摘 要: 本文總結(jié)近幾年全國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn),針對(duì)武漢地區(qū)應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工中幾個(gè)問(wèn)題淺談一下觀點(diǎn)。
關(guān)鍵詞: 混凝土管樁,單樁承載力,擠土效應(yīng),樁位偏差,軟化。
中圖分類(lèi)號(hào): TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B 文章編號(hào): 100423152 (2006) 0620035203
1 前言
預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有樁身強(qiáng)度高( C60 ～C80) ,沉樁能力強(qiáng),單樁承載力高,施工周期短,造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),從2003 年開(kāi)始在武漢地區(qū)大面積推廣,取代傳統(tǒng)實(shí)心預(yù)制方樁、沉管灌注樁,已成為武漢地區(qū)建筑地基處理的主要樁型。
總結(jié)近幾年全國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn),以及在武漢地區(qū)的資料和現(xiàn)場(chǎng)施工、監(jiān)理的經(jīng)驗(yàn),擬討論以下問(wèn)題:
(1) 單樁承載力不滿足設(shè)計(jì)要求; (2) 預(yù)應(yīng)力管樁樁身質(zhì)量; (3) 預(yù)應(yīng)力管樁焊接質(zhì)量和接頭連接問(wèn)題; (4) 樁位偏差過(guò)大; (5) 樁管進(jìn)水樁端強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖軟化問(wèn)題。
2 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工中幾個(gè)問(wèn)題
2. 1 單樁承載力不滿足設(shè)計(jì)要求
承載力不足的原因主要有以下幾個(gè)方面:
(1) 勘察報(bào)告提供的qs 、qp 參數(shù)不準(zhǔn)確一些勘察單位提供的樁基參數(shù)過(guò)高,若設(shè)計(jì)單位據(jù)此進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì), 有可能造成單樁承載力不足。如果提供的樁基參數(shù)過(guò)低, 但試樁所得單樁承載力又很高,如何選擇合理的單樁承載力就很困難。建議武漢地區(qū)勘察單位針對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁存在擠土效應(yīng)對(duì)不同土層的qs 、qp 進(jìn)行進(jìn)一步研究和實(shí)測(cè)。
(2) 持力層起伏較大,施工單位雙控較難預(yù)應(yīng)力管樁優(yōu)點(diǎn)是樁身強(qiáng)度高,為了經(jīng)濟(jì)節(jié)約,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在樁身強(qiáng)度允許的范圍之內(nèi),使土的強(qiáng)度,即qs 、qp 充分的發(fā)揮。一般選擇較硬土層作為樁端持力層,如中密以上狀態(tài)的砂層、卵石層和強(qiáng)風(fēng)化巖作為樁端持力層。由于勘察手段不合理或取樣間距過(guò)大,對(duì)持力層的起伏未查清,因此雖然設(shè)計(jì)要求采取雙控,但施工單位很難把握,往往控制設(shè)計(jì)深度到了,而錘擊貫入度或油壓值達(dá)不到;或錘擊貫入度或油壓值達(dá)到了,而設(shè)計(jì)深度不到。為此,建議地勘單位能提供一定精度的樁端持力層的等深線圖。
(3) 預(yù)應(yīng)力管樁擠土效應(yīng)造成樁體上浮對(duì)于無(wú)樁靴的預(yù)應(yīng)力管樁,樁體排開(kāi)的土體不可能全部進(jìn)入管樁腔內(nèi)或被壓縮,實(shí)測(cè)表明進(jìn)入管樁內(nèi)的土芯長(zhǎng)度只能達(dá)到樁長(zhǎng)的1/ 3 ,擠土效應(yīng)是很明顯的。而有樁靴的預(yù)應(yīng)力管樁擠土效應(yīng)更大。擠土效應(yīng)會(huì)使樁體上浮,對(duì)于長(zhǎng)樁,由于樁下部進(jìn)入硬土層較深,發(fā)揮嵌固作用,上浮不明顯,而短樁比長(zhǎng)樁更易發(fā)生樁體上浮事故。對(duì)于高層的核心筒群樁部位,因?yàn)槿簶恫紭稊D土效應(yīng)就更明顯,造成打樁后土體隆起20 至30 cm ,甚至達(dá)40～50 cm。如果樁段之間焊縫質(zhì)量不好的話,擠土效應(yīng)會(huì)造成焊縫拉裂現(xiàn)象。樁體上浮將肇致工程樁試樁變形過(guò)大、承載力降低。
