对静压预应力管桩施工质量控制的探讨

摘要: 预应力管桩是一种新型桩基础，但由于施工技术经验不足，在软弱土应用过程中容易出现桩身倾斜、浮桩、断桩等质量问题。本文作者结合多年工作经验，谈谈静压式预应力管桩的质量控制。

关键词:静压法预应力管桩质量控制探讨

近几年来,静力压桩在我国已发展成为一套较为完整的施工技术。静压桩相对于其他桩型有许多优越之处,如施工无噪声、无振动、可定量观察整个沉桩过程等。但是,静压法沉桩适用于压缩性较大的粘性土地基。静压法PHC桩在设计和施工中如果质量控制不好, 极易造成基桩的承载力异常。

一、质量控制

1.设计质量控制

1)详细阅读地质勘察报告, 掌握工程地质情况,选定合适的桩端持力层, 要求桩端进入持力层一定深度, 尽量提高桩端阻力, 并保证和提高管桩基础的抗震性能。依此确定合理的桩长。桩端进入持力层的深度, 对于黏性土、粉土、残积土不宜小于2.5d, 砂土不宜小于2d, 碎石类土不宜小于1.5d, 强风化或全风化岩不宜小于d。

2)综合考虑工程地质条件和桩身强度, 确定合理的单桩承载力。当根据双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时, 对于黏性土、粉土和砂土, 可按下式计算:

（1）

式中： ―― 桩身周长；

――桩穿越第 层土的厚度;

――第 层土的探头平均侧阻力(kPa) ;

――第层土桩侧阻力综合修正系数, 黏性土、粉土: ; 砂土:；

――桩端平面上、下探头阻力, 取桩端平面以上4 ( 为桩的直径或边长)范围内按土层厚度的探头阻力加权平均值(kPa) , 然后再和桩端平面以下1 范围内的探头阻力进行平均;

――桩端阻力修正系数, 对于黏性土、粉土取2 /3, 饱和砂土取1 /2;

――桩端面积。

双桥探头的圆锥底面积为15cm2, 锥角600, 摩擦套筒高21. 85cm, 侧面积300cm2。

（2）

式中:为桩侧第层土的极限侧阻力标准值, 如无当地经验时, 可按《建筑桩基技术规范》 JGJ94―2008中表5.3.5―1取值;为极限端阻力标准值, 如无当地经验时, 可按《建筑桩基技术规范》JGJ94―2008中表5.3.5―2取值。

3)综合考虑工程地质条件、上部荷载及单桩承载力, 选择适宜的桩型。为保证成桩质量及减少对承载力的影响, 桩的长径比不宜大于100。桩的接头数量不宜超过3个。同一工程中, 避免采取不同类型的桩,以免造成施工错误。

4)综合考虑工程地质条件、单桩承载力, 确定管桩施工合理的终压值。由于土层的复杂性, 特别是持力层为细砂层且局部夹有薄弱土层的情况在地质勘察中不一定能被发现, 所以控制压桩终压值非常重要, 终压值宜大不宜小, 一般不宜小于单桩竖向承载力极限标准值。

2.施工工艺流程

测量定位压桩机就位吊桩、对准桩位调整垂直度压桩复核垂直度继续压桩接桩 压桩达到设计要求终止压桩桩机移位。

3.施工质量控制

1)桩混凝土需达到100%的设计强度后方可运输起吊, 堆放场地必须平整坚实, 不同规格桩应分别堆放。

2)确定压桩顺序

对群桩承台应考虑压桩时的挤土效应, 不同深度的桩基应先深后浅, 先大后小, 先长后短。同一单体建筑一般要求先施压场地中央的桩,后施压周边的桩, 当一侧毗邻建筑物时, 应由毗邻建筑物处向另一方向施压。

