高强预应力混凝土管桩基础在滨海漫滩地貌中的应用

于 亮

(深圳市工勘岩土工程有限公司,广东深圳518026)

1 工程概况

1.1 工程位置

深圳虚拟大学园院校产业化综合大楼位于深圳市南山区高新南区填海六区,科苑南路与学府路交汇口,学府路以北,科苑南路以西,总用地面积7771.87m2。拟建1栋平面为L形的研发与生产综合大楼,地下一层,地上十层,建筑高度46m。

1.2 场地工程地质条件

1.2.1 地形地貌

拟建场地原始地貌单元为后海湾滨海漫滩地貌,后经人工填海形成陆地。

1.2.2 地层岩性

场地内主要分布的地层有:人工填土层(Qm l)、第四系海相沉积层 (Qm)及第四系残积层 (Qel),下伏基岩为燕山期粗粒花岗岩 (γ53)。现将各地层岩性特点自上而下分述如下:

(1)人工填土层:素填土,黄褐、灰黄色,为人工填海时回填,含较多碎石块及建筑垃圾,现已基本完成自重固结。稍湿,松散状态,局部稍密,全场分布。基坑开挖时挖除。

(2)第四系海相沉积层:淤泥,深灰、灰黑色,不均匀,局部为淤泥质粘土,饱和,流塑～软塑状态,该层仅在局部缺失。基坑开挖时挖除。

(3)第四系残积层:砾质粘性土,褐红、褐黄色,很湿,可塑～硬塑,该层全场地分布。

(4)燕山期粗粒花岗岩:全风化、强风化粗粒花岗岩,全风化粗粒花岗岩为本工程预应力管桩基础的持力层。

1.2.3 场地不良地质现象

拟建场地发育淤泥层,处于饱和状态,孔隙大,压缩性高,工程力学性质差,在荷载作用下会产生较大的变形。施工预应力管桩时,需保持桩身垂直度,防止管桩偏斜。

1.2.4 场地地下水

场地地下水主要为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水,主要靠大气降水渗入补给,与海水具有一定水力联系。地下水对混凝土结构不具腐蚀性,在干湿交替条件下具有弱腐蚀性。

2 预应力管桩设计参数

预应力管桩基础主要采用静压法预应力管桩(部分边桩、角桩采用锤击法施工),桩径φ500mm,分为抗压桩、抗压兼抗拔桩二种桩型。抗压桩桩端持力层为强风化花岗岩层,单桩竖向承载力为2300kPa。平均桩长根据地质资料暂定为L=20.0m。抗压兼抗拔桩桩端持力层为强风化花岗岩层,单桩竖向承载力为2300kPa,单桩抗拔承载力350kPa。平均桩长根据地质资料暂定为L=20.0m。

3 预应力管桩施工参数

桩中心距≤3.5倍桩直径、排数≥3排时,采取“跳压”法施工。焊接接桩完毕后,必须自然冷却8分钟后方可继续施压,严禁采用水冷却和焊接后立即施压。管桩桩尖采用“平底十字型”钢桩尖,钢桩尖制作及焊接符合《建筑钢结构焊接与验收规程JGJ81》。在桩施压 (打)完毕后,立即往管内填灌C30补偿收缩砼封底,桩底填灌高度≥2m。

4 预应力管桩施工重点、难点分析

4.1 挤密效应

预应力管桩静压施工过程中会对周围土体进行排挤,使地基的侧向应力增加,从而导致土的密度增加,产生挤密效应,造成桩身上浮或压桩困难,施工中需制订合理的施工顺序,最大限度减小管桩挤密效应的负面影响,是施工中的又一管理重点。

4.2 场地地质条件较复杂,桩端持力层标高变化大,配桩较困难

管桩桩端持力层设计为强风化层,据场地勘察资料,强风化顶面标高为-21.78～16.84m,最大高差约5m,造成管桩长度变化大,给合理配桩造成困难,是施工中的管理难点。

4.3 管桩焊接接桩控制是确保质量的难点

本工程静压管桩设计采用焊接接头技术,其施工过程中对桩身垂直度、端头板和焊接接缝的质量要求较高。如焊接不密实、焊缝不饱满,将会造成管桩施工中脱节或出现管桩烂头;另外,如操作不当,接头处有可能出现地下水从接桩位置渗入管桩内,造成管桩内积水而影响管桩的质量。因此,管桩焊接质量的严格控制,是本次施工的难点。

4.4 边桩施工距离小

本工程边桩距基坑壁较近,施工时需采取边桩器施工,由于边桩器静压力较小,如何保证静压力值,确保边桩施工质量是本次施工的难点和重点。

5 施工工艺

5.1 施工工艺流程图

静压预应力管桩施工工艺流程图如图1所示。

5.2 施工工艺要点

(1)场地平整

根据现场的实地踏勘情况,进场后首先进行施工场地的平整工作,主要为基坑底交工面的清理、平整、硬地处理,满足运输车辆通行和机械移位,为管桩到场后的吊装堆放及桩机进场后的就位作好充分准备。场地硬地处理主要铺垫砖渣,厚度约40～50犮犿；对局部较松软部位则进行换填、压实处理。