(4) 恢復(fù)期樁周土未充分固結(jié)預(yù)應(yīng)力管樁在沉樁過(guò)程中將使樁周和樁端一定范圍內(nèi)的土體擾動(dòng),側(cè)阻力和端阻力都有所降低。隨著超靜孔隙壓力的消散,土體重新固結(jié),樁側(cè)阻力和樁端阻力也不斷增加。為獲得較高承載力,一般要求樁施工完成后要間歇一定時(shí)間再檢測(cè)承載力,稱(chēng)間歇期或恢復(fù)期?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB50007 - 2002) 規(guī)定:預(yù)制樁在砂土中不得少于7 天; 粘性土不得少于15 天; 對(duì)于飽和軟粘土不得少于25 天。
2. 2 預(yù)應(yīng)力管樁樁身質(zhì)量問(wèn)題
(1) 樁材質(zhì)量問(wèn)題
預(yù)應(yīng)力管樁樁身砼強(qiáng)度設(shè)計(jì)為C60 至C80 ,主要是依據(jù)廣東、深圳地區(qū)采用花崗巖作為混凝土骨料,而武漢地區(qū)骨料不是花崗巖,強(qiáng)度低,要達(dá)到C60 至C80 有困難。雖然管樁通過(guò)離心法工藝和蒸高。但混凝土標(biāo)準(zhǔn)件試塊,試壓強(qiáng)度是否能真正代表預(yù)應(yīng)力管樁的強(qiáng)度,尚存疑問(wèn)。武漢地區(qū)預(yù)應(yīng)力管樁生產(chǎn)能力有限,往往是即壓即用,今日生產(chǎn),明日就運(yùn)到工地壓樁,缺乏養(yǎng)護(hù)期。因此,建議離心法工藝應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)樁段的試壓結(jié)果進(jìn)行比較,比混凝土標(biāo)準(zhǔn)件試塊更真實(shí)。
(2) 施工設(shè)備與樁型不匹配
管樁施工必須選擇與樁型相匹配的施工設(shè)備。如果施工中設(shè)備選擇不當(dāng),如小錘打大樁,由于擊數(shù)增加,很容易造成樁頭破損。應(yīng)嚴(yán)格控制樁身頂壓壓控力和抱壓壓控力。
(3) 硬土層中采用錘擊樁易造成樁身斷裂武漢地區(qū)呈密實(shí)的粉砂層,是預(yù)應(yīng)力管樁良好的樁端持力層,能夠獲得較高單樁承載力。如果樁身質(zhì)量不太好或使用薄壁管樁,錘擊法施工很容易造成樁身斷裂。當(dāng)?shù)刭|(zhì)報(bào)告中存在孤石,或硬土層下又有軟土層,必須穿過(guò)此硬土層時(shí),也可能造成樁身沉樁或打樁時(shí)出現(xiàn)樁斷裂現(xiàn)象。
2. 3 預(yù)應(yīng)力管樁焊接質(zhì)量和接頭連接問(wèn)題
(1) 管樁接樁部位焊接質(zhì)量差
管樁現(xiàn)場(chǎng)錘擊或靜壓時(shí),一般均要接樁1～3次,目前多數(shù)采用人工施焊,要求先對(duì)稱(chēng)焊4～6 個(gè)焊點(diǎn),再由兩名熟練焊工對(duì)稱(chēng)施焊,焊縫應(yīng)連續(xù)飽滿,不得有夾渣或氣孔,其層數(shù)應(yīng)在兩層以上。每個(gè)接頭一般約須20 分鐘焊完,再等焊縫自然冷卻8 分鐘,才能繼續(xù)錘打或壓樁。但實(shí)際施工時(shí),卻隨便拉沒(méi)有上崗證的人來(lái)施焊,因焊接質(zhì)量差和人為不易控制因素,造成樁尖與錨板間焊縫和錨板與錨板間出現(xiàn)焊接裂隙,焊渣空隙和急劇冷卻的收縮裂縫。
錘擊法施工時(shí)產(chǎn)生的上拔力和大面積群樁施工土體上浮產(chǎn)生的上拔力易將焊接質(zhì)量差的樁從接樁部位拔斷。另一方面,焊縫裂隙使管樁內(nèi)腔進(jìn)水,樁尖附近土體遇水軟化,加大樁基沉降量而引發(fā)事故。采用復(fù)打或復(fù)壓的辦法補(bǔ)救后,即使垂直樁的抗壓承載能力滿足設(shè)計(jì)要求,但抗水平承載能力仍然很差。
(2) 推薦兩種新的管樁接頭方法
為解決焊接質(zhì)量易受人為因素和天氣條件等影響,福建、廣東兩地已發(fā)明新的接頭方法。福建開(kāi)發(fā)并編制了福建省《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁機(jī)械快速連接接頭施工及驗(yàn)收規(guī)程》。管樁機(jī)械快速螺紋連接接頭是由螺紋端盤(pán)、螺母、連接端盤(pán)和防松嵌塊等組成。它是通過(guò)連接件的機(jī)械咬合作用及預(yù)應(yīng)力混凝土管樁端面承壓作用,將上一節(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁中的力傳遞至下一節(jié)預(yù)應(yīng)力管樁上。
廣東的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(機(jī)械) 快速接頭是以機(jī)械嚙合取代傳統(tǒng)的焊接工藝,以高強(qiáng)度帶鋸齒的齒條連接銷(xiāo)插入預(yù)埋在管樁端夾板的連接槽中,連接銷(xiāo)與藏于連接槽內(nèi)一對(duì)帶反面鋸齒形的鋼銷(xiāo)板通過(guò)彈簧的伸縮緊固作用,將兩者相互嚙合扣緊,從而將上下兩節(jié)樁牢固連成整體。
