趙羽
[關(guān)鍵記]PHC管樁;壓樁阻力;施工對策
一、研究內(nèi)容
隨著預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在工程建設(shè)中的大量應(yīng)用,對預(yù)應(yīng)力混凝土管樁以及高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的研究也進(jìn)一步加深。本文所要分析的內(nèi)容是在PHC管樁施工過程中樁頂標(biāo)高高于設(shè)計(jì)值樁身無法繼續(xù)進(jìn)^、土層現(xiàn)象。分析PHC管樁施工過程中樁體在進(jìn)入土層時(shí)所承受的阻力,找出解決壓樁阻力的技術(shù)措施。
二、壓樁阻力分析
設(shè)計(jì)人員對采用預(yù)應(yīng)力混凝土PHC管樁的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行單樁極限承載力設(shè)計(jì)時(shí),基本是按照現(xiàn)行的建筑樁基設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的。在理論狀態(tài)下計(jì)算PHC管樁豎向承載力的經(jīng)驗(yàn)公式將單樁的極限承載力大體分為兩部分,即樁外側(cè)摩阻力以及樁端阻力。
然而,設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于計(jì)算預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的承載力公式并沒有考慮土塞效應(yīng)對樁端阻力的影響,以及擠土效應(yīng)對樁外側(cè)摩擦力阻力的影響。預(yù)應(yīng)力混凝土PHC管樁在靜壓法施工沉樁過程中,抽端的土體一部分?jǐn)D向樁周產(chǎn)生擠土效應(yīng),而另一部分涌入管樁內(nèi)形成土塞產(chǎn)生土塞效應(yīng),在沉樁過程中土塞效應(yīng)和擠土效應(yīng)是同時(shí)發(fā)生的,兩者相互影響相互制約。隨著靜壓法施工PHC管樁的不斷進(jìn)行,群樁效應(yīng)也制約著樁基施工。
三、PHC管樁施工措施
1.工程概況
本課題依據(jù)某郵政處理中心綜合項(xiàng)目,研究預(yù)應(yīng)力混凝土PHC管樁壓樁阻力對施工造成的影響以及施工對策。樁基礎(chǔ)形式為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PHC),直徑為500mm、AB型、壁厚為125mm、設(shè)計(jì)樁長為9m,單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=4000KN。
2.PHC管樁施工措施
本工程采用靜壓法施工PHC管樁,施工機(jī)械采用液壓靜力壓樁機(jī)YZY800型及ZYJ600B各一臺(tái),PHC管樁運(yùn)輸采用托板掛車20t兩臺(tái)。具體施工方案:
(1)樁位放樣。根據(jù)布樁圖進(jìn)行準(zhǔn)確放樣,用全站儀、鋼尺定出每排樁位軸線和路基邊樁然后放樣逐樁中心,用消石灰作出樁位的圓形標(biāo)記。為防止擠土效應(yīng)及移動(dòng)樁機(jī)時(shí)的碾壓破壞。針對單樁、獨(dú)立承臺(tái)以及群樁制定不同的放線方案。當(dāng)樁數(shù)比較少時(shí),采用坐標(biāo)隨時(shí)復(fù)測:針對大面積群樁。在場地平整度較高的情況下,采用網(wǎng)格進(jìn)行控制,并在端頭樁位延長線上埋設(shè)控制樁,以便復(fù)核。
