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預應力砼管樁在武漢地區的應用

发布日期:2014-08-26 查看次数:1686
[摘要]    簡要介紹管樁在武漢地區的發展狀況,通過施工中存在的常見問題,提出參考性建議及解決辦法,解決目前施工中的困惑。

[關鍵詞]  管樁  靜壓樁 

§1.前言

近年来,随着建筑技术的发展,在武汉地区预应力砼管樁以其质量可靠、经济高效、工期短、施工便捷、对环境影响较小等优势,获得越来越多建设单位的青睐,建筑高度在100范围内的民用建筑物其首选桩型爲高强砼管樁,其单桩极限承载力取值己逼近管樁的桩身结构所对应的竖向承载力最大值,充分有效地发挥发了管樁的效能。但在武汉地区,相对于广东、江浙地区而言,管樁的生产和施工技术相对落后,技术监管部门对管樁的施工质量控制没有跟上建筑市场的发展,与本地区实际情况结合紧密的质量控制标准、验收规范尚没有出台,湖北省地方标准中对管樁的施工技术规范尚不是十分详尽,在施工现场,各施工单位、建设单位、监理单位等目前均参照目前国家管樁图集03SG409與《建築地基基礎工程施工質量驗收規範》(GB502022002),给管樁的施工带来一定的困惑,因而在施工过程中,不可避免地出现了一些质量问题和隐患,本文根据笔者在施工现场的一些实际经验谈谈一些初浅看法,供业界人士参考。

§2.質量控制要點

§2.1場地平整質量要求

對場區的地基土處理,存在以下兩種情況:

1)湖塘地區、耕植地

湖塘場區、耕植地的地表土平整質量直接關系到壓樁施工質量和施工進度,場地回填處理達不到質量要求,由于樁機自重大,壓樁機導致樁機在行走時陷機,輕則導致無法行走,重則導致壓樁壓壞樁頭、壓偏樁位,致使樁傾斜、斷裂。在前在武漢樁基施工市場,由于市場競爭十分殘酷,己形成低價競標之勢,加上建設單位對場區的回填、處理等不是十分到位,一部分施工單位承接到工程後,出于自身利潤考慮,對施工現場場區的處理未引起足夠的重視,導致質量事故時有發生。在東西湖馬池路某工程中,樁型選用PHCA500125)型管樁,送桩深度不足1,局部樁頭基本與自然地面齊平,由于現場原爲東西湖農場菜地,建設單位將場區的回填處理交給施工單位,但所考慮的處理費用極其有限,該施工單位爲自身成本考慮,同時自身施工經驗不足,壓樁施工過程中,處理不當,出現陷機時推土機推來建築磚碴、毛石等回填,最後導致該工程所施工4栋楼的管樁近80%偏移,最大達到0.99m,最後結果是4棟樓樁全部作廢,改用鑽孔灌注樁,其直接經濟損失達200余萬元。

根據筆者的施工經驗,對湖塘地區、耕植土的地表土處理,爲確保樁機行走、施工,場區地表土如爲淤泥質土,要進行換土處理,地土現場根據實際情況用建築磚碴硬化(其厚不小于0.5m),根據目前武漢市所選用樁機大小,以YZY600噸樁機爲例,對單樁承載爲4800KN的樁基工程,樁機自重不小于520噸,其短船大小約爲10.7m×2.2m,則現場經回填處理後的地表土的承載力不小于220KPa。在目前的湖北省地方標准《建築地基基礎技術規範》(DB42/2422003)中對地基表層中的承載力做了“不宜小于100KPa”的要求,與樁機實際所要求的承載力相差尚有差距。

2)老城區的地下障礙物

對老城區的地下障礙物直接影響壓樁進程和質量,在老城區施工,一般存在原拆遷建築物基礎,在施工前應盡可能進行清除,清除時,對超過50cm的砼塊、塊石等應清除出場外,如埋在表層土中,對壓樁仍然存在影響。在施工過程中,除遇地下障礙物,應及時停止施工,待清除障礙物後再進行施工,如強行施工,樁極易傾斜、甚至爆樁。

§2.2施工過程中的質量控制

§2.2.1樁位控制

靜壓樁的挤土效应对桩位偏移的影响十分明显,对樁位控制,除压桩前进行测量定位、复核之外,施工过程中、施工完毕后,均应进行控制观测,所设的控制点均应在不受压桩影响的区域,对设在施工场区的控制点,要及时进行校核。影响影响桩位的因素有以下几方面:

1)壓樁施工順序

施工順序選取不當,有可能整個建築物的樁位整體偏移,一般而言,宜先壓中間樁,從中間向兩側施工;對多樁承載台樁,應壓承台中間樁;如場區周圍有建築物或其他設施,應先壓臨近建築物周邊的樁。

