軟土地基中預應力混凝土管樁的選用與施工

摘要：預應力混凝土管樁具有施工進度快、干作業(yè)、靜壓樁的噪聲低、造價省、有很高的軸向承載力等眾多特點,但其抗拉、抗裂強度差,在軟弱土地基中易斷樁和樁位嚴重偏位,為此提出施工方法及注意點。

關鍵詞：軟土地基;預應力混凝土管樁;施工

[中圖分類號] TU753165 [文獻標識碼] A 　[文章編號] 100228498 (2008) 0120031203

Selection and Construction of Prestressed Concrete Pipe Piles for Soft Soil Foundation

WU Xue2feng

( Hangzhou Guangsha Engineering Construction Supervision Co. ,Ltd. , Hangzhou , Zhejiang 　310009 , China)

Abstract: Prestressed concrete pipe piles have many advantages , such as fast construction progress , stem　operations , low noise as well as static piles , low cost , and high axial bearing capacity , however , its tension　strength and anti crack capacity are poor. In the soft ground , they could be broken easily , and may deviate　from original position seriously. Therefore , the anthor puts forward some measures.

Key words :soft soil foundation ; prestressed concrete pipe piles ; construction

　　軟弱土是指淤泥、淤泥質土和部分沖填土、雜填土及其他高壓縮性土的統(tǒng)稱。由軟弱土組成的地基稱為軟土地基。這類土廣泛分布于我國東南沿海和內陸江河湖泊濕地的周圍。其特性為: 含水量高、抗剪強度低、壓縮性高、滲透性小、具有明顯的結構性和很大流變性。該類土質往往不能作為天然地基。樁基礎工程在該類土層中也存在明顯的質量隱患。對灌注樁而言,易發(fā)生斷樁和縮頸等質量問題。

      預應力混凝土管樁具有施工進度快、干作業(yè)、靜壓樁的噪聲低、造價省等眾多特點,故在地質條件允許及抗震烈度小于7 度的地區(qū),目前大多數(shù)工程優(yōu)先選擇采用預應力混凝土管樁。但很多設計在軟土地基的預應力混凝土管樁選擇上往往存在失誤,施工單位也未針對軟土的特性采取相應的措施,導致樁基完成后動測結果顯示有大量的斷樁存在,以及樁位嚴重偏位。預應力混凝土管樁具有很高的軸向承載力,但其抗拉及抗裂強度很差,且斷樁常發(fā)生在打樁過程和挖土過程中,當上部結構荷載產生后,由于對樁體的壓應力,此時已不易產生斷樁。根據(jù)對地質條件相近、臨近杭州西溪濕地的9 個單位工程的預應力混凝土管樁動測結果進行統(tǒng)計歸類得出:無基坑的樁的斷裂主要在樁頂8m以內的焊縫位置,因配樁不當引起。而有基坑的樁的斷裂主要在樁頂8m 以內的焊縫位置和樁頂3～6m的范圍,主要因配樁不當和土方開挖引起。薄壁樁的斷裂是厚壁樁的3 倍左右。樁位嚴重偏位超出規(guī)范要求的占總樁數(shù)的15182 %。

1 　樁在軟土中的受力特點

1.1 　軟硬土交界處

      由于打樁速度快,土體運動加劇,導致對先成樁的擠壓力很大,如果下部土層堅硬或有堅硬夾層,可能導致樁體在軟硬土交界部位產生橫向裂縫。如圖1 所示。

      當樁在向下施壓下沉的過程中,樁給周邊的土施以壓應力,土體需要釋放應力,就會移動變形,由于上部土層的約束小于下部土層,土體產生水平位移和上升位移,這種位移導致土體對成樁上部的側向擠壓加大,使樁受彎斷裂。

　　當然,也不是越近地表這種壓力越大,由于離沉樁越遠的部位越近地表的土體向上的變形約束越小,土體可向上位移,土體隆起,對側向的壓力也逐漸減小。具體對已成樁的壓應力如圖2 所示。

1.2 　焊縫位置處

　　焊縫位置是管樁的薄弱位置,其抗裂彎矩較樁管部位小,且該部位易產生應力集中。故在焊接質量不良、擠土嚴重的地區(qū),管樁的裂縫有60 %發(fā)生在焊縫位置。故在軟土地基中,應重視管樁的焊接質量的檢查。做到三人三邊三遍圍焊。焊縫自然冷卻后入土(冷卻時間≥8min) ,防止焊縫脆裂。同時配樁時要參照地質報告,避免接頭在軟硬交界的軟土層2m范圍內。因為堅硬土層具有嵌固作用,軟土的流動擠壓使樁在軟硬交界的軟土層2m范圍內的彎矩很大,極易達到樁的抗裂彎矩。

1.3 　樁頭3～6m的范圍內

　　由于樁工機械、挖土機械的運行以及臨近基坑邊的土體壓力易導致樁頭3～6m 的范圍內發(fā)生斷裂,而且這種斷裂往往伴隨樁頭嚴重位移甚至樁體錯位。

     1) 樁工機械的重量很大,當樁頭離地表僅有1m 左右時,樁工機械的壓力使表層軟土發(fā)生水平位移導致樁上部發(fā)生斷裂。另外由于樁機施壓抬機下墜振動,使土體流變后對已成樁的側壓導致斷裂。所以要合理選用樁機,不能太大,防止壓力變形;不能太小,防止樁機抬機下墜振動使土體流變?？紤]樁在軟土中的固結強度很大,往往壓樁力僅須選擇單樁設計承載力的112～118倍即可。

    2) 挖土機械的運行對土體形成水平沖擊,使土體產生水平位移對樁頭產生沖擊,而且挖土機械在坑邊運行增加了對土體的主動土壓力,使靠近挖機部位的土體對樁的壓力加大而產生斷樁。如圖3 所示。

