2023年预应力混凝土管桩处理软弱地基的施工.doc

预应力混凝土管桩处理软弱地基的施工 王年春 摘 要：介绍了预应力混凝土管桩法施工原理，并结合典型的工程即深圳市龙城街道办综合办公楼介绍了预应力混凝土管桩处理软弱地基的施工．可为以后类似的工程提供参考． 关键词：软弱地基；混凝土；预应力管桩 软弱地基是一种不良地基．由于软土具有强度较低、压缩性较高和透水性很小等特性，因此在软土地基上修建建筑物，必须重视地基的变形和稳定问题．在软弱土地基上的建筑物往往会出现地基强度和变形不能满足设计要求的问题，因而常常需要采取措施，进行地基处理．处理的目的是要提高软弱地基的强度，保证地基的稳定，降低软弱土的压缩性，减少根底的沉降和不均匀沉降．目前针对软弱地基的不同构成有很多不同的处理方法，本文结合深圳市龙城街道办综合办公楼的工程实践，对用预应力混凝土管桩处理软弱地基的问题作了一些探讨． 1 预应力混凝土管桩法施工原理 钢筋混凝土预制管桩是采用先张法预应力工 艺，经高速离心蒸汽养护〔常压或高压〕而成的一种自重轻而强度高的新型桩种，可以在工厂批量生产，生产灵活，质量稳定．该桩种具有混凝土强度高、抗弯性能好、耐久性好、设计布桩简便、缩短建设周期、适用性广等特点．但要注意，用柴油锤锤击入桩时噪声大且拌有浓烟油污，尤其在市区和居民区旁施工时，有悖于环境和文明施工要求，要慎重考虑． 钢筋混凝土预制管桩对软弱地基进行处理，是通过单桩轴向荷载的传递来承受上部荷载的过 程．在轴向荷载作用下，桩身将发生压缩变形；同时桩顶局部荷载通过桩身传递到桩底，致使桩底土层发生压缩变形，这 2 局部压缩变形之和构成桩顶轴向位移． 由于桩与桩周土体的紧密接触，当桩相对于土向下位移时，桩侧外表受到土向上的摩阻力． 在桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中，必须不断地克服这种摩阻力，故桩身截面的轴向力随深度逐渐减小，传至桩底截面的轴向力为桩顶荷载减去全部桩侧摩阻力，并与桩底支承反力〔即桩端阻力〕大小相等、方向相反．桩通过桩侧阻力和桩端阻力将荷载传递给土体，即土对桩 的支承力由桩侧阻力和桩端阻力 2 局部组成．由桩底土层的压缩变形导致的桩端位移加大了由于桩身的压缩变形引起的桩身各截面的位移，并促使桩侧摩阻力进一步发挥．一般来说，上部结构荷载是通过桩侧摩阻力与桩端阻力来承受，到达能在软土地基上进行上部结构施工的目的． 2 工程概况 本工程建筑占地面积9 716.87 m2， 地下1层，地上 17 层，总高度为 70.2 m，为框剪结构，需要混凝土预应力管桩加固处理的面积7 704.44 m2． 地质情况主要是场地西北局部约 3 000 m2是原来山地推平，东南局部为河流土杂填土回填所成．该区域地质复杂，强风化岩层外表的起伏比拟大，西北浅，东南埋置深，其上的覆盖层厚薄不太均匀；东南部场地有较厚的砂层．根据地质勘察和场地实际情况，经有关专题会议论证，并经过经济比选，决定采用静压预应力混凝土管桩加固处理地基．强风化岩层可作为混凝土预应力管桩的持力层，但静压桩机在做试桩时，桩管冲穿不了含砾粉质粘土层，达不到强风化粉砂岩层，后改为锤击预应力混凝土管桩加固处理地基．预应力混凝土管桩的 2 种施工工艺在本工程中都得到了应用．该工程桩基设计采用高强度预应力混凝土管桩 PHCAB 型〔桩径为 600 mm，壁厚 110 mm，管桩混凝土强度 C80〕 ，单桩承载力为 2 000 kN. 有效桩长为 18～25 m，总桩数 599 根．根底采用群桩上的整体筏板及局部承台． 由于管桩施工面地下水较丰富，地表层土质呈泥泞状，桩机无法进场施工．按设计方、甲方、监理方专题会讨论确定， 在地外表覆盖1层30 cm 厚的建筑垃圾，以方便桩机入场．最后，上部结 构施工单位进场后，办理交接手续，直接在桩基工程施工面上作根底． 