(2)管樁吊運(yùn)及壓樁。管樁吊起后,緩緩將樁一端送人樁帽中,待管樁放入樁機(jī)夾樁箱內(nèi)扶正就位后,將樁插入土中30cm-50cm的深度后,用兩臺(tái)經(jīng)緯儀(在接近90度的夾角方向)雙向控制樁的垂直度,條件不具備也可采用兩個(gè)線錘進(jìn)行垂直度控制。通過樁機(jī)導(dǎo)架的旋轉(zhuǎn)、滑動(dòng)進(jìn)行調(diào)整,確保管樁位置和垂直度符合要求后壓樁。
如超差必須及時(shí)調(diào)整,須保證樁身不裂,必要時(shí)拔出重插,不得采用強(qiáng)拔的方法快速糾偏而將樁身拉裂拉斷。
第一節(jié)樁入土30~50cm后檢查和校整垂直度,垂直度控制在0.5%以內(nèi)。開動(dòng)壓樁裝置,嚴(yán)格記錄壓樁時(shí)間和各壓力表讀數(shù),保持連續(xù)壓樁并控制壓樁速度在1min/m-2min/m。
(3)PHC管樁接樁及焊接。靜壓樁至原地面0.5-1.0m時(shí),停止靜壓進(jìn)行接樁,接樁前下節(jié)樁的樁頭加上定位板,然后將上節(jié)吊放在下節(jié)樁端板上,依靠定位板將上下樁接直,其錯(cuò)位偏差控制在2mm以內(nèi),開始焊接。
(4)PHC管樁終止壓樁。按照設(shè)計(jì)壓樁力1.3-1.5倍送樁,達(dá)到設(shè)計(jì)高程后持荷(正常壓力)10min且每分鐘沉降量不超過2mm后方可結(jié)束送樁。
(5)PHC管樁送樁或截樁。當(dāng)管樁露出地面或未能送到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高時(shí),則需要截樁。截樁要求必須用專門的截樁器,嚴(yán)禁用大錘橫向敲擊、沖撞。
四、常見問題原因
1.擠土效應(yīng)和振動(dòng)影響
原因分析:靜壓法施工預(yù)應(yīng)力管樁屬于擠土型樁,往往由于沉樁時(shí)使樁四周的土體結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng),改變了土體的應(yīng)力狀態(tài),產(chǎn)生擠土效應(yīng):施工方法與施工順序不當(dāng)。每天成樁數(shù)量太多、壓樁速率太陜、布樁過多過密,加劇了擠土效應(yīng)。
(1)控制布樁密度,對樁距較密部分的管樁可采用預(yù)鉆孔沉樁方法,孔徑約比樁徑小50-100MM,深度宜為樁長的1/3-1/2,施工時(shí)應(yīng)隨鉆隨打。
(2)控制沉樁速率,一般控制在1m/min左右;并制定有效的沉樁流水路線,并根據(jù)樁的入土深度,宜先長后短、宜先高后低。若樁較密集,且距建筑物較遠(yuǎn),場地開闊時(shí)。宜從中間向四周進(jìn)行:
(3)設(shè)置袋裝砂井或塑料排水板,消除部分超孔隙水壓力,減少擠土現(xiàn)象;設(shè)置隔離板樁或地下連續(xù)墻:開挖地面排土溝。消除擠土效應(yīng)。
(4)控制施工過程中停歇時(shí)間,避免由于停歇時(shí)間過程。摩阻力增大影響樁機(jī)施工,造成沉樁困難。
2.沉樁時(shí)遇到淺層障礙無法繼續(xù)沉樁
原因分析:由于地質(zhì)勘察報(bào)告中未能特別強(qiáng)調(diào)淺層障礙物及局部的土層分布深度和性質(zhì),導(dǎo)致沉樁時(shí)遇到淺部(3-4M)的老基礎(chǔ)、大孤石,較深部(20M左右)的硬塑老黏土和非常密實(shí)砂層、沙礫石層等情況無法施工。防治辦法:
(1)打樁前應(yīng)對場地原有建筑情況進(jìn)行詳細(xì)了解,并安排進(jìn)行探樁施工:對淺層障礙物可采用挖土機(jī)挖除,當(dāng)無法操作施工時(shí),可采用鉆機(jī)將障礙物鉆穿,然后在孔內(nèi)插樁后沉樁,嚴(yán)禁移動(dòng)樁架等強(qiáng)行回扳的方法糾偏。
