31#至42#）、零售商業(yè)樓（編號為26#至 30? ）、展示中心樓（編號為24#）以及幼兒園樓（編號為14#）。該工程中的最高建筑物位15層，其高度為44.50m ，最大的單一建筑實體面積則為 13462.69m² 。該項目所處的地質(zhì)條件復雜，特征為多層次的地質(zhì)分層以及顯著變化的強風化泥質(zhì)砂層，決定采用錘擊式預應力混凝土管樁施工技術。

2施工過程控制的重要性

該項自高層建筑基礎屬于強風化泥質(zhì)砂層，錘擊式預應力混凝土管樁施工技術該地質(zhì)條件下，如樁端遭遇難以穿透的硬隔層，其施工效果會大打折扣。這樣的地質(zhì)條件會增加施工難度，導致管樁的垂直度很難控制。因此研究錘擊預應力混凝土管樁施工過程控制技術顯得十分重要。

基于錘擊式預應力混凝土管樁施工過程控制技術，在施工前需精確預估管的長度，以減少不必要的樁體截斷，這就要求對施工區(qū)域的地層特性與管樁側壁摩擦力、樁端支撐力進行深入分析，從而準確確定所需樁長。在采用錘擊法打入基樁時，需精確控制其位置和垂直度，以確保管樁整體施工質(zhì)量、施工效率，同時控制施工成本。

3施工和控制準備工作

3.1 管樁選型

本工程特別采用管樁類型中的摩擦端承樁，其樁端阻力特征值高達 3400kPa ，可使其樁端穩(wěn)固地支承在強風化泥質(zhì)砂巖上。為確保樁體的穩(wěn)定性和承載能力，樁端需深入持力層至少1m，以滿足貫入度的控制標準。同時，管樁的樁尖部位采用強度更高的十字型鋼樁尖，以增強樁體的穿透力和穩(wěn)定性。如果十字型鋼樁尖擠土效應偏大，必要時可選用開口型樁尖來減小樁體的擠土效應[2]。

3.2配置施工機械

在該高層建筑項目實施錘擊式預應力混凝土管樁控制技術，需充分做好各項準備工作，其中機械設備的選擇與配置是至關重要。本項目配置的施工機械如表1所示。

3.3配置監(jiān)測裝置

為了提高錘擊式預應力混凝土管樁在施工過程中的垂直度監(jiān)測精度，采用了一種新型樁身垂直度監(jiān)測裝置，該監(jiān)測裝置整體結構示意如圖1所示。

在施工前，將樁身垂直度監(jiān)測裝置安裝在液壓打樁機的合適位置，確保固定環(huán)與樁身穩(wěn)固連接。在施工過程中，當振動力傳到安裝塊上的固定板時，凸塊會帶動滑塊在滑槽內(nèi)移動，并對減振器進行擠壓。減振器的作用是將產(chǎn)生的振動力進行消除或減弱，從而顯著降低對MEMS傾角傳感器的影響。通過實時監(jiān)測和分析傳感器輸出的數(shù)據(jù)，可以精確掌握樁身的垂直度變化，為施工過程中的質(zhì)量控制和安全管理提供有力支持。

通過精心選擇機械設備和引入創(chuàng)新的樁身垂直度監(jiān)測裝置，為高層建筑施工中錘擊式預應力混凝土管樁控制技術的實施提供全面而有效的支持。

4錘擊式預應力混凝土管樁施工過程控制技術4.1樁位的測量和復測

4.1.1 樁位測量

根據(jù)該項目的施工圖紙和樁位平面圖，使用經(jīng)緯儀和鋼尺等工具，對樁位進行測量、放線、定位，使用木棍或鋼筋打入土層做好標記，并在木棍端部釘入鐵釘、或在鋼筋端部標注記號，以便后續(xù)進行復測。

4.1.2樁位誤差控制

在打樁機就位后，需對樁位放樣結果進行多次復核測量，確保樁位標記沒有發(fā)生錯亂或移位，力求將誤差控制在最小范圍內(nèi)。通過樁位復測，可以有效避免因樁位偏差導致的施工質(zhì)量問題和安全隱患。樁位誤差控制的表達式如下：

|Φ_Xi-Xi^'|?a_x□edH|y_i-y_i^′|?a_y

式中： X_i 為設計要求的樁位 x 坐標； y_i 為設計要求的樁位 y 坐標； 為放樣后的實際樁位坐標； y_i^′ 為放樣后的實際樁位坐標； i 為樁的編號 （i=1，2，…n） ； a_x 為 x 坐標的允許誤差（mm）； a_y 為y坐標的允許誤差（mm）。實際樁位坐標 （X_i^′，y_i^′） 利用全站儀、GPS-RTK（實時差分定位）等進行放樣[3]。

4.1.3 樁位復測

在樁位測量后，將打樁機就位。在打樁機就位后、實施沉樁作業(yè)前，使用全站儀或經(jīng)緯儀等測量工具對測量放樣點位進行多次復測，記錄復測數(shù)據(jù)，取其平均值作為最終復測結果，并與施工圖紙中的設計樁位進行對比[4]。