2)場區地質條件

場區表層土如載承力達不到壓樁施工要求,且樁頂埋深小于1,樁機在行走過程中,極有可能擠偏己施工的樁,甚至造成斷裂。

對此種情況,應盡量避免樁機在己施工樁上行走。

3)場區周圍的地形地貌

场区地形地貌主要指建筑物、陡坎、湖塘等,地形地貌对桩位的影响主要是限制或加大挤土效应。对周围有陡坎、湖塘的场区,由于场区土体压力不均匀,在压桩过程中桩会朝土压力小的方向偏移,导致桩的超规范偏位,笔者在东西湖和沙湖湖边的几个工程中,碰到此种情况,根据常规的樁位控制方法,己难以见效,上述几个工程所采用的方法是,对己施工的桩位抽样开挖进行偏移测量,找出桩位偏移规律、方向、大小,对未施工的桩位在测放定位时有意反向偏移,以抵消挤土效应,其中最大的反向定位值达15cm

對臨近湖塘的軟土地基,要充分考慮壓樁機作用于土體以及水、土介質不同所産生的“相對主動土壓力”後,土體的整體向湖塘方向的蠕動作用,出現此種情況,極有可能造成建築物樁基整體大位移偏移,甚至傾斜,一旦出現此種情況,暫停壓樁,待對場區進行處理後再進行施工壓。

§2.2.2垂直度控制

目前施工單位在壓樁施工過程中,對垂直度的控制方法通常是在樁機控制室內吊一線錘,同時在樁機一側的也設一線錘,用目側進行控制,但最好是在上述基礎上再架設經緯儀進行觀測控制,以提高精度。

但在施工過程中,如樁尖進入較硬土層後垂直度偏差超過規範要求時,不可通過移動樁架回扳來調整垂直度,以防樁斷裂,要根據現場實際情況進行分析處理。

在送樁時,由于送樁器與樁段之間沒有焊接,在施壓時,操作人員在操作時,動作要小,以防夾持機構對送樁器的擾動過大,導致送樁器與樁頭的接觸面太小,致使樁頭局受壓,樁頭易受損甚至爆樁。

§2.2.3焊接質量控制

对焊接质量的控制,在目前的管樁图集中,提出了具体要求,其中焊接层数爲三层,焊接冷却时间小少于8分鍾,但在GB502022002規範中,對焊接層數沒能有做要求,焊接結束後的停歇時間爲不少于1分鍾,施工單位在施工時對此感到十分困惑。在壓樁過程中,特別是樁尖進入砂層等較硬土層後,壓樁過程中停歇時間過長,難以施壓,保證不了樁的入土深度,特別是單樁承載力較高的樁。

§2.2.4樁尖選用

工程中,對是否采用樁尖,采用什麽型式的樁尖,建設單位、設計單位及施工單位均有不同的意見,國家及地方技術規範是也沒有詳細的規定。作爲建設單位,要求使用樁尖,而且是封閉樁尖,但設計人員在考慮樁尖時,要求采用開口樁尖,但作爲施工單位,從成本方面考慮,不願采用樁尖。事實上,是否采用樁尖,對樁的施工質量、承載力及入土深度,幾乎沒有影響:

其一、采用樁尖與否,對樁的入土深度,幾乎不産生任何影響,不采用樁尖時,在樁入土一定深度以後,樁管內己被擠入一段土體,隨著入土深度的加大,樁管內土體的密實度會增加,擠入土體長度不會呈線性變化而增加,到了一定的土體長度後,樁管內的土體的作用己相當于樁尖,筆者在漢正街某試樁工程中,壓樁施工完畢後,經測量,樁管內填充土的高度最小的僅爲1.2m,大的有近5m

其二、對一部分設計人員提出采用開口樁尖以消除超靜水壓力的情況,有分析認爲,在壓樁施工過程中,要想超靜水壓力瞬時消失,也是不可能的,對樁的入土深度的不産生影響。超靜水壓力的消散,在壓樁施工完畢後的養護期內,會緩慢消散,試樁施工完畢後最短養護期爲7天。

§2.2.5單樁豎向承載力特征值的理論計算

笔者最近接触的几个管樁工程中,桩段选用PHCA/AB500125),單樁承載力極限值均較高,超過了4800KN,個別工程甚至達到5200KN,己逼近了该直径管樁桩身结构对应的单桩竖向承载力最大值(5400KN),有些根據工程岩土工程勘察報告,設計的持力層均較深,但在實際施工過程中,在壓樁油壓值達到承載力要求時,壓樁深度均小于設計深度,給施工單位在施工過程中帶來了施工難度和風險,按設計要求,必須達到持力層深度,但達到該持力層時容易引發爆樁及安全事故。筆者分析認爲,在壓樁過程中,樁尖進入較硬土層中後,由于土體的擠密壓實效應,樁側及樁端土本被擠壓密實,在達到一定程度後,作用于樁端土體的端阻力迅速加大,土體端阻力特征值與原狀土體的物理力學性質發生了變化,使單樁承載力值與理論值有較大的差距。這種情形也可以用太沙基理論進行解釋。根據太沙基土壓力理論,樁端土體受力後産生的滑動面可以分爲三個區域,如下圖所示:

根據太沙基假設滑動面,在樁端以下土體中,可能分爲三個區:

