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摘要：本文对某公司厂房工程中采用在先张法预应力混凝土管桩底部用高压旋喷桩进行土体加固，通过提高管桩底部土体端阻力，从而提高桩的承载力最终取得了良好的效果。现就其施工过程进行介绍，供各位同行参考。
关键词：先张法；预应力；混凝土；管桩工程
前言：
近年来，随着各种高大、结构复杂建筑物越来越多，建筑物的基础工程越来越重要，深基坑支护、地下连续墙、逆作法等工艺先后被采用。而现在广泛应用的钻孔灌注桩、振动沉管灌注桩等固有的缺陷十分突出，主要表现在施工速度慢，场地污染严重，成桩质量难以保证，材料浪费大等方面。同时常规的打入式预制实心桩，因打桩机的超量噪音和土体震波，不仅对周围环境影响大，而且对周围建筑物有重大损害，使这一工艺难以推广应用。而先张法预应力管桩作为近几年来新出现的桩基形式， 通过大量的工程实践表明：预应力管桩质量可靠，其单桩承载力显著提高、施工速度较快、价格便宜等诸多优点，显示出了其他桩基础所无法比拟的优势。
浙江省于99年就批准了《先张法预应力混凝土管桩》99浙G22图集，以后又根据工程建设的实际进行了修改，并出了新的图集，以指导全省先张法预应力混凝土管桩的设计、施工。但在实际的操作过程中，由于勘察报告不准、设计对图集理解上的偏差导致桩型选择上的不合理、建设单位一味追求经济效益等等因素的影响，使得个别工程项目出现了承载力达不到设计要求的情况发生。而发生了承载力达不到设计要求的情况如何处理又成了一个棘手的问题。
一、工程概况：
本工程为某公司生产基地，拟建工程占地面积218.816亩，四大厂房及油化库，建筑面积10万平方米，桩基采用单节预应力混凝土管桩（PC-AB600壁厚100），锤击法施工，长度为9～14m，共计2721根，于2010年5月27日施工完成。
二、地質状况
场地围垦而成，地势较平坦，场地部分地段有碎石塘渣铺垫，场地自然土面黄海高程为4.4～4.6m。
2009年7月由勘察院提供的勘察报告表明，地基土层划分如下：
三、原因分析及施工方案的确认：
1、原因分析：
1.1综合初次及二次勘察报告的数据表明：初次勘察中持力层分界不够正确，起伏偏小与二次勘察中持力层位置有2-3m差距，导致部分区域理论承载力与实际承载力偏差过大，最终使得该区域桩基的极限承载力达不到设计要求，为主要原因。
1.2本工程中设计桩长为9—14M，设计选用锤击法施工，明显不符合图集中明确的锤击法施工适合管桩长度为16—40M的要求，同时施工单位在发现最后贯入度为2—3击/10CM，贯入度严重超标情况下，未按打桩公式进行单桩极限承载力的预估，在发生异常情况时未及时向设计、建设单位反映采取必要的措施，为次要原因。
2、加固方案确认
2010年6月18日由建设单位主持召开由设计、施工、监理、勘察单位参加的桩基工程协调会议，对部分承载力达不到设计要求的桩采用高压旋喷桩对桩基底部进行地固处理（采用单管法，注浆体为Ф800,加固深度3m）。6月22～23日分别对一、二厂房共四根桩位极限承载力最低桩位（实测1020KN，设计要求竖向承载力特征值850 KN ）进行单管注浆加固处理，经养护15天后于7月9～12日再次进行静载复测，极限承载力均达到1700KN符合设计要求，效果明显。
四、加固施工
1.施工准备
1.1材料
1.1．1水泥：采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥进场时检验其产品合格证，进场时进行抽样复试，保证其质量符合现国家标准等规定。
1.1．2配比：泥浆水灰比取1：1～1.5，为消除离析，适量加入水泥用量3%陶土，0.9%的碱等添加剂。
采用单管法注浆施工主要机具设备规格，技术性能，数量见下表：
