预应力管桩沉桩过程中的常见问题分析及施工处理措施

吕才能　冯庆华

摘要:本文论述了预应力管桩工程试桩过程中的常见问题并结合工程实例重点从勘察、施工等不同角度分析其原因,给施工沉桩提出一些处理措施,从而更好地的提高桩基施工的质量,为工程建设服务。

关键词:预应力管桩试桩压桩力质量控制

0 引言

近来年,预应力管桩在建筑工程基础工程中的应用越来越多,其自身的优点已得到了许多设计、施工、建设等单位的认可。预应力管桩具有规格化生产、成桩质量易于控制和检查,施工周期较短,沉桩质量比砼灌注桩有保证,经济性较实心方桩好,施工现场噪音小、对环境污染小、振动小、检测方便等特点。苏州、无锡地区已有很多工程的成功经验,但试桩和施工沉桩中经常出现异常情况(贯入困难、压桩力达不到设计值、桩身砼承受不住压应力而被压坏等情况),作者作为一名岩土工程勘察技术人员,通过许多工程的实践,从岩土工程勘察角度分析其原因,给施工沉桩提出一些处理措施,从而更好地提高桩基施工的质量,为工程建设服务。

1 沉桩机理

沉桩施工时,桩尖“刺入”土体中时原状土的初应力状态受到破坏,造成桩尖下土体的压缩变形,土体对桩尖产生相应阻力,随着桩贯入压力的增大,当桩尖处土体所受应力超过其抗剪强度时,土体发生急剧变形而达到极限破坏,土体产生塑性流动(粘性土)或挤密侧移和下拖(砂土),在地表处,粘性土体会向上隆起,砂性土则会被拖带下沉。在地面深处由于上覆土层的压力,土体主要向桩周水平方向挤开,使贴近桩周处土体结构完全破坏。由于较大的辐射向压力的作用也使邻近桩周处土体受到较大扰动影响,此时,桩身必然会受到土体的强大法向抗力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗,当桩顶的静压力大于沉桩时的这些抵抗阻力,桩将继续“刺入”下沉。反之,则停止下沉。

2 工程实例

某高层4#、5#住宅楼22层,长32米、宽13.6米;6#住宅楼22层,长57米、宽13.6米,位于无锡市北塘区,为旧房拆迁场地,设计采用Ф500砼管桩,桩长32米和38米,持力层选用⑥-5粉砂夹粉土层及⑦-1粉质粘土层。

2.1 地基土分层如下(见表1):

2.2 试桩情况说明及原因分析

2.2.1 按程序计划先打试桩,试桩数量由设计单位、建设单位等各方确定,4#楼、5#楼、6#楼各二根。根据岩土工程勘察报告及设计要求,4#楼、5#楼的持力层为⑥-5粉砂夹粉土层,桩长32米;6#楼的桩尖持力层因⑥-5粉砂夹粉土层厚度往东逐渐变薄,不能满足设计要求,设计选取⑦-1层粉质粘土层作为桩尖持力层,桩长38米。

2.2.2 试桩情况介绍:C56#孔试桩压桩力为4092KN,进入持力层约2.2米;C67#孔试桩压桩力为4464KN,进入持力层约3.0米;C58#孔试桩压桩力为4836KN,进入持力层约3.5米;C67#孔试桩压桩力为4464KN,进入持力层约3.0米;C77#孔试桩压桩力为4650KN,进入持力层约5.0米,出现桩被压坏;C47#孔试桩压桩力为2952KN,进入持力层约5.0米。

2.2.3 情况说明及原因分析:按岩土工程勘察报告提供的桩周土摩阻力及桩端土的端阻力,根据《建筑桩基技术规范》(94-2008)计算的各试桩单桩极限承载力标准力,大部分桩的实际承载力均大于《规范》计算值,部分相差较大,少部分桩的实际承载力小于《规范》计算值,对桩的施工控制提出了难题,建设单位、设计单位、施工单位讨论多次,我从勘察的角度提出了如下的观点:由于本工程区下伏主要为粘性土且部分为软土,桩在施工过程中将不可避免地扰动桩周土,降低土体强度,超孔隙水压力上升引起桩的承载力下降,以高灵敏度饱和粘性土的摩擦桩最明显。随着休止时间的增加,土体重新固结,土体强度逐渐恢复提高,桩的承载力也逐渐增加。研究资料表明,时间效应可使桩的承载力比初始值增长40%-400%。其变化规律一般是初期增长速度较快,随后渐慢,待达到一定时间后趋于稳定,其增长的快慢和幅度与土性和类别有关。

3 结论与建议

3.1 选择合适的施工机械,施工前认真研究设计图纸和地质报告,选择压桩机时,要核算压桩力,并建议参考下表选用(见表2):

3.2 静力压桩工程在施工过程中尽可能缩短停止时间。施工过程中由于沉桩扰动桩周土,使土的结构破坏,使此时的压桩侧阻力减小为残余应力,若停顿时间太长,就会使桩周土重塑,压桩力常常会大幅度上升,造成压桩力过大甚至无法压入。

3.3 控制沉桩顺序和接桩位置,在饱和土中密集沉桩时,由于挤土效应明显,后打的桩沉桩越来越困难,故应遵命从内到外的原则排定沉桩顺序,最大限度地降低挤土效应。当遇有密实度较好的砂夹层时,应避免接桩时桩尖停在砂夹层中致使压桩困难,必要时应与设计人员协商调整桩的分节长度。当在较好的土层中沉桩时,如桩较密集,可根据桩长的不同采取先引孔后沉桩的办法以减少挤土效应和对周边建筑物等的影响。沉桩应采用压桩力和桩长双向控制。

3.4 由于目前高层建筑桩长一般较长,工期要求不允许用钻孔灌注桩,沉桩可能会困难,施工中常采用引孔压桩,根据成功经验,引孔孔径应比桩径小50-100mm,深度是桩长的(1/3-1/2)L,引孔应随引随压,中间间隔时间不宜过长。

参考文献:

[1]岩土工程勘察规范.(GB 50021-2001).

[2]建筑桩基技术规范.(94-2008).

[3]江苏省工程建设推荐技术规程.(苏JG/T011-2003).先张法预应力管桩混凝土基础技术规程.

[4]建筑基桩检测技术规范.(JGJ 106-2003).

[5]桩基工程手册编写委员会:桩基工程手册.中国建筑工业出版社.1995.