將復測結果與施工圖紙中的設計樁位進行對比時，檢查樁位是否存在位移現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)樁位存在位移現(xiàn)象，應立即進行調(diào)整和校正。根據(jù)位移情況，調(diào)整或重新設置樁位標記，然后再次進行復測，以此確保樁位與設計要求一致。

4.2管樁錘擊控制

4.2.1 試樁作業(yè)

在正式進行管樁錘擊作業(yè)之前，應進行試樁作業(yè)并做好沉樁數(shù)據(jù)記錄，以便為后續(xù)正式進行沉管作業(yè)提供參考。這些數(shù)據(jù)包括管樁每沉入1m的錘擊數(shù)、最后2＼～3m每30cm的錘擊數(shù)，總錘擊數(shù)、落錘高度、樁垂直度、樁偏差、焊接時間等。

4.2.2管樁錘擊控制方法

將管樁樁體穩(wěn)穩(wěn)地立于樁位上，使其中心與樁位的中心重合。選用一種基樁錘擊力監(jiān)測裝置安裝于樁體的錘擊面，并隨即啟動打樁機液壓系統(tǒng)，由液壓系統(tǒng)驅(qū)動機械錘，使其精準地擊打基樁頂部。在強大的錘擊力作用下，推動管樁下逐漸沉入地下。

在錘擊作業(yè)時，機械錘的撞擊面會先觸及受力帽，促使受力帽沿受力線方向移動，并觸發(fā)彈簧產(chǎn)生形變效應。彈簧的形變會釋放出一個反作用力，該樁位力隨即被精密的壓力傳感器捕捉，并將其轉化為具體的沖擊力數(shù)據(jù)信號。這些關鍵數(shù)據(jù)會先被數(shù)據(jù)采集裝置收集，再被迅速傳遞至遠程控制中心[5]。基樁錘擊力監(jiān)測裝置布置如圖2所示。

與此同時，現(xiàn)場的工作人員會密切關注每次錘擊后基柱的實際下沉深度，并將這一數(shù)據(jù)實時上傳至遠程控制中心。遠程控制中心已預先根據(jù)工程要求，設定與不同沖擊力數(shù)值相匹配的基樁下沉深度范圍。通過精確對比實際下沉深度與預設深度值，迅速判斷當前的沖擊力是否滿足施工要求。若沖擊力達標，則錘擊施工將繼續(xù)進行；若未達標，遠程控制中心將智能增加機械錘的下落高度，以增強錘擊力度。

每根樁的第一節(jié)樁入土后，立即向管內(nèi)灌注C30微膨脹混凝土，以確保樁體的整體性和承載能力。灌注高度嚴格控制在1.5m，以滿足工程設計的各項要求。

4.3 收錘監(jiān)控

當管樁錘擊到設計深度后，收錘監(jiān)控成為評估施工質(zhì)量、確保樁身承載力和沉降控制的關鍵步驟。通過合理的控制標準，可以確保樁身達到預期的承載力要求，同時避免過度錘擊導致的樁身損傷或地質(zhì)條件惡化。

收錘監(jiān)控的目標是確保樁端順利抵達預定的持力層，且在此過程中，最后三陣的貫入度平均值應保持在每10擊25mm范圍。收錘監(jiān)控目標如表1所示。

在收錘階段，無論是通過人工手段測量最后貫入度，還是利用打樁自動記錄儀來監(jiān)測收錘回彈曲線以及最后1m的沉樁錘擊數(shù)，均應嚴格遵循相關規(guī)范的規(guī)定，以確保每一根管樁都能達到設計要求的承載力和穩(wěn)定性。在樁體施工完成后，應及時灌注管樁樁芯混凝土。

5控制效果與分析

5.1 控制效果

該施工項目的全部管樁，均按照錘擊式預應力混凝土管樁控制技術進行沉管施工。在整個施工過程中使用新型樁身垂直度監(jiān)測裝置進行了監(jiān)控。為了檢查錘擊式預應力混凝土管樁施工過程控制技術進行沉管施工的效果，抽檢了3個樁號的錘擊式預應力混凝土管樁沉樁施工的垂直度。沉樁垂直度偏差趨勢如圖3所示。其中管樁垂直度偏差是實際垂直度測量值與預設垂直度（ ?0.5% ）之間的差值，正數(shù)表示超出預設垂直度，負數(shù)表示低于預設垂直度。

5.2對控制效果的分析

在所有測量階段，各樁號的預設垂直度要求均未超過 0.5% ，且實際垂直度測量值均保持在合理范圍內(nèi)。3個樁號在各個階段的垂直度偏差均較小，且垂直度合格率均為 100% ，這表明其施工過程中的垂直度控制效果良好。

總體而言，該施工項目對錘擊式預應力混凝土管樁施工過程控制技術得到了有效應用，各樁號的垂直度均得到了良好的控制。同時，也驗證了樁身垂直度監(jiān)測裝置的準確性和可靠性。

6結束語

本文對高層建筑錘擊式預應力混凝土管樁施工過程控制技術的研究取得了重要成果。該技術的應用有效保障了樁身的垂直度，為高層建筑的穩(wěn)定性奠定了堅實的基礎。同時該研究也存在的不足之處。例如，在復雜地質(zhì)條件下的管樁施工，現(xiàn)有的控制技術仍需進一步優(yōu)化和完善，以更好地適應不同地層的特性和要求。

參考文獻

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