Ⅰ區—樁端下的楔形彈性壓密區,由于土與基底的摩阻力作用,此區土不發生位移而處于壓密狀態,其與樁底所形成的夾角爲φ

Ⅱ區—滑動面按對螺旋線變化,b點處所對應的切線垂直,c點處螺線的切線與水平角成(45°-φ/2)角;

Ⅲ區—底角與水平線成(45°-φ/2)的等腰三角形。

圖中B爲樁的直徑,D爲樁端埋深,γ爲土體重度,由太沙基地基土限承載力公式:

Pu=0.3γB NγcNcqNq(NγNcNq分別爲太沙基公式承載力系數,c爲土體內聚力)

以武漢漢口市區某工程爲例,樁端持力層爲細砂層(其上土體γ取均值爲18.5KN/m3,持力層土體c=0,埋深D40),管樁选用PHCAB500125),查表得NγNcNq分别爲40351

地基土極限載力Pu=851KPa

而事实上,该工程岩土工程勘察报告所提的该层土的地基承载力特征值爲256KPa,极限承载力值爲512KPa,與太沙基公式所計算的Pu=851KPa有較大的差值,但目前在計算單樁承載力值時樁端土擠密壓實效應沒有考慮,在實際施工時,用岩土工程勘察報告中所提供的參數進行承載力計算的承載力值與實際施壓情況差距較大,筆者在漢口台北一路、萬松園路等幾個工程中均出現這樣的情形,最大差值達1000KN

§2.2.6終壓條件

工程施工中,設計要求采用雙控,即樁長與油壓值雙向達到設計要求,這在施工中給樁長配置帶來較大困難,施工中難以達到這一要求。在施工中,由于土質非均習性産生擠土效應的波動,在不同的樁位上産生的情況是不同的,壓樁時樁的入土深度對應的壓力值是有出入的,一般在施工中,均以油壓值控 控爲主,桩长控制爲辅,但桩端必须进入设计持力层,且持力层必须有一定的厚度。对于持力层中有软弱夹层的,桩端要穿透该层土。

笔者在施工中碰到有些业主或监理单位代表提出,桩在压至设计承载力值时,能否稳压多长时间桩不再下沉,证实该桩确实到达了设计承载力值。事实是这是不可能的,因爲桩端持力层爲非钢性介质,在压力的作用下,会发生变形,直接的反应是桩会缓慢下沉,即桩不可能维持稳定。

§2.2.7樁段質量控制

目前在武汉地区正规生产厂家的管樁主要存在以下两类问题:

(一)端板不平

樁端板不平的主要原因有兩方面,其一端板質量達不到規範要求,預應力鋼筋在張拉過程中,由于端板質量不合格,導致端板受力後變形;其二是預應力鋼筋下料長短不一,張拉過程中端板各點受力不均而變形。端板不平在壓樁過程中不利于焊接,即使焊接好後,樁段上、下節之間的垂直度誤差較大,在施工過程中容易出現質量問題。

(二)樁端板下1範圍內砼不密實或砂漿厚度超規範要求

端板下1範圍內砼由于在生産過程中,布料不均或不夠容易出現砼不密實甚至空洞;在離心時同由于端板的及樁頭箍套內的砂漿不易外滲,導致砂漿厚度規範要求。以上問題的存在在施工過程中極易爆樁,特別是承載力較高的樁,在高壓力作用下,樁本身容易疲勞破壞,在樁有質量缺陷時,更易出現爆樁。在對樁段進入施工現場後,要仔細進行驗收,對有缺陷的樁,不可心存僥幸,一定要棄用。

引起爆桩的原因除了桩段本身的质量缺陷外,桩机的施工质量也是很重要的因素。桩机的夹持机构是否平整;夹持机构中心与桩段的中心是否在同铅垂线上,否則容易引起偏心受压而爆桩。

§3.結語

管樁在武汉的发展方兴未艾,但在施工过程中,也暴露了诸多问题。随着管樁应用的推广,需要更加切实可行操作规范的加强管理,在目前的设计规范中,对管樁的送桩深度没有限制,笔者在武汉汉口中心城区的某工程中,两层地下室,6万余米管樁中,有近18%要求送深12.3,其余送深在10.5~11.5不等,對送深在12.3的樁,在目前武漢的樁工比比资源先锋中,均無法達到這一送深,因爲这要求送桩器达到16長,而目前的壓樁機上吊車的最大起吊長度僅15米,而且即便送至該深度以後,所遺留下的問題也是難以處理的,其一是樁機是否有足夠的能力拔出送樁器;其二,送樁以後留下的孔洞也需要處理,首先是需要回填,用什麽回填能夠確保孔洞密實,事實上樁位孔洞在拔出送樁器後,孔壁土會回縮、坍塌,難以確保其密實,留下不密實的孔洞,對後續樁的施工的垂直度難以控制,留下的孔洞會造成擠土效應不均勻,樁可能會向有孔洞一側傾斜,一旦傾斜便難以糾偏,留下質量隱患難以處理。

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