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預應力砼管樁在武漢地區的應用

發布日期:2014-08-26 查看次數:1463
[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

近年來,隨著建筑技術的發展,在武漢地區預應力砼管樁以其質量可靠、經濟高效、工期短、施工便捷、對環境影響較小等優勢,獲得越來越多建設單位的青睞,建筑高度在100范圍內的民用建筑物其首選樁型為高強砼管樁,其單樁極限承載力取值己逼近管樁的樁身結構所對應的豎向承載力最大值,充分有效地發揮發了管樁的效能。但在武漢地區,相對于廣東、江浙地區而言,管樁的生產和施工技術相對落后,技術監管部門對管樁的施工質量控制沒有跟上建筑市場的發展,與本地區實際情況結合緊密的質量控制標準、驗收規范尚沒有出臺,湖北省地方標準中對管樁的施工技術規范尚不是十分詳盡,在施工現場,各施工單位、建設單位、監理單位等目前均參照目前國家管樁圖集03SG409與《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》(GB502022002),給管樁的施工帶來一定的困惑,因而在施工過程中,不可避免地出現了一些質量問題和隱患,本文根據筆者在施工現場的一些實際經驗談談一些初淺看法,供業界人士參考。

§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后,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,送樁深度不足1,局部樁頭基本與自然地面齊平,由于現場原為東西湖農場菜地,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,該施工單位為自身成本考慮,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筑磚碴、毛石等回填,最后導致該工程所施工4棟樓的管樁近80%偏移,最大達到0.99m,最后結果是4棟樓樁全部作廢,改用鉆孔灌注樁,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,為確保樁機行走、施工,場區地表土如為淤泥質土,要進行換土處理,地土現場根據實際情況用建筑磚碴硬化(其厚不小于0.5m),根據目前武漢市所選用樁機大小,以YZY600噸樁機為例,對單樁承載為4800KN的樁基工程,樁機自重不小于520噸,其短船大小約為10.7m×2.2m,則現場經回填處理后的地表土的承載力不小于220KPa。在目前的湖北省地方標準《建筑地基基礎技術規范》(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,一般存在原拆遷建筑物基礎,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,待清除障礙物后再進行施工,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

靜壓樁的擠土效應對樁位偏移的影響十分明顯,對樁位控制,除壓樁前進行測量定位、復核之外,施工過程中、施工完畢后,均應進行控制觀測,所設的控制點均應在不受壓樁影響的區域,對設在施工場區的控制點,要及時進行校核。影響影響樁位的因素有以下幾方面:

1)壓樁施工順序

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

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

場區地形地貌主要指建筑物、陡坎、湖塘等,地形地貌對樁位的影響主要是限制或加大擠土效應。對周圍有陡坎、湖塘的場區,由于場區土體壓力不均勻,在壓樁過程中樁會朝土壓力小的方向偏移,導致樁的超規范偏位,筆者在東西湖和沙湖湖邊的幾個工程中,碰到此種情況,根據常規的樁位控制方法,己難以見效,上述幾個工程所采用的方法是,對己施工的樁位抽樣開挖進行偏移測量,找出樁位偏移規律、方向、大小,對未施工的樁位在測放定位時有意反向偏移,以抵消擠土效應,其中最大的反向定位值達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、土介質不同所產生的“相對主動土壓力”后,土體的整體向湖塘方向的蠕動作用,出現此種情況,極有可能造成建筑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,待對場區進行處理后再進行施工壓。

§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后垂直度偏差超過規范要求時,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

對焊接質量的控制,在目前的管樁圖集中,提出了具體要求,其中焊接層數為三層,焊接冷卻時間小少于8分鐘,但在GB502022002規范中,對焊接層數沒能有做要求,焊接結束后的停歇時間為不少于1分鐘,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后,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,采用什么型式的樁尖,建設單位、設計單位及施工單位均有不同的意見,國家及地方技術規范是也沒有詳細的規定。作為建設單位,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,但作為施工單位,從成本方面考慮,不愿采用樁尖。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,幾乎不產生任何影響,不采用樁尖時,在樁入土一定深度以后,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后,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,壓樁施工完畢后,經測量,樁管內填充土的高度最小的僅為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,有分析認為,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產生影響。超靜水壓力的消散,在壓樁施工完畢后的養護期內,會緩慢消散,試樁施工完畢后最短養護期為7天。

§2.2.5單樁豎向承載力特征值的理論計算

筆者最近接觸的幾個管樁工程中,樁段選用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,己逼近了該直徑管樁樁身結構對應的單樁豎向承載力最大值(5400KN),有些根據工程巖土工程勘察報告,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。筆者分析認為,在壓樁過程中,樁尖進入較硬土層中后,由于土體的擠密壓實效應,樁側及樁端土本被擠壓密實,在達到一定程度后,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,樁端土體受力后產生的滑動面可以分為三個區域,如下圖所示:

根據太沙基假設滑動面,在樁端以下土體中,可能分為三個區:

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為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為樁的直徑,D為樁端埋深,γ為土體重度,由太沙基地基土限承載力公式:

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

以武漢漢口市區某工程為例,樁端持力層為細砂層(其上土體γ取均值為18.5KN/m3,持力層土體c=0,埋深D40),管樁選用PHCAB500125),查表得NγNcNq分別為40351

地基土極限載力Pu=851KPa

而事實上,該工程巖土工程勘察報告所提的該層土的地基承載力特征值為256KPa,極限承載力值為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,用巖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,筆者在漢口臺北一路、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,由于土質非均習性產生擠土效應的波動,在不同的樁位上產生的情況是不同的,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 控為主,樁長控制為輔,但樁端必須進入設計持力層,且持力層必須有一定的厚度。對于持力層中有軟弱夾層的,樁端要穿透該層土。

筆者在施工中碰到有些業主或監理單位代表提出,樁在壓至設計承載力值時,能否穩壓多長時間樁不再下沉,證實該樁確實到達了設計承載力值。事實是這是不可能的,因為樁端持力層為非鋼性介質,在壓力的作用下,會發生變形,直接的反應是樁會緩慢下沉,即樁不可能維持穩定。

§2.2.7樁段質量控制

目前在武漢地區正規生產廠家的管樁主要存在以下兩類問題:

(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范要求,預應力鋼筋在張拉過程中,由于端板質量不合格,導致端板受力后變形;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,即使焊接好后,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范圍內砼不密實或砂漿厚度超規范要求

端板下1范圍內砼由于在生產過程中,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,導致砂漿厚度規范要求。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后,要仔細進行驗收,對有缺陷的樁,不可心存僥幸,一定要棄用。

引起爆樁的原因除了樁段本身的質量缺陷外,樁機的施工質量也是很重要的因素。樁機的夾持機構是否平整;夾持機構中心與樁段的中心是否在同鉛垂線上,否則容易引起偏心受壓而爆樁。

§3.結語

管樁在武漢的發展方興未艾,但在施工過程中,也暴露了諸多問題。隨著管樁應用的推廣,需要更加切實可行操作規范的加強管理,在目前的設計規范中,對管樁的送樁深度沒有限制,筆者在武漢漢口中心城區的某工程中,兩層地下室,6萬余米管樁中,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,在目前武漢的樁工機械中,均無法達到這一送深,因為這要求送樁器達到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后,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,送樁以后留下的孔洞也需要處理,首先是需要回填,用什么回填能夠確保孔洞密實,事實上樁位孔洞在拔出送樁器后,孔壁土會回縮、坍塌,難以確保其密實,留下不密實的孔洞,對后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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