梁竹林

云南省馬龍縣工程質(zhì)量監(jiān)督站

淺析靜壓式PHC管樁的沉樁機(jī)理及常見問題

梁竹林

云南省馬龍縣工程質(zhì)量監(jiān)督站

本文探討預(yù)應(yīng)力PHC管樁沉樁機(jī)理，闡述沉樁的終壓力與極限承載力的關(guān)系，并對(duì)工程中常見的質(zhì)量問題及處理方法進(jìn)行分析。

管樁；沉樁機(jī)理；終壓力與承載力；常見問題

1 前言

PHC管樁即混凝土預(yù)應(yīng)力管樁，這種樁具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、樁身混凝土強(qiáng)度高、貫入性好、運(yùn)輸?shù)跹b方便等特點(diǎn)。一般采用靜壓法施工，是通過靜力壓樁機(jī)以壓樁機(jī)自重和機(jī)架上的配重反力而將管樁壓入土中的沉樁工藝。這種方法具有低燥音、無振動(dòng)、工藝簡明直觀、接樁靈活、穿透力強(qiáng)、施工速度快、檢測方便等優(yōu)點(diǎn)，這種樁型的整體質(zhì)量明顯好于其它傳統(tǒng)樁型，質(zhì)量問題明顯減少。因其有較傳統(tǒng)樁型無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，得到推廣運(yùn)用。對(duì)此有必要對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁的沉樁原理及常見問題進(jìn)行分析討論，利于有效控制預(yù)應(yīng)力管樁的施工質(zhì)量。

2 靜壓式預(yù)應(yīng)力PHC管樁的沉樁機(jī)理

沉樁施工時(shí)，樁尖“刺入”土體中時(shí)，厚狀土的初應(yīng)力狀態(tài)受到破壞，造成樁尖下土體的壓縮變形，土體對(duì)樁尖產(chǎn)生相應(yīng)應(yīng)力，隨著樁貫入壓力的增大，當(dāng)樁尖處土體所受壓力超過其抗剪強(qiáng)度時(shí)，土體發(fā)生急劇變形而達(dá)到極限破壞，土體產(chǎn)生塑性流動(dòng)或擠密側(cè)移或下拖。在地表處，粘性土體會(huì)向上隆起，砂性土則會(huì)被拖帶下沉；在地面深處由于上覆土層的壓力，土體主要向樁周水平方向擠開，使貼近樁周處土體結(jié)構(gòu)完全破壞。由于較大的幅射向壓力的作用也使鄰近樁周處土體受到較大的擾動(dòng)影響，此時(shí)，樁身必然會(huì)受到土體的強(qiáng)大法向抗力所引起的樁周摩阻力和樁尖阻力的抵抗；樁頂靜壓力大于沉樁時(shí)的這些抵抗阻力，樁將繼續(xù)“刺入”下沉，反之則停止下沉。