     3) 基坑邊坡的土體壓力也導致樁頭3～6m的范圍內發(fā)生斷裂, 這主要是邊坡的土體對臨近邊坡的樁產生主動土壓力, 使邊坡與樁之間的土發(fā)生擠壓后對樁產生水平推力, 當推力產生的彎矩大于樁的抗裂彎矩后,樁便產生裂縫。如圖4 所示。

     以上樁工機械、挖土機械的運行以及臨近基坑邊的土體壓力的影響均在樁的上部,經統(tǒng)計,樁的裂縫往往在3～6m的范圍內。在軟土中配樁時,考慮到焊縫這一薄弱點,最上部決不能配短樁,要求上部樁長≥8m。

2 　預應力混凝土管樁注意事項

2.1 　設計對樁的選擇

     軟土的應變變形很大,成樁對土體的擠壓對相臨樁的影響很大,如果樁的抗裂彎矩小,極易導致斷樁,故在軟土地中基慎用預應力混凝土薄壁管樁,可選用預應力混凝土管樁。如杭州市西湖區(qū)蔣村鄉(xiāng)大多數(shù)地區(qū)地表10～28m范圍內為淤泥質粘土或淤泥質粉質粘土,在該區(qū)塊范圍內選用預應力混凝土薄壁管樁的工程平均斷樁率很高,其中45 %為Ⅲ類樁,必須經處理甚至補樁方能保證工程質量,而選用預應力混凝土管樁的工程斷樁率較低且基本為Ⅱ類樁,有些征得設計同意可不做處理。因此,在針對該類土質進行選樁時,應慎用預應力混凝土薄壁管樁,應對沉樁施工的擠土效應對樁及周邊環(huán)境的影響充分考慮和計算。雖然同樁徑的預應力混凝土管樁比預應力混凝土薄壁管樁單價高20～30 元Pm左右,但預應力混凝土管樁容易保證工程質量,且預應力混凝土薄壁管樁發(fā)生質量問題的后期處理費用很高,且影響工期。對工程各方形成負面影響。

2.2 　施工配樁的選擇

     在軟土中配樁時,考慮到焊縫這一薄弱點,最上部決不能配短樁,要求上部樁長≥8m,如圖5a 所示。同時配樁時要參照地質報告,避免接頭在軟硬交界的軟土2m范圍內,如圖5b 所示。配樁時要求樁頭達到設計標高的要求,防止開挖時樁的一側土被挖除而產生懸臂力,具體如圖6 所示。施工配樁時,盡量選擇長樁,減少焊接接頭。

2.3 　打樁速度的控制

     由于粘性土、淤泥質土的固結時間較長,且樁體快速壓入會使土的性質劇變,土體的壓縮變形加大,故打樁速度應比其他土質慢,防止樁位偏移和斷樁。一般軟土地基中,在同一區(qū)塊每天不超過20 根。壓樁時,要緩慢壓入,壓樁速度控制在≤115mPmin。當樁進入堅硬土層時應緩慢加載,防止急劇施壓產生的沖擊使樁體開裂。

2.4 　土方開挖時的注意事項

     大多數(shù)工程均采用機械開挖土方,對土方開挖這一分部工程是比較經濟的方法,但它可能給樁基礎帶來很大的危害,正如前所說的斷樁,為此土方開挖應注意以下要點。

     1) 考慮到粘性土、淤泥質土的固結時間較長,施工組織設計時,應考慮全部成樁后15d 開挖,讓樁周土固結穩(wěn)定,嚴禁邊打樁邊挖土。

    2) 土方車有10～40t ,局部加壓后易使樁斷裂。故土方車嚴禁駛入樁頂挖土區(qū)域內。

    3) 嚴禁采用大挖機挖土,選用120t 以下的履帶式挖機輔以鋼墊板開挖(見圖7) ,以減小對土體的壓強。嚴禁挖機在樁頂來回走動,防止對樁頂產生屢次沖擊,且保留基底以上30cm人工開挖。

      4) 要求分層開挖,且樁周土的高差≤1m。若樁露出開挖面以上,則必須先掏挖挖機一側的土,以減小側壓,防止斷樁。

     5) 坑邊嚴禁堆土和其他建筑材料。

     6) 對于基坑,要求基底采用拉錨設計或采用灌注樁及連續(xù)墻圍護,防止邊坡滑移對樁體產生側壓。為了減少土體流變,可采取技術措施如下:當表層土的流塑性很大,分層開挖也不能保證樁體質量時,可先分層將表層土剝至樁頂115～2m 位置,借助鋼板樁和鋼墊板開挖,以減小對土體的壓強;開挖時應逐軸放鋼板樁和鋼墊板。

2.5 　其他注意事項

    1) 對樁的齡期要求　管樁混凝土強度達到設計強度,且常壓蒸汽養(yǎng)護后在常溫下靜停7d 后方可沉樁。

    2) 配樁時要盡量使樁頂標高達到設計標高,避免土方開挖時產生懸臂。

    3) 打樁前,若現(xiàn)場表土松軟、樁頂土層≤1m,應先填40～60cm 碎磚塊或礦渣等堅硬土,防止樁機陷入,同時減小軟土的變形。

    4) 加強施工現(xiàn)場排水,減小土體軟化。在雨水多的季節(jié)施工時,可在場地表層鋪15cm 粘土。

    5) 對樁垂直度要求　沉樁過程中經常檢查樁身垂直度,并及時糾正,當樁進入堅硬土層后,嚴禁采用移動樁架的方法強行回扳,防止斷樁。

    6) 對截樁的要求　應采用鋸樁器,或手持電動工具切割,嚴禁采用大錘橫向敲擊或強行扳拉。