1.3作业人员：
配备专业测量放线人员1名，每台钻机各1名专业机操工，普工各6名。
2.施工工艺
2.1工作原理：
利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆夜通过钻杆下端的喷射装置，向四周以高速水平喷入土体，借助流体的冲击力削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度（20L/min）旋转，一面低速（15～30cm/min）徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀，具有一定强度的圆柱状固结体，从而使桩底部土体的端阻力明显提高。
2.2工艺流程操作及参数
定位→清障→钻机就位→钻孔插管→喷射→作业→拔管→清洗器具→移机
2.2.1放样定位清障：根据桩位平面布置图，找出已完成的桩，设置桩位标志，挖机开挖，清出桩顶。开挖中严防桩顶碰伤及超挖土层。
2.2.2钻孔插管：将钻头对准孔位中心，同时钻机平面应放置平稳水平，沿管桩内腔中心位置引孔，徐徐钻入，达到设计深度时，即可开始旋喷。
2.2.3喷射作业：自下而上地进行旋喷作业，水泥浆液压力控制在20-30Mpa，流量控制在90-100L/min，速度20-25cm/min，水泥掺入量为333kg/m。并随时做好喷浆时间、用浆量情况、压力变化等记录，
2.2.4拔管：旋喷管被提升到标高顶部时清孔的喷射注浆即告完成。
2.2.5冲洗：在拔出旋喷管后逐节拆下，进行冲洗以防浆液在管内凝结堵塞。
2.2.6移开钻机：将钻机移到下一孔位。
2.3关键控制点控制方法
2.3.1喷射程序：高压喷射注浆，均自下而上连续进行。当注射管不能一次提升完成，需分成数次卸管时，卸管再喷射注浆的搭接长度不小于100mm ，以保证固结体的整体性。
2.3.2复喷工艺：在出现意外情况时，可采取复喷工艺。复喷射时先喷水，以确保成桩质量。
2.3.3固结体控形：本工程采用边提升边旋转的工艺，最后形成圆柱状固结体，尤其要做好对喷射压力和注浆量，喷嘴移动方向和速度控制。以保证固结体最终的成形的质量。
2.3.4冒浆：在旋喷桩施工过程中，往往有一定数量的土颗粒，随着一部分浆液沿着注浆管管壁冒出地面。通过对冒浆的观察，可及时了解地层状况，判断旋喷的大致效果和确定旋喷参数的合理性等。根据经验，冒浆（内有土粒，水及浆液）量小于注浆量20%为正常注浆，超过20%或完全不冒浆时，需查明原因及时采取相应措施。
流量不变而压力突然下降时，需检查各部位的泄露情况，必要时拔出注浆管，检查封密性能。
出现不冒浆或断续冒浆时，若系土质松软，则视为正常现象，可适当进行复喷，若系附近有空洞、通道，则提升注浆管继续注浆直到冒浆为止，或拔出注浆管待浆液凝固后重新注浆，直至冒浆为止。或采用速凝剂，使浆液在注浆管附近凝固。冒浆量过大的主要原因，一般是有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量所致。
2.3.5收缩：在浆液与土粒搅拌混合后的凝固过程中，由于浆液析水作用，一般均有不同程度的收缩，造成在固结体顶部出现一个凹穴，凹穴的深度随地层性质，浆液的析出性，固结体的直径和全长等因素不同而不同，喷射10m长固结体一般凹穴深度在0.3~1.0m，单管旋喷的凹穴最小，约0.1~0.3m，为防止因浆液凝固收缩，产生凹穴使已加固地基与桩底部出现不密实或脱穴等现象，采取超高旋喷（旋喷处理地基的顶面超过桩底面，其超高量大于收缩高度）。
五、各项保证措施
1.质量保证措施
1.1钻机就位时，需填平找实，开钻前检查垂直度、桩位确认无误才允许开钻。
1.2钻进深度需达到加固孔深。
1.3喷浆前必须检查高压设备和管路系统。尽量缩短高压软管的长度，保证其长度不超过30M。