桩基施工的方法大同小异，施工程序为：测量定位→桩机就位→复核桩位→吊桩插桩→桩身对中调直→静压〔或锤击〕沉桩→接桩→再静压〔或锤击〕沉桩→送桩→终止压桩→桩质量检验→切割桩头→填充管桩内的细石混凝土． 3 管桩的施工质量控制 静压法施工时一定要根据地质情况合理选择配重，压桩设备应有加载反力读数系统，送桩时桩头和送桩器之间应设置厚度适当的垫层；锤击法施工时一定要根据管桩的壁厚、打入深度、工程地质条件、单桩承载力及桩的密集程度等条件合理选择桩锤，施打时，桩头和桩帽之间也应使用厚度不小于120 mm的坚硬质木或硬纸板垫层，并须及时更换． 3.1 单桩承载力控制 在预应力管桩施工质量指标中，单桩承载力为主要控制项目中主要指标之一，是确保地基根底经过处理后，能否承载建筑物全部载重，确保建筑物长期不变形的重要参数．一般在每项建筑物设计中，对预应力管桩的质量指标均会提出，以承载力为主，桩长控制为辅的双控要求．影响单桩承载力特征值主要由桩侧、桩端地基土的物理力学性质、桩的尺寸和施工工艺所决定．设计院必须根据场地 岩土工程勘察报告 〔详勘〕 中，场地各地层承载力的大小和建筑物的荷重，经过计算选择桩端持力层，并在工程桩施工前，经过试桩、静载检测结果来校验设计计算的可靠性． 由于建筑物占地面积较大，加之岩土工程勘察报告中所提供的地层剖面有限，再加上沉积环境的变化，持力层在同一标高是十分罕见的．因此，在预应力管桩施工中，常常出现在确保单桩承载力特征值的同时，桩长控制非常困难．往往出现桩长有时长、有时短，给甲、乙双方造成一定的经济损失，为此，可以从以下方面解决． (1)施工企业在桩基施工前，必须详细阅读岩土工程勘察报告 ， 对勘察报告中提交的各条地层剖面及相邻剖面的关系，做到心中有数，对场地持力层的埋深及起伏变化要有空间概念，对地质剖面不清楚的地块，可以请勘察单位解释或提出补勘要求． (2)桩基施工前必须要求甲方对场地作到一通一平，去除场地内原有的全部建筑物根底、地下室、人防工事其地下障碍物，并用建筑垃圾回填，逐层碾压至地面标高． (3)场地四周应设排水沟，严禁生活用水、地表降水聚集场内，浸泡地基土． (4)桩基施工顺序，必须坚持从中间向四周，单向行进，严禁从两侧向中间行进的压桩顺序，不能出现打“关门桩〞现象． (5)没有地下室的场地，要充分考虑“挤土效应〞 ，应视桩基施工情况，开设应力释放沟、孔，也可以在桩位上部进行先取土后压桩；有地下室的场地，每桩上部均留有空孔局部，可以在施工过程中释放挤土应力．每个场地或同个场地地层变化不一样，为此在压桩过程中，随时注意压桩地面变化、沉桩速度和桩身长度变化，且必须及时采取措施处置． (6)由于场地持力层一般不会在同一标高，同一平面，而是会有起伏变化，有时甚至变化较大，为此合理调整桩长十分重要．在施工第一根工程桩时，应根据岩土工程勘察报告提交的持力层深度和试桩桩端埋深，合理调整桩长．施工第二根桩时， 必须根据第一根桩到达单桩承载力 〔油压值〕时的送桩深度〔桩顶标高〕进行调整，超过设计桩顶标高，那么必须增加配桩长度；接近桩顶设计标高〔一般在 1 m以内〕 ，可以保持上一根 桩的长度配桩；没有到达设计标高，且留有余地较大〔超过 2 m以上时〕 ，那么应调整桩长；考虑送桩过深 〔超过设计桩顶标高〕 ， 以后接桩比拟困难，所以一般宁可将桩送到设计桩顶标高以上．最理想是控制在桩顶设计标高+1 m以内． 这将取决于地层变化大小和施工、管理人员的经验． 3.2 桩位偏差值控制 桩位偏差能否确保在国家标准允许范围内,直接关系到建筑物地基处理后承台尺寸、柱的位 置、承台配筋多少、粗细等因素的变化，所以国家和地方的技术标准中对桩位偏差均有明确的规定，为此桩位偏差是预应力管桩施工质量主要控 制指标之一． 