2. 4 樁位偏差過(guò)大
施工中應(yīng)嚴(yán)格控制樁的偏位,放線放樁之后,在錘打或壓樁前還需再一次復(fù)測(cè)樁中心位。如果偏差過(guò)大,超過(guò)規(guī)范規(guī)定限值,設(shè)計(jì)變更加大承臺(tái),將影響進(jìn)度并造成經(jīng)濟(jì)損失。產(chǎn)生樁位偏差過(guò)大原因主要有:
(1) 樁過(guò)密產(chǎn)生擠土效應(yīng)密集群樁施工過(guò)程中很容易產(chǎn)生擠土效應(yīng),后施工的樁很容易將先施工的樁擠偏位。一般采取經(jīng)常復(fù)測(cè)樁位的方法來(lái)避免產(chǎn)生偏位。
(2) 場(chǎng)地土質(zhì)軟,大靜壓機(jī)陷機(jī)超過(guò)400 t 的大靜壓機(jī),對(duì)場(chǎng)地表層土的強(qiáng)度有一定要求,如果表層土軟,未進(jìn)行處理。靜壓機(jī)行走過(guò)程中容易發(fā)生陷機(jī),可能將已施工的樁壓偏位。
為避免造成樁偏位,施工前應(yīng)對(duì)場(chǎng)地表層土進(jìn)行處理,一般采用拆房磚混凝土砌塊經(jīng)碾壓處理即可,處理厚度不得少于50 cm。
(3) 基坑開(kāi)挖水平位移過(guò)大基坑開(kāi)挖,遇到飽和軟粘土?xí)r,嚴(yán)禁邊打(壓) 樁邊開(kāi)挖或用挖土機(jī)挖土,最好用人工挖土,保持樁側(cè)土的高差應(yīng)少于1 m ,防止管樁被土的側(cè)壓力推斜,推裂或推斷。如果基坑開(kāi)挖采取放坡或柔性樁支護(hù)方式,將產(chǎn)生較大的水平位移,土體的位移必然帶動(dòng)坑內(nèi)樁產(chǎn)生位移。
2. 5 樁管進(jìn)水樁端強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖軟化問(wèn)題
(1) 樁管進(jìn)水的通道有:
?、?gòu)臉渡砗附淤|(zhì)量差接頭處和下開(kāi)口直接進(jìn)入。開(kāi)口樁尖的管樁,進(jìn)入樁芯的土塞沒(méi)有防水能力。
?、跇抖祟^板焊接不牢固,偏心錘擊或偏壓焊縫有裂縫,從裂縫中滲水進(jìn)入樁管內(nèi)部。
?、塾捎阱N擊使端頭板與預(yù)應(yīng)力筋錨固松動(dòng),而產(chǎn)生裂縫。
?、軜渡砘炷猎阱N擊、靜壓過(guò)程中,產(chǎn)生貫通樁壁的裂縫。錘擊樁收錘標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以到達(dá)樁端持力層,最后貫入度或最后1 m 沉樁錘擊數(shù)為主要控制指標(biāo)。靜壓樁施工時(shí)的終壓標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)結(jié)合樁長(zhǎng)、壓力值、地質(zhì)情況和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)等因素綜合考慮。
(2) 樁管進(jìn)水導(dǎo)致樁端強(qiáng)風(fēng)化巖軟化問(wèn)題武漢地區(qū)的強(qiáng)風(fēng)化巖主要是指泥巖和砂質(zhì)巖。管樁進(jìn)水后,樁端持力層軟化后的飽和單軸抗壓強(qiáng)度大大降低,此問(wèn)題必須引起充分重視。如
?、傧愀厶祉炘泛吞旄辉? 棟建筑物,采用24 m深管樁基礎(chǔ),持力層是幾十米深厚的強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r,已發(fā)生嚴(yán)重不均勻沉降傾斜事故,有的傾斜率已超過(guò)千分之三。
?、趶V東、深圳地區(qū)收集到37 棟建筑物,采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ),持力層在泥巖、粉砂巖、花崗巖上,有的產(chǎn)生傾斜沉降, 有的試樁不合格率達(dá)30 %至100 % ,實(shí)測(cè)樁極限承載力僅為設(shè)計(jì)極限承載力的20 %至90 %。
3 結(jié)語(yǔ)
預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有強(qiáng)度高、施工方便、造價(jià)低等諸多優(yōu)點(diǎn),近兩年來(lái)武漢地區(qū)已大面積推廣使用,最高已用到地下一層地上三十二層的高層建筑物?，F(xiàn)在急需制定像廣東、福建、浙江、上海市、天津市、沈陽(yáng)市等省市那樣的預(yù)應(yīng)力管樁技術(shù)規(guī)程和適合武漢地區(qū)地質(zhì)情況的管樁標(biāo)準(zhǔn)圖集,以適應(yīng)武漢地區(qū)建筑市場(chǎng)的需要。