1.4要做到对水泥、水的计量搅拌，流量、冒浆情况等做好记录。
1.5注浆浆液需搅拌均匀，随拌随用，浆液在初凝前用完。
1.6施工中严格按并如实记录各参数和出现的异前现象。
1.7为防止因浆液凝固收缩影响胶结质量，施工中采取交接处超喷500mm（即加喷500mm）以确保高压旋喷桩桩身与预应力管桩胶结质量。
1.8为保证桩身连续性，在拆卸钻杆时要有≥100mm的复喷长度
1.9施工结束后，应检验桩体强度、平均桩径、桩身位置、桩体质量及承载力等。桩体质量及承载力检验需在施工结束后28d进行。
1.10高压喷射注浆体施工完成后，未达到养护龄期28d时不得投入使用。
2.安全和文明施工措施
2.1进入施工现场必须戴安全帽。
2.2机电设备基础必须稳固，转动部位要设防护装置。
2.3机电设备不准带病动转或超负荷作业。
2.4机电设备做到三级配电、二级保护，注意保护过路电缆。
2.5检查设备时必须切断电源，并挂牌示。
2.6排除堵管故障时，浆管必须有专人把持或踏在脚下，以免乱甩伤人。
2.7順管路时，风压不要超过0.5Mpa。
2.8夜间施工有足够的照明，临时照明电线和灯具应高地表2.5m。
2.9施工现场必须配备适量的消防器材。
2.10施工过程中需对冒浆进行妥善处理，不得在场地内随意排放。可采用泥浆泵将浆液抽至沉淀池中，对浆液中的水与固体颗粒进行沉淀分离，将沉淀的固体运至指定排放地点。
2.11工程材料、机具分门别类有条理地堆放整齐，机具设备定机、定人保养上，保持机容整洁，运行正常。
2.12在施工中严格按照经审定的施工组织设计时时各道工序，工人操作要求达到标准化、规范化、制度化，做到工完料清，场地上无淤泥积水，施工道路平整顺畅，实行文明施工。
六、结束语
先张法预应力混凝土管桩底部用高压旋喷桩进行土体加固技术是在工程实践与探索中不断发展进步的，该技术在工程中应用的成功实例，其经验有益于这一技术领域的进一步研究和发展。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：先张法；预应力；混凝土；管桩工程
前言：
近年来，随着各种高大、结构复杂建筑物越来越多，建筑物的基础工程越来越重要，深基坑支护、地下连续墙、逆作法等工艺先后被采用。而现在广泛应用的钻孔灌注桩、振动沉管灌注桩等固有的缺陷十分突出，主要表现在施工速度慢，场地污染严重，成桩质量难以保证，材料浪费大等方面。同时常规的打入式预制实心桩，因打桩机的超量噪音和土体震波，不仅对周围环境影响大，而且对周围建筑物有重大损害，使这一工艺难以推广应用。而先张法预应力管桩作为近几年来新出现的桩基形式， 通过大量的工程实践表明：预应力管桩质量可靠，其单桩承载力显著提高、施工速度较快、价格便宜等诸多优点，显示出了其他桩基础所无法比拟的优势。
浙江省于99年就批准了《先张法预应力混凝土管桩》99浙G22图集，以后又根据工程建设的实际进行了修改，并出了新的图集，以指导全省先张法预应力混凝土管桩的设计、施工。但在实际的操作过程中，由于勘察报告不准、设计对图集理解上的偏差导致桩型选择上的不合理、建设单位一味追求经济效益等等因素的影响，使得个别工程项目出现了承载力达不到设计要求的情况发生。而发生了承载力达不到设计要求的情况如何处理又成了一个棘手的问题。
一、工程概况：
本工程为某公司生产基地，拟建工程占地面积218.816亩，四大厂房及油化库，建筑面积10万平方米，桩基采用单节预应力混凝土管桩（PC-AB600壁厚100），锤击法施工，长度为9～14m，共计2721根，于2010年5月27日施工完成。
二、地質状况
场地围垦而成，地势较平坦，场地部分地段有碎石塘渣铺垫，场地自然土面黄海高程为4.4～4.6m。
2009年7月由勘察院提供的勘察报告表明，地基土层划分如下：