3)垂直度控制要点

①准确测放桩位, 压桩机准确就位, 调整机架垂直度, 并使桩机夹持钳口中心与地面上的桩位对准, 调平压桩机。压桩机按终压力要求配足重量, 满足最大压桩力的要求。一般只要桩机配重能达到单桩竖向承载力极限标准值的1.2倍左右,就不会产生压桩接近终压值时桩机抬起晃动引起对桩头和桩身的冲击所导致的桩体破坏, 桩身完整性也能得到保证。②当桩降至离地面100mm 左右时, 微调压桩机使桩尖对准桩位, 并将桩压入土中0.5～1.0m, 校正桩身垂直度, 垂直度偏差不应大于0.5%, 然后正式下压。③压桩过程中, 应测量桩身的垂直度。当桩身垂直度偏差大于1%时, 应找出原因并设法纠正。如发现地下有障碍物造成桩的倾斜位移时, 应将桩拔出,清除障碍物后再施工。④接桩时下节桩的桩头宜高出地面0.5m;下节桩的桩头处宜设导向箍。接桩时上下节桩应保持顺直, 错位偏差不宜大于2mm; 接桩连接面应干净; 焊接宜在桩四周对称、分层、均匀、连续地进行, 焊接层数不得少于2层, 焊缝应连续饱满; 焊好后的焊缝应自然冷却8min后方可继续施压。⑤送桩器与桩顶接触面必须咬合齐整, 并缓缓施压, 以防止送桩过程中发生桩身偏斜与桩顶位移。

4)桩顶标高和沉桩压力控制

管桩在施工过程中的桩顶标高和沉桩压力是衡量工程质量的一项重要指标。桩顶标高控制不准确将会给上部施工带来困难,而沉桩压力在一定程度上反映了桩的实际承载力。主要控制措施: ①在软土中, 以控制桩顶标高为主, 桩顶允许偏差+ 0.5mm;②桩尖位于硬塑黏土、粉土、碎石土、密实砂土层时, 应以压力控制为主;③持力层顶高程变化较大时, 应以控制沉桩压力为主;④桩尖进入粉土、砂土, 且压力已达到规定值, 但硬层下有软弱下卧层时, 应采取反复施压穿透软弱下卧层, 使桩尖进入设计持力层中。

二、常见质量问题及处理措施

1、桩顶位移

沉桩过程中, 相邻的桩产生横向位移或桩上升现象。主要原因: 桩数较多, 土层饱和密实、桩间距较小。在沉桩时土被挤到极限密度而向上隆起, 相邻的桩一起被涌起。在软土地区施工时, 由于沉桩引起的孔隙压力把相邻的桩推向一侧或涌起; 桩位放线不准, 偏差过大; 选择的施工顺序不合理; 土方开挖方法及顺序不正确。

预防措施: 沉桩期间不得同时开挖基坑, 需待沉桩完毕后孔隙水压力消散后方可开挖, 一般为14d左右;基坑开挖要采取一定排水措施, 留置边坡; 认真按设计图纸准确放好桩位; 选择合理的沉桩顺序。

2、 桩身断裂

桩在沉入过程中, 桩身突然倾斜错位, 下沉突然增大, 即可能桩身断裂。主要原因: 在沉桩过程中桩尖遇到地下障碍物, 桩身不能承受较大弯矩; 接桩处焊接质量不好, 接桩面不平整, 使局部应力过大, 导致桩局部碎裂; 在堆放、起吊、运输过程中, 也会产生裂纹或断裂未被发现, 在沉桩过程中桩身出现倾斜弯曲。

预防措施: 遇到障碍物应将桩拔出, 清除地下障碍物后再施工; 在初沉桩过程中, 如发现桩不垂直应及时纠正; 桩打入一定深度发生严重倾斜时不宜采用移动桩架来纠正; 接桩时, 要保证上下两节桩在同一轴线上, 焊缝要求洁净、连续、饱满; 桩在堆放、起吊、运输过程中, 应严格按照有关规定或操作规程执行。