3 終壓力與極限承載力

在靜壓樁施工完成后，土體中孔隙水壓力開始消散，土體發(fā)生固法強(qiáng)度逐漸恢復(fù)，上部樁樁穴區(qū)被充滿，中部樁滑移區(qū)消失，下部樁擠壓區(qū)壓力減小，這時(shí)樁才開始獲得了工程意義上的極限承載力。從大量的工程實(shí)踐看，粘性土中長度較長的靜壓樁其最終的極限承載力比壓樁施工時(shí)的終壓力要大（見工程實(shí)例1)，在某些土體固結(jié)系數(shù)較高的軟土地區(qū)，靜壓樁最后獲得的單樁豎向極限承載力可比終壓力值高出一倍多；但粘性土中的短樁，土體強(qiáng)度經(jīng)一段時(shí)間的恢復(fù)，摩阻力雖有提高，但因樁身短，側(cè)摩阻力占樁的極限承載力的比例差異不大，最終極限承載力達(dá)不到樁的終壓力（見工程實(shí)例2）。因此樁的終壓力與極限承載力是兩個(gè)不同的概念，兩者數(shù)值上不一定相等，主要與樁長、樁周土及樁端土的性質(zhì)相關(guān)，但兩者也有一定的聯(lián)系，終壓力的確定是靜壓預(yù)應(yīng)力PHC管樁施工成敗的關(guān)鍵（其基樁極限承載力值是否滿足設(shè)計(jì)值要求），在施工時(shí)宜結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)、樁長、地質(zhì)情況及試樁情況綜合分析確定。結(jié)合幾個(gè)工程PHC樁的施工及檢查情況，提出自己的想法，供同行參考。對(duì)設(shè)計(jì)承載力高的樁基工程，終壓力值宜達(dá)到設(shè)計(jì)值的2倍以上，并視地層情況及布樁情況考慮復(fù)壓；對(duì)于短樁，終壓力宜控制在設(shè)計(jì)值的2倍以上，并考慮復(fù)壓3次以上；對(duì)于中長樁，終壓力宜控制在設(shè)計(jì)值的1.5-2倍；對(duì)于長樁，終壓力宜控制在設(shè)計(jì)值1.0-1.5倍。

工程實(shí)例1馬龍縣法院審判法庭工程樁靜載試驗(yàn)

樁號(hào)終壓力(KN)樁長(mm)土體休止期(天)單樁豎向極限承載力設(shè)計(jì)值(KN)相應(yīng)沉降量(mm)相應(yīng)沉降量(mm)6#24#112#說明:1、由施工期緊，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工等部門同意在基樁休止期未達(dá)規(guī)范要求的情況下進(jìn)行工程樁試驗(yàn)。2、基樁試驗(yàn)時(shí)土體休止期很短，從沉降Q-S曲線不難看出其單樁豎向極限承載力遠(yuǎn)大于極限承載力設(shè)計(jì)值。1 1 7 17.0 13.0 15.3試驗(yàn)最終施加載荷(KN)1050 1000 1026 1026 1026 8.52 14.73 9.0單樁豎向極限承載力值(KN)≥1026≥1026≥1026≥8.52≥14.73≥9.00

工程實(shí)例2馬龍縣工商局紅盾家園小區(qū)B戶型住宅工程樁載荷試驗(yàn)

樁號(hào)樁長(mm)土體休止期(天)終壓力(KN)相應(yīng)沉降量(mm)試驗(yàn)最終施加載荷(KN)相應(yīng)沉降量(mm)23#10.0 41 815 912 51.13單樁豎向極限承載力值(KN)798 10.41單樁豎向極限承載力設(shè)計(jì)值(KN)1000注明：新回填土達(dá)4米

4 靜壓式PHC管樁施工過程中常見問題分析

4.1 PHC管樁自身存在問題

PHC管樁雖然質(zhì)量穩(wěn)定，但也會(huì)出現(xiàn)壁厚不均勻的情況；

PHC管樁雖然強(qiáng)度高，但易脆，樁身受外力作用易產(chǎn)生裂縫。因此PHC管樁運(yùn)到工程場地后，宜進(jìn)行外觀質(zhì)量檢測，必要時(shí)可進(jìn)行質(zhì)量抽樣檢測。

對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜，持力層起伏較大的工程場地，即使地質(zhì)資料詳細(xì)完整，也很難估計(jì)樁的實(shí)際長度，容易造成配樁超長或送樁過深的情況，超長需截樁，過深則需接樁，加大了工程成本。

4.2 終壓力的確定

前面已提到終壓力的確定宜根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)、樁長、樁周土和樁端土的特性及設(shè)計(jì)要求綜合確定，結(jié)合施工過程的實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整。許多工程在施工時(shí)，由于終壓力的確定不當(dāng)，導(dǎo)致檢測試驗(yàn)時(shí)單樁豎向承載力值不滿足設(shè)計(jì)要求，見工程實(shí)例3。