3.2.1 桩位偏差原因 造成桩位偏差过大质量问题的主要原因是，桩位测量放线不准确；甲方〔或施工总承包方〕 未将水准点标高、建筑物控制线、测量放线定位表及时准确移交乙方〔桩基施工方〕或交接不清；乙方〔桩基施工方〕现场技术人员桩位放线计算误差或放线误差，造成人为的桩位定位不准；在沉桩过程中，桩端一边局部迁地下障碍物，桩端一边为软土，那么造成桩身顺障碍物向软土方向偏斜，造成桩身偏位．由于预应力管桩混凝土等级为 C80，桩身刚度较大，随着沉桩的加深，桩身偏位加剧，严重会蹩断桩身，造成断桩． 3.2.2 桩位偏差的控制 桩位测量放线工作一定要准确．对工程水准点标高、建筑物控制线、测量放线定位表，甲、 乙双方要严格交接清楚，并要有资料文字记录；施工方现场技术人员在桩位放线时，不得出现计算和放线误差；沉桩前，应有复测程序和记录，以便消除人为误差；静压桩机在桩机就位后沉桩前必须将压机平梁前后、左右调平，并用 2 台经纬仪或 2 个吊锤线， 成 90°角 2 个方向调整桩身垂直度后，才开始沉桩作业，并应在沉桩过程中，不断检查桩身垂直度；在接桩时，2 节桩轴线必须保持在同一直线上，桩端面出现单边间隙，在焊接前，应用桩端板材质相同的铁条充填后再焊接；在最后 1 节桩送桩时，如桩端面板与送桩器端面出现单边间隙，必须用实木板填平再压桩，力求不出现单边加载受力的沉桩，造成桩身偏斜现象；在沉桩过程中，桩身下端出现阻力，沉桩速度，压机压力值出现异常，应立即停止施工，进行分析判断．如障碍物距地表较浅，可将桩拔出，用送桩器试探，能否将障碍物挤到一边去，再进行送桩；如送桩器挤不开地下障碍物，应将桩机移位，用挖掘机清障后进行回填，再复位沉桩；如障碍物距地表较深，送桩器试探达不到深 度，应立即将工程桩拔出〔如工程桩拔不出来，作废桩处理〕 ，经请示建设、监理方，再与设计院联系，调整桩位，不能盲目施工．在本工程中，由于桩管遇到地下不明大孤石，屡次出现桩身倾斜、混凝土出现裂缝等现象，施工方及时与建设、设计、监理单位联系，取得了合理解决方法． 3.3 桩体质量控制 虽然预应力管桩在生产厂家出厂前已进行桩体质量检验，并出具了产品出厂合格证，但在运 输吊装、堆放过程中，也可能发生桩身损坏，出现径向裂纹〔断裂〕 ，所以在沉桩前，由施工方现场技术人员，配合现场监理工程师进行桩身质量复查，但凡桩身质量出现问题，均应作出标记作报废处理，并应运出工地．桩身质量除上述原因外，在沉桩过程中，由于操作不当，也极易发生桩身断裂事故． 送桩不宜太深，一般不超过 2 m．在较厚的粘土或粉质粘土层中，每根桩要连续施打，并严格控制每根桩的总锤击数不超过 2 000 击．严格控制最后 1 m锤数，如龙城街道办综合办公楼地形较复杂，在桩长难以到达要求时，应结合贯入度控制．控制方法为最后 50 cm，每 10 cm锤击50 ~60 次为准． 4 管桩质量检验与试验 桩的质量检验液压法压桩同锤击法沉桩，但可利用静力压桩机作反力平衡装置进行桩的静载 试验，可省去设置锚桩和反力梁等．为了保证工程的质量，必须分阶段进行单桩承载力的静载和动测试验． 4.1 静载试验法 以本工程的桩基质量试验为例，管桩的静载试验要模拟实际荷载情况，通过静力加压，得出 3 根试桩荷载—沉降关系曲线近似值．试桩的入土深度分别为-18.50 m、-15.30 m和-17.5 m，说明均进入强风化岩层．根据上述系列关系曲线，综合评定确定其容许承载力，它已较好地反映单桩的实际承载力，满足设计要求． 预应力混凝土管桩在桩身强度到达设计要求 的前提下，对于粘性土，不应少于 15 d，且待桩身与土体的结合根本趋于稳定，才能进行试验． 上述试验曲线说明，试桩的桩周摩擦阻力和端承力发挥正常，桩身质量良好，其承载力标准值均大于设计要求 2 000 kN的标准值． 单桩竖向抗压静载试验一般采用油压千斤顶 加载，千斤顶的加载反力装置可根据现场实际条件采用如下方法． (1)锚桩横梁反力装置．由锚桩、主梁、次梁、油压千斤顶以及测量仪表等组成．锚桩、反力梁装置能提供的反力应不小于预估最大试验荷载的1.2～1.5