□胡永生 □曹 偉(黃河勘測規(guī)劃設計有限公司)
□羅國杰(華北水利水電學院)
PHC樁的錘擊貫入度問題探討
□胡永生 □曹 偉(黃河勘測規(guī)劃設計有限公司)
□羅國杰(華北水利水電學院)
本文通過工程實例,介紹了預應力高強混凝土管樁貫入度設計的一般方法,指出了目前設計中存在的問題,提出廣東沿海地區(qū)可結合具體地質條件,適當減小貫入度控制值的建議。
PH C樁;貫入度;容許承載力;試驗
預應力高強混凝土管樁(簡稱PHC樁)具有強度高、耐打性好、施工快、造價低、檢測方便的特點,現已廣泛應用于水利工程、工業(yè)與民用建筑、橋梁、港口碼頭等工程。特別是在廣東沿海地區(qū),軟土地基分布廣泛,基巖風化層較厚,采用PHC樁作為建筑物基礎十分普遍。
PHC樁通常采用錘擊沉樁方法施工,在堅硬土層中用貫入度控制樁長。現行《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ94-2008)在預制樁錘擊沉樁施工一章中對貫入度控制有所規(guī)定,第7.4.6條:“當樁端位于一般土層時,應以控制樁端設計標高為主,貫入度為輔;樁端到達堅硬、硬塑的粘性土、中密以上粉土、沙土、碎石類土及風化巖時,應以貫入度為主,樁端標高為輔?!?/p>
顯然,對于堅硬土層,預制樁錘擊施工時對貫入度“必須嚴格控制”,但是貫入度應由誰確定、如何確定并沒有十分明確的規(guī)定。因為貫入度不大可能由施工人員自行確定,目前一般是由設計人員參考有關經驗予以提出,成為一項“設計要求”應達到的指標,同時往往要求結合試樁情況進行必要的調整。現行規(guī)范沒有明確預制樁貫入度限值和設計可采用的規(guī)范計算公式,顯然貫入度作為錘擊預制樁設計指標缺乏規(guī)范依據。
小虎島防洪排澇工程位于廣州市南沙地區(qū)黃閣鎮(zhèn),隨著南沙地區(qū)大規(guī)模開發(fā)建設,原有的防洪排澇工程已不能滿足現代化城市建設要求,需要新建改建該區(qū)內河涌工程和水閘、泵站工程,沙多碼泵閘是該工程的重要組成部分。
泵間基礎采用PHC樁,直徑Φ400(AB型),管壁厚95mm,樁尖為十字型樁尖。采用D35柴油錘打樁機,沖程1.8~2.3m。設計要求單樁承載力特征值為450kN?;A平面尺寸為15.4m×7.85m,底板厚1.2m,樁長10~14m,樁數50根。
目前廣東番禺水閘泵站工程采用預制樁的一般是乙級建筑物,由于國家規(guī)范對地質條件并不復雜的乙級建筑物沒有規(guī)定要進行現場試驗確定單樁承載力,而是“可參照地質條件相同的試驗資料”并結合原位測試和經驗參數確定,所以這類建筑很少在設計施工前進行樁試驗,其貫入度要求是依據經驗設計的。
依據《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ94-2008),以摩擦為主的預制樁單樁承載力可用下式估算:
式中:Ra—單樁豎向承載力特征值;
Quk—單樁豎向極限承載力標準值;
qsik—樁側第i層土極限側阻力標準值,可按地區(qū)經驗確定,無經驗時可按規(guī)范表5.3.5-1取值;
Ap—樁端面積;
up—樁身周長;
qpk—樁極限端阻力標準值,可按地區(qū)經驗確定,無經驗時可按規(guī)范表5.3.5-2取值;
li—按土層劃分的各段樁長。
經計算,單樁豎向承載力特征值為660kPa,設計沒有明確應達到的承載力,要求最后三陣錘平均貫入度<20~30mm,樁端設計標高為參考,但提出可以結合試樁情況進行必要的調整。
現以本工程為例,該工程的地質條件如表1。
表1 地質概況表
設計要求:樁長L=10~14m,樁徑400mm,最后三陣每陣10擊貫入度≤2~3cm(錘重3.5t,落距1m),單樁容許承載力450kN。
如用格氏經驗公式計算貫入度,即:式中:S—打樁最后階段平均每錘的貫入度(mm);
n—樁及樁墊材料系數?;炷翗队媚緣|,n=0.15;
Q—錘重(kN);
q—樁、樁帽、樁錘的非沖擊部分重力(kN);
H—錘擊高度(cm);
A—樁的橫截面積(cm2);
m—安全系數,永久建筑為2;
p—單樁容許承載力(kN)。
將本例有關數據代入格氏經驗公式后即得:
計算結果與設計要求基本相符。但在實際施工中,樁管打至設計標高時,部分管樁貫入度較大,達5~10cm(10擊),距設計要求相差相對較大。為此,我們選擇4根樁進行了靜載測試,有關數據如表2、表3。
表2 施工記錄表
表3 靜載試驗表
試樁資料中表明上述PHC樁貫入度相對較大,經進行補充地質勘探分析,上述部位地層風化嚴重、全風化層較厚。
(一)根據地質資料確定樁長,對于地質復雜的建筑物,需要詳實的地質資料,以確定樁尖落到哪一層,進入持力層多少,否則貫入度有可能與設計不符。
(二)對于貫入度達到控制值,但樁底沒有達到設計標高的管樁,應具體分析,可以適當減少貫入度控制值,在保證承載力前提下,防止對樁身造成破壞。根據廣東沿海地區(qū)的具體地質條件,貫入度可以控制在50~80mm范圍內。
(三)參考有關文獻,在施工條件和地質條件基本相同的情況下,PHC樁貫入度較錘擊沉管灌注樁的貫入度明顯偏小。這主要是因為PHC樁較沉管灌注樁質量相對較重、樁身表面相對光滑所致。
(四)基于格氏經驗公式是打樁動力經驗公式,考慮地基土對樁的壓縮影響,按變形協(xié)調原則提出的控制貫入度的經驗公式,對錘擊PHC樁,與試樁資料分析較沉管灌注樁吻合性相對較好。
(五)貫入度是一個較復雜的問題,受不同土質、不同樁長、不同樁徑、不同施工方法及不同荷載的影響很大,完全套用預制樁的動力公式設計PHC樁錘擊貫入度,有可能與實際情況不符。管樁施工是一個復雜的樁、土共同作用的過程,要從理論上對貫入度做一個比較準確的定量分析是比較困難的,至少現在的理論還不是很成熟。具體施工時可以結合試樁資料進行必要的調整。參考文獻
[1]葉靜,田迪.預制樁設計施工中的關鍵環(huán)節(jié)——貫入度[J].遼寧建材,2007,(7),47-48.
[2]田政海,曹文貴.錘擊式沉管灌注樁貫入度控制標準的探討[J].水電站設計,2002,(6),95-97.
2011-07-23