(2)當(dāng)樁已入土較深,樁無法拔出時(shí),可采用小型鉆機(jī)將鉆具放入管樁中間的空洞中鉆孔,將障礙物鉆穿后繼續(xù)沉樁。
(3)選用的樁機(jī)能量大小應(yīng)與設(shè)計(jì)要求、樁徑、樁長及地質(zhì)條件相匹配。即樁機(jī)選型、配重應(yīng)符合施工要求。
(4)施工過程中要嚴(yán)格控制好樁身垂直度,重點(diǎn)應(yīng)放在第一節(jié)樁上,垂直度偏差不得超過樁長的0.5%,樁帽、樁身及送樁桿應(yīng)在同一直線上,沉樁時(shí)宜設(shè)置經(jīng)緯儀在兩個(gè)方向上進(jìn)行校準(zhǔn)。
3.松孔工藝
PHC管樁采用靜壓工藝進(jìn)行施工,靜壓前復(fù)核鉆孔位置是否準(zhǔn)確,確定后方可進(jìn)行靜力壓樁,壓樁采用壓力值和有效樁長雙控,終壓值按設(shè)計(jì)超壓20%為4800kN。PHC管樁設(shè)計(jì)樁長9m,分三段施工每段3m,復(fù)壓2-3次,最大沉降量小于等于30ram,具體控制指標(biāo)由現(xiàn)場施工人員負(fù)責(zé)操作。壓樁時(shí),壓力值不足必須繼續(xù)施壓,樁頂超深部分采取樁頭接樁,超出數(shù)值偏大時(shí)應(yīng)及時(shí)向設(shè)計(jì)人員反映調(diào)整樁長。如果靜壓達(dá)到壓力值而有效樁長滿足不了設(shè)計(jì)要求,樁頂標(biāo)高高出1000ram以上,采用松孔工藝。施工機(jī)械采用螺旋桿鉆孔機(jī),即在該樁點(diǎn)中心處進(jìn)行鉆機(jī)鉆孔,深度為工作樁端底部以上1000mm~1200mm,孔徑300mm。鉆孔達(dá)到指定深度后,正轉(zhuǎn)1/2時(shí)反轉(zhuǎn)提鉆,不得將土全部帶出。
采用松孔工藝施工PHC管樁時(shí)。應(yīng)按標(biāo)注方案圖點(diǎn)先進(jìn)行靜壓施工,當(dāng)施工時(shí)遇到PHC管樁無法繼續(xù)進(jìn)入土層,時(shí),標(biāo)注樁點(diǎn)進(jìn)行深引孔施工,引孔深度按該樁點(diǎn)樁底標(biāo)高上1.5~2m。鉆機(jī)應(yīng)在樁點(diǎn)外邊緣200 mm~500 mm處鉆孔,提鉆石不得帶出地下土,鉆孔后應(yīng)在2小時(shí)內(nèi)繼續(xù)施壓,樁頂標(biāo)高超高控制在200mm以內(nèi)。引孔工藝一般控制在群樁承臺(tái)范圍內(nèi)的PHC管樁,可根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)判斷具體樁點(diǎn)進(jìn)行引孔施工。
五、結(jié)論
1.分析壓樁阻力受力機(jī)理可知,土塞效應(yīng)只要影響壓樁阻力中樁端阻力因素,擠土效應(yīng)主要影響壓樁阻力中樁身側(cè)阻力因素,群樁效應(yīng)中樁端阻力與樁身側(cè)阻力都是壓樁阻力因素。但是以樁身側(cè)阻力為主。
2.經(jīng)過現(xiàn)場施工實(shí)際監(jiān)測PHC管樁沉樁全過程,得出壓樁阻力并不是隨著入土深度而逐步增加,而是伴隨著PHC管樁入土深度不同,所進(jìn)入土層的地質(zhì)條件而變化。在沉樁過程中,當(dāng)樁端底部穿入相對剛性土層時(shí),壓樁阻力雖然在不斷增加,當(dāng)樁端穿透硬土層進(jìn)入軟土層后。壓樁阻力變化明顯。
在施工預(yù)應(yīng)力混凝土PHC管樁時(shí),為了減小壓樁阻力對施工過程以及施工質(zhì)量造成影響,松孔與引孔施工措施是可以實(shí)施應(yīng)用的。