工程實(shí)例3馬龍縣龍庭苑御苑住宅（3幢）載荷試驗(yàn)

樁號(hào)樁長(m m)土體休止期(天)終壓力(KN)試驗(yàn)最終施加載荷(KN)相應(yīng)沉降量(mm)相應(yīng)沉降量(mm)單樁豎向極限承載力設(shè)計(jì)值(KN)23#28 1120 1311 11.40≥11.40 117#42 896 1226 53.11單樁豎向極限承載力值(KN)≥1311 1140 7.76 1300 216#11.00 14.00 16.0 41 784 1226 51.39 1140 6.77

4.3 樁靴的焊接質(zhì)量

對(duì)于樁靴的焊接質(zhì)量、要求與端板間無間隙、錯(cuò)位、保證焊縫飽滿，無氣孔。施焊對(duì)稱進(jìn)行，焊接時(shí)間控制要得當(dāng)，焊接完成后自然冷卻10分鐘左右方可施打，因高溫焊接遇水后易變脆，容易開裂。在實(shí)際施工中由于焊工的焊接技術(shù)參差不齊，導(dǎo)致焊接質(zhì)量差異較大；值得特別提示的是，普遍存在為趕工期，焊接完成后未經(jīng)自然冷卻即繼續(xù)施打。

4.4 樁頂（底）開裂

由于壓樁機(jī)械的壓力越來越大，最大可達(dá)6800KN。對(duì)于較硬土質(zhì)，終壓力己經(jīng)很大，但樁長仍達(dá)不到設(shè)計(jì)樁長，在反反復(fù)復(fù)施壓情況下，管樁樁身產(chǎn)生強(qiáng)烈應(yīng)力，樁頂混凝土易開裂，乃至產(chǎn)生垂直裂縫。另一種情況，管樁由軟弱層突然進(jìn)入硬質(zhì)持力層，沒有經(jīng)過過度層，樁機(jī)油壓迅速升高，樁身受到瞬間沖擊力容易引起樁頂開裂；如果硬持力層面不平整，樁端卡不進(jìn)土層引起拆斷破碎。

4.5 樁身上抬

由于靜壓樁是擠土樁，在場地樁數(shù)量較多，樁距較密的情況下，時(shí)常發(fā)生后壓的樁對(duì)已壓的樁產(chǎn)生擠壓上抬，特別對(duì)于短樁，易形成所謂的吊腳樁。防治出現(xiàn)樁身上抬，要在施工前合理安排壓樁順序，同一建筑物一般要求先壓場地中央的樁，后壓周邊的樁；先壓持力層較深的樁，后壓持力層較淺的樁。

4.6 基坑開挖

應(yīng)根據(jù)開挖深度考慮是否需要先圍護(hù)再沉樁的方案；邊打樁邊開挖是不可取的，先打樁后開挖應(yīng)考慮對(duì)稱均勻；如在中間開挖把土堆在四周就會(huì)造成四周和中心的土體高差懸殊，同時(shí)超孔隙水壓及震動(dòng)會(huì)使管樁傾斜或折斷；開挖樁間土?xí)r要選擇合適的機(jī)械以防止機(jī)械開挖過程中造成基樁淺部斷裂；所以合理制定基坑開挖方案，是必不可少的。

5 結(jié)束語

綜上所述可見，靜壓式PHC管樁的施工質(zhì)量的保證與地質(zhì)情況、樁數(shù)、樁距、樁長、終壓力確定、施工順序、基樁開挖進(jìn)度等多方面有關(guān)，有待在更多的工程實(shí)踐中不斷分析研究，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，有待加強(qiáng)對(duì)靜壓式PHC管樁在不同地質(zhì)條件下的沉樁機(jī)理的擊研究。對(duì)其耐久性和抗水平荷載的能力問題有待進(jìn)一步研究探討。

[1]JGJ94-2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JGJ106-2014.建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[3]相關(guān)基樁檢測報(bào)告.