治理方法: 当施工中出现断裂桩, 应会同设计人员共同研究处理办法。根据工程地质条件、上部荷载及所处的结构部位, 可以采取补桩的方法。

3、桩身倾斜

桩身垂直偏差过大。原因分析: 场地不平、有较大坡度; 桩机本身倾斜, 则桩在沉入过程中会产生倾斜;稳桩时桩不垂直, 送桩器、桩帽及桩不在同一条直线上。

预防措施: 场地要求平整; 压桩机架要垂直, 且要配有足够的配重, 保证机身的平稳。

4、沉桩达不到设计要求

桩设计时是以沉桩压力和最终标高作为施工的最终控制。一般情况下, 以一种控制标准为主, 另一种控制标准为参考, 有时沉桩达不到设计的最终控制要求。主要原因: 勘探点不够或勘探资料粗略, 勘探工作以点带面。致使设计考虑持力层或选择桩尖标高有误, 有时因为设计要求过严, 超过施工机械能力或桩身砼强度; 桩机及配重太小或太大, 使桩沉不到或沉过设计要求的控制标高; 桩身打断致使桩不能继续打入。

预防措施: 探明工程地质情况, 必要时应作补勘,正确选择持力层或标高; 防止桩身断裂, 打桩时注意桩身变化情况。

三、工程实例

某高层住宅楼工程, 占地面积东西80.15m, 南北17.2m, 层高16层, 基础埋深4.5m, 场地土层分布如表1所示。

表1 住宅楼地基土的物理力学性质指标

由于天然地基的承载力和变形均不能满足上部结构荷载的要求, 必须进行地基处理或采用桩基础。以往常用的CFG桩和灌注桩施工进度慢, 噪声大, 环境污染严重, 且造价高。经分析,设计采用了 400mm×95mm 预应力高强混凝土管桩基础,设计桩长20m,单桩承载力特征值要求达到1500kN, 采用静压法施工,桩的终压力值为3300kN。

该工程开始先打了3根试桩, 1号试桩在桩的终压力值达到3300kN时, 桩的入土深度为17m,终止沉桩。2号试桩在设计桩长全部沉入土中时, 沉桩压力才达到2400kN, 考虑到土体恢复一段时期后, 承载力会提高, 所以终止了沉桩。3号试桩与2号相同, 在桩长20m全部沉入土中时, 沉桩压力达到2700kN, 终止沉桩。静载荷试验在一个月后进行,使扰动的土体有足够的恢复时间。3根试桩的单桩竖向静载荷试验结果如表2所示

表2三试桩的单桩承载力极限值

1、3 号试桩单桩竖向承载力特征值均大于1500kN,2号试桩静载加载到第6级1800kN时,压力不能稳定, 桩身下沉量已达到60mm,很显然承载力不能满足设计要求。经分析,3号试桩经土体的恢复, 单桩承载力得到提高; 通过地质资料可以看出, 2号试桩桩尖没有达到持力层是它承载力低的原因。处理措施: 再接桩继续压桩, 当桩长达到了25m时, 终压值达到了3300kN,终止压桩。后经静载试验检测,2号试桩的单桩竖向承载力特征值达到了1500kN, 满足了设计要求。根据地质资料和试桩情况以及静载荷试验结果, 该工程在施工中以控制终压力值为主, 并且施压尽量压到设计标高, 减少基坑开挖后截桩; 适当调整了配桩桩长, 1号试桩附近根据试桩情况, 在满足设计要求的情况下施工桩长可以短一些, 这样可以给建设方节约一些资金。

结语

随着预应力管桩技术的不断推广应用和发展, 目前预应力管桩不论是从设计经验还是施工经验, 都在逐渐趋于成熟化。以及人们对预应力管桩的理论和工程实践经验的不断积累, 预应力管桩技术水平将会不断提高。但预应力管桩从工程地质及施工的角度考虑, 它也有一定的局限性, 因此, 在采用时要从多方面综合分析和考虑, 尽量避免质量事故的发生。

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