不宜采用预应力管桩的工程地质条件探讨

2016-04-14张晓东

地球 2016年2期

关键词：持力孤石管桩

■张晓东

（福建省第四地质大队福建宁德35210）

不宜采用预应力管桩的工程地质条件探讨

■张晓东

（福建省第四地质大队福建宁德35210）

依据实际情况来分析不适合应用预应力管桩的地质条件，从打桩施工和工程地质方面进行分析，充分考虑局限预应力管桩的因素，分析不适合的工程地质条件，也就是说石灰岩地层不宜使用、有坚硬隔层时不适合应用、松软突变到特别硬的地层不宜应用、多障碍物和孤石的地层不宜应用。

预应力管桩工程地质条件不宜采用

福建省地域应用预应力混凝土管桩起步比较晚，但发展速度很快，得到广泛应用，但是不管是管桩产量，还是厂家数量，已经占据全国2/3以上，也就是说近几年属于重点、热点应用预应力管桩区域。预应力管桩实际上是新型的基桩，被各界所接受，并且大量运用到水利、港口、公路、铁路、建筑等工程中，特别是应用在民用建筑和工业建筑中，已经逐渐发展成我省高层建筑基础桩型之一。但是也在实际应用的时候存在一定的不足和问题，选用的时候需要考虑多方面对该桩型的成桩可行性影响因素，特别是场地的地质条件尤为重要，因此，从打桩施工和工程地质方面分析局限预应力管桩的条件，为以后施工提供参考。

1　多障碍物和孤石的地层不适合使用

一般情况下，预应力管桩能够沉入到比较坚硬的粘土层、强风化岩层、密实的砂土层及砾卵石层，目前，对于这些岩土层比较常用的方式就是锤击法，并且主要就是柴油锤施打。在多障碍物和孤石的地层若应用预应力管桩，会出现很多施工质量事故。福建沿海多分布花岗岩侵入岩，花岗岩在风化过程中因风化的差异性，造成在风化岩土层中存在没有风化的岩核就是球状风化体；有的区域上覆第四系冲洪积砂粒、卵石层中存在较大粒径的漂石；有的区域是山坡风化地带，会残留没有风化的岩石或由于洪积物中存在粒径较大的块石；在废弃堤坝、码头、桥墩、地下防空洞、路基、房屋基础等不良的地下埋藏物及障碍物。在具有不良障碍物或者孤石的地方采用预应力管桩，可能出现以下几种质量事故。

第一，管桩不能充分符合设计要求进入到预计的持力层。可能出现在相同承台内部，有的桩可以打进持力层，有的不可以打进持力层，造成桩端位于不同的持力层，造成工程桩施工时具有很大差异的桩长，有可能会造成沉降不均匀性。

第二，工程桩在施工时，桩尖在接触到障碍物或者孤石时候，桩身在受锤击压力过大后会突然偏离原来的实际位置，或者大幅度倾斜。

第三，桩身在受锤击压力过大折断桩身、桩尖破损、或者打烂桩头及断桩都会发生。

所以，在正式使用预应力管桩以前需要进行详细地质勘查，尽可能查明有无不利的障碍物或者孤石分布情况，查明持力层及以上覆盖层的分布情况，若场地内存在很多障碍物或者孤石的地层中，建议需要事先清除上部的障碍物，避免使用静压式基桩。场地在低洼回填或者围海造地的时候，以往的施工填土方案已经逐渐不能满足实际情况，所以，需要充分考虑以后地基处理方式和拟采用的基础方案，当场地可采用预应力管桩时，场地的回填材料应进行针对性选择，不宜采用工业建筑垃圾中含有大量的混凝土碎块或者采用山体开挖的块石，采用这些材料对今后采用预应力管桩施工前处理加大成本，使得以后导致极大损失[1]。