三、原因分析及施工方案的确认：
1、原因分析：
1.1综合初次及二次勘察报告的数据表明：初次勘察中持力层分界不够正确，起伏偏小与二次勘察中持力层位置有2-3m差距，导致部分区域理论承载力与实际承载力偏差过大，最终使得该区域桩基的极限承载力达不到设计要求，为主要原因。
1.2本工程中设计桩长为9—14M，设计选用锤击法施工，明显不符合图集中明确的锤击法施工适合管桩长度为16—40M的要求，同时施工单位在发现最后贯入度为2—3击/10CM，贯入度严重超标情况下，未按打桩公式进行单桩极限承载力的预估，在发生异常情况时未及时向设计、建设单位反映采取必要的措施，为次要原因。
2、加固方案确认
2010年6月18日由建设单位主持召开由设计、施工、监理、勘察单位参加的桩基工程协调会议，对部分承载力达不到设计要求的桩采用高压旋喷桩对桩基底部进行地固处理（采用单管法，注浆体为Ф800,加固深度3m）。6月22～23日分别对一、二厂房共四根桩位极限承载力最低桩位（实测1020KN，设计要求竖向承载力特征值850 KN ）进行单管注浆加固处理，经养护15天后于7月9～12日再次进行静载复测，极限承载力均达到1700KN符合设计要求，效果明显。
四、加固施工
1.施工准备
1.1材料
1.1．1水泥：采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥进场时检验其产品合格证，进场时进行抽样复试，保证其质量符合现国家标准等规定。
1.1．2配比：泥浆水灰比取1：1～1.5，为消除离析，适量加入水泥用量3%陶土，0.9%的碱等添加剂。
采用单管法注浆施工主要机具设备规格，技术性能，数量见下表：
1.3作业人员：
配备专业测量放线人员1名，每台钻机各1名专业机操工，普工各6名。
2.施工工艺
2.1工作原理：
利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆夜通过钻杆下端的喷射装置，向四周以高速水平喷入土体，借助流体的冲击力削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度（20L/min）旋转，一面低速（15～30cm/min）徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀，具有一定强度的圆柱状固结体，从而使桩底部土体的端阻力明显提高。
2.2工艺流程操作及参数
定位→清障→钻机就位→钻孔插管→喷射→作业→拔管→清洗器具→移机
2.2.1放样定位清障：根据桩位平面布置图，找出已完成的桩，设置桩位标志，挖机开挖，清出桩顶。开挖中严防桩顶碰伤及超挖土层。
2.2.2钻孔插管：将钻头对准孔位中心，同时钻机平面应放置平稳水平，沿管桩内腔中心位置引孔，徐徐钻入，达到设计深度时，即可开始旋喷。
2.2.3喷射作业：自下而上地进行旋喷作业，水泥浆液压力控制在20-30Mpa，流量控制在90-100L/min，速度20-25cm/min，水泥掺入量为333kg/m。并随时做好喷浆时间、用浆量情况、压力变化等记录，
2.2.4拔管：旋喷管被提升到标高顶部时清孔的喷射注浆即告完成。
2.2.5冲洗：在拔出旋喷管后逐节拆下，进行冲洗以防浆液在管内凝结堵塞。
2.2.6移开钻机：将钻机移到下一孔位。
2.3关键控制点控制方法
2.3.1喷射程序：高压喷射注浆，均自下而上连续进行。当注射管不能一次提升完成，需分成数次卸管时，卸管再喷射注浆的搭接长度不小于100mm ，以保证固结体的整体性。
2.3.2复喷工艺：在出现意外情况时，可采取复喷工艺。复喷射时先喷水，以确保成桩质量。
2.3.3固结体控形：本工程采用边提升边旋转的工艺，最后形成圆柱状固结体，尤其要做好对喷射压力和注浆量，喷嘴移动方向和速度控制。以保证固结体最终的成形的质量。