图1 静压预应力管桩施工工艺流程图

(2)桩位测量定位

根据桩位平面图、业主提供的坐标基准点及高程点,按照桩位进行测量放样。现场测量时,先确定桩位轴线,并经业主代表、现场监理等验收复核,然后开始测量桩孔位置,并打入拴有桩号的红布条标志钉加入标明。

(3)桩机进场及安装就位

静压桩机由专门的大型平板车运输进场,由吊车卸车,作业时设专人指挥。

(4)管桩的吊运及堆放

管桩吊运采用专用吊钩起吊,轻吊轻放,避免剧烈碰撞。叠层堆放管桩时,在垂直于管桩长度方向的地面上设置2道耐压的长木枋或枕木,叠层层数不宜超过3层。

(5)桩尖的焊接

本工程采用平底十字型钢桩尖,焊接连接。桩尖与管桩围焊封闭,焊缝厚度为6mm,焊缝要连续饱满。焊好后的桩接头自然冷却后才可以继续施压,焊头自然冷却时间不小于6min,严禁用水冷却或焊好后即压,以免焊缝接口变脆而被打裂。

(6)静力压桩

压桩是通过主机的压桩油缸伸缩之力将桩压入土中,每一次下压,桩的入土深度为1m,然后轮夹→上升→再夹→再压,如此反复,直至将一节桩压入土中。压桩时,从两个互成90°角的方向设立吊锤线,派专人校核桩身垂直度,以防止压桩时引起桩尖遇到地下不明物或其它原因发生桩身倾斜。

(7)焊接接桩

当需要接长桩管时,其入土部分的桩头高出地面0.5～1.0m。接桩采用焊接,焊接时先在坡口周围上对称点焊4～6点,待上下桩节固定后,再分层施焊,施焊由两个焊工对称进行。焊好后的桩接头应自然冷却方可继续锤击,自然冷却时间不宜少于8min,严禁用水冷却或焊好后即打。

(8)送桩

因设计桩顶标高不一,部份桩需送桩,最大送桩深度为1m。送桩采用专用送桩器,送桩器用钢板制作,长约7m。操作时,先吊起送桩器,送桩器的下端面紧挨上管桩的端面,中心线对齐,保证垂直度满足要求后再加压,直到送桩至设计标高。

(9)稳桩

当压桩力已达到两倍单桩竖向承载力特征值或桩端已到达持力层时,随即进行稳压。当桩长小于10m时,稳压5次,贯入度值不超过20mm;其余的桩稳压3次,贯入度值不超过25mm。

(10)截桩

施工完成后,按设计桩顶标高对桩进行截桩处理。截桩采用专门的据桩器,由专门人员操作。严禁采用大锤横向敲击截桩或强行反拉截桩。

(11)桩底封底混凝土浇筑

终桩后立即往桩孔中灌注入不小于2m高的C30混凝土进行封底。混凝土封底前,检查孔底是否存在积水现象;如出现积水,则排除孔水积水后再进行混凝土封底施工。桩底封底混凝土每台班按规定留取砼试件。

6 施工结果

本次施工完成锤击桩58条,静压桩266条。施工完成后,根据建设、监理、检测、质监、设计、勘察等单位的意见,按照相关规定要求,确定了检测方法及数量、桩号。具体检测情况如下:

(1)根据相关检测规范,本次小应变应检测桩137根,实检137根,经检测:判定Ⅰ类桩128根,Ⅱ类桩9根,Ⅰ类桩占检测的93.4%,没有Ⅲ、Ⅳ类桩。已检桩桩身完整性符合设计及规范要求。

(2)静载试验分锤击和静压两种工艺检测。

①锤击桩:静载试验抗拔应检测3根,实际检测3根;竖向抗压应检测2根,实际检测2根;已检桩承载力满足设计及规范要求。

②静压桩:静载试验抗拔应检测3根,实际检测4根;竖向抗压应检测2根,实际检测3根;已检桩承载力满足设计及规范要求。

单位工程达到施工合同约定的工程质量合格等级,评定合格。

7 结束语

预应力管桩以其成本低、效率高、对周围环境影响小等优点被建筑工程广泛采用。特别是在广东沿海地区,对于滨海漫滩地貌中,下卧较厚淤泥层,采用钻、冲孔桩基较难成孔,人工挖孔桩危险性较大等因素,预应力管桩有着其独特的优势。然而,对于遇到强风化硬夹层、场地内孤石等情况往往容易造成沉桩困难甚至断桩等质量事故的发生,须谨慎采用。