2　有坚硬隔层的时候不宜使用或者慎用

不少基岩以上区域中，会存在一定的坚硬隔层，隔层实际上就是，有时是密实的卵石层、有时是密实的砂层、有时是含硅质或者含钙质坚硬的砾卵石层，还有的是贝壳碎片胶结层或者贝壳岩化的硬隔层。如果上述隔层具备比较大的厚度，并且没有一定的软弱下卧层，可以适当考虑把这些岩土层当作持力层，可选择采用预应力管桩作为桩基础。如果隔层具有1~2m甚至几十厘米的厚度，并且下卧层为一般土层或者软弱层，管桩需要穿过坚硬隔层进入更深部的持力层，如果隔层比较坚硬，具有很高的标贯试验击数，选择管桩可能贯穿不了坚硬隔层，对桩身具有很高的破损率，基于此，不适合应用预应力管桩，比较适合使用钻孔灌注[2]。

最常见的一种隔层就是砂隔层，有以下几种情况：密实（30

第一，会增大桩身尤其是桩头的破损率，可能出现高于10%以上的打桩破损率。

第二，贯穿砂层的时候，会增大每米打桩锤击数，有可能达到400~500击/m，会导致出现疲劳破损。

第三，有的可以贯穿砂隔层，有的不可以贯穿，导致相同承台存在不同持力层。

如果具备比较密实并且厚砂隔层的时候，需要合理使用高强管桩。

3　石灰岩地层不宜应用

在石灰岩地区中经常分布溶洞、漏斗、溶沟、石笋、溶槽等具备一定喀斯特现象，对于岩体风化受后期地质作用明显，采用预应力管桩时对桩长及成桩有一定局限性，对于较密实的风化层不易穿越。使桩端持力层位于不同深度，因此，一般情况下上述土层比较适合选择冲钻孔灌注桩,不适合用作预应力管桩。由于石灰石区域存在溶洞、漏斗、溶沟、石笋、溶槽等具备一定喀斯特现象，因此必需进行详细地质勘察，查明深度范围内不良的地质埋藏物等，如果使用预应力管桩，会出现以下几种事故：

第一，在预应力管桩接触岩层风化表面以后会进行继续捶打，桩身不出现侧移的时候，会具备比较小的贯入度，桩身出现反弹，会十分容易破坏桩管：或者打烂桩头、或者桩尖变形、或者断裂桩身，在打烂桩尖以后，也会适当破坏桩身混凝土，从表面涞水，锤击几下贯入一点，但那时由于会破坏桩身挤压四周，出现假象。

第二，很难控制桩长度以及很难配置桩长，不易进入持力层有效深度。

第三，当桩尖位于中风化岩面时，当岩面顶板起伏较大时，会出现滑移岩面的现象，有的会持续出现突然滑移，发现时已经折断；有的会慢慢进行滑移，一定程度也会折断，但是不容易发现，如果具有软而浅的土层，会明显偏移桩身。

因此，一般情况下，石灰石岩层不适合使用预应力管桩，建筑物具备比较小柱力的时候，可以适当使用沉管灌注桩；建筑物具备比较大柱力的时候，可以适当使用孔灌注桩。

4　从松软突变到特别坚硬的地层不宜应用

这种情况主要为沿海地区滨海沉积的岩土层，上部分布厚度较大的流塑~软塑的软土层，对桩身存在负摩阻力，采用预应力管桩时，当布孔过密时会产生挤土效应，产生地面隆起，施工机械不宜在地面移动，易对已施工工程桩造成破坏影响，因此，必需进行表层硬化，为了避免地面不均匀沉降需进行一定深度的表层软土固化处理，以此，不适合使用预应力管桩[6]。会出现以下几方面事故：

第一，桩身倾斜率或者桩长变化不像石灰石那么大，但是具有一定倾斜比例，因挤土效应造成地面隆起及浮桩现象；

第二，表层厚度较大的软土层需进行一定深度的固化处理，加大成本。

第三，预应力管桩穿过松软土层以后，会遇到坚硬岩层，多次锤击以后，没有发现桩身损坏，桩尖既有可能会击碎表面岩层，促使沉降管桩，如果刚好在锤击破碎层面的时候停止，会出现突变沉降量的现象，增加荷载到一定程度，会降低沉降量，因此会降低桩的承载力。