2.3.4冒浆：在旋喷桩施工过程中，往往有一定数量的土颗粒，随着一部分浆液沿着注浆管管壁冒出地面。通过对冒浆的观察，可及时了解地层状况，判断旋喷的大致效果和确定旋喷参数的合理性等。根据经验，冒浆（内有土粒，水及浆液）量小于注浆量20%为正常注浆，超过20%或完全不冒浆时，需查明原因及时采取相应措施。
流量不变而压力突然下降时，需检查各部位的泄露情况，必要时拔出注浆管，检查封密性能。
出现不冒浆或断续冒浆时，若系土质松软，则视为正常现象，可适当进行复喷，若系附近有空洞、通道，则提升注浆管继续注浆直到冒浆为止，或拔出注浆管待浆液凝固后重新注浆，直至冒浆为止。或采用速凝剂，使浆液在注浆管附近凝固。冒浆量过大的主要原因，一般是有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量所致。
2.3.5收缩：在浆液与土粒搅拌混合后的凝固过程中，由于浆液析水作用，一般均有不同程度的收缩，造成在固结体顶部出现一个凹穴，凹穴的深度随地层性质，浆液的析出性，固结体的直径和全长等因素不同而不同，喷射10m长固结体一般凹穴深度在0.3~1.0m，单管旋喷的凹穴最小，约0.1~0.3m，为防止因浆液凝固收缩，产生凹穴使已加固地基与桩底部出现不密实或脱穴等现象，采取超高旋喷（旋喷处理地基的顶面超过桩底面，其超高量大于收缩高度）。
五、各项保证措施
1.质量保证措施
1.1钻机就位时，需填平找实，开钻前检查垂直度、桩位确认无误才允许开钻。
1.2钻进深度需达到加固孔深。
1.3喷浆前必须检查高压设备和管路系统。尽量缩短高压软管的长度，保证其长度不超过30M。
1.4要做到对水泥、水的计量搅拌，流量、冒浆情况等做好记录。
1.5注浆浆液需搅拌均匀，随拌随用，浆液在初凝前用完。
1.6施工中严格按并如实记录各参数和出现的异前现象。
1.7为防止因浆液凝固收缩影响胶结质量，施工中采取交接处超喷500mm（即加喷500mm）以确保高压旋喷桩桩身与预应力管桩胶结质量。
1.8为保证桩身连续性，在拆卸钻杆时要有≥100mm的复喷长度
1.9施工结束后，应检验桩体强度、平均桩径、桩身位置、桩体质量及承载力等。桩体质量及承载力检验需在施工结束后28d进行。
1.10高压喷射注浆体施工完成后，未达到养护龄期28d时不得投入使用。
2.安全和文明施工措施
2.1进入施工现场必须戴安全帽。
2.2机电设备基础必须稳固，转动部位要设防护装置。
2.3机电设备不准带病动转或超负荷作业。
2.4机电设备做到三级配电、二级保护，注意保护过路电缆。
2.5检查设备时必须切断电源，并挂牌示。
2.6排除堵管故障时，浆管必须有专人把持或踏在脚下，以免乱甩伤人。
2.7順管路时，风压不要超过0.5Mpa。
2.8夜间施工有足够的照明，临时照明电线和灯具应高地表2.5m。
2.9施工现场必须配备适量的消防器材。
2.10施工过程中需对冒浆进行妥善处理，不得在场地内随意排放。可采用泥浆泵将浆液抽至沉淀池中，对浆液中的水与固体颗粒进行沉淀分离，将沉淀的固体运至指定排放地点。
2.11工程材料、机具分门别类有条理地堆放整齐，机具设备定机、定人保养上，保持机容整洁，运行正常。
2.12在施工中严格按照经审定的施工组织设计时时各道工序，工人操作要求达到标准化、规范化、制度化，做到工完料清，场地上无淤泥积水，施工道路平整顺畅，实行文明施工。
六、结束语
先张法预应力混凝土管桩底部用高压旋喷桩进行土体加固技术是在工程实践与探索中不断发展进步的，该技术在工程中应用的成功实例，其经验有益于这一技术领域的进一步研究和发展。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。