高层建筑施工中预应力管桩地基处理技术要点分析
2018-07-24吴天翔长沙市望城区燃气热力管理办公室湖南长沙410200
文/ 吴天翔 长沙市望城区燃气热力管理办公室 湖南长沙 410200
1、引言
预应力管桩技术作为一种新型施工技术,其在地基处理中的运用能够提升整体地基质量,为施工单位创造更大的经济效益。但预应力管桩技术在实际应用中极易出现桩位偏移、管桩损坏等问题,故需严格注意施工技术要点,从多个方面合理控制施工质量,才能避免相关质量问题的出现。
2、预应力管桩的特点
预应力管桩作为一种地基处理技术,主要适用于地基深厚,且建筑物在荷载或稳定性方面要求较高的地质中。预应力管桩即采用离心成型的先张法预应力混凝土管桩,根据等级分类可将该技术分为预应力管桩PC型(混凝土强度为C60)和预应力高强管桩PHC型桩(混凝土强度为C80)。
与钻孔灌注桩相比,预应力管桩具有更大的优势,具体如下:
①工艺先进。由于预应力混凝土管桩是在工厂内生产的,对于先进的施工工艺和品控措施是能够保证的,因此通常采用混凝土离心脱水后密实成型,通过常压和高压蒸汽养护而成预应力混凝土管桩,相应结构具有细长、空心等截面的特点;
②耐久性能好。由于采用高速离心成型工艺,相应的离心加速度达到30-35g,采用l06MPa压力和180℃的高温高压蒸汽养护,因此桩身混凝土的质量较好、密实度较高;
③单桩承载能力高。由于工厂化作业,混凝土的最高强度可以达到C8O,可有效提高预应力混凝土管桩的承载能力。
3、高层建筑施工中预应力管桩地基处理技术要点
3.1 预应力管桩施工过程
根据实际地质情况和相关施工规范,预应力混凝土管桩施工过程如图1所示。
图1 预应力混凝土管桩施工过程图示
3.2 技术要点分析
3.2.1 压桩力的选择
压桩力的选择需根据地基的实际情况和试桩情况,综合考虑决定压桩力和终压标准。根据大量案例分析和文献查阅,在地基土为饱和粘性土时,由于超孔隙水压力和动摩擦力的影响,预应力混凝土管桩的沉桩压力受到较大的影响,如果选择此时压桩力为终压值,稳定之后的单桩承载力是无法满足设计要求的。在软土地基处理中,桩压力不需要根据实际地质情况和试桩情况进行适当增减,同时对于饱和粘土等特殊地质情况,需充分考虑到其变异性。
3.2.2 管桩水平荷载
针对预应力混凝土管桩的水平负载问题,根据管桩类型进行合理计算,在抗水平负载作用集中的位置,选择能够适应较大抗水平变形能力的薄壁管桩。同时在施工过程中,合理安排承台和垫层,根据受力原理进行抗力分配,有利于提高预应力混凝土管桩水平荷载。
3.2.3 断桩的预防
在预应力管桩施工中,断桩是不可避免的,针对这一问题可通过规范施工工艺和加强桩基质量予以解决,比如加强管桩抗折刚度;增强管桩之间的横向联系;增加管桩的密度;合理设计打桩路线等。
3.2.4 “浮桩现象”控制
由于预应力混凝土管桩属于挤土桩系列,因此在施工时对于土层会造成一定程度的扰动,软土层极易产生超孔隙水压力,使得之前打入的桩基涌起,即“浮桩现象”。针对这一现象可采取以下措施予以控制:
①打桩顺序。根据计算合理设计打桩顺序,减轻后续桩基的挤土效应对于先前桩基的影响。根据场地大小和地质情况,选择由先内后外、先深后浅,采取跳打、对称施打、分段均衡施工等措施。
②卸压措施。土体卸压措施可以采取打减压孔的方式,具体施工措施:根据前期勘察资料和试桩资料,合理布置减压孔,使得桩基入土造成的挤土效应能够充分、及时的消散出去。
③排水措施。对于地下水丰富的地基处理,需要采用井点降水、沙井排水和塑料板排水的方式进行处理;若水层较薄,可以采用挖沟降水等排水措施。
4、工程实例
4.1 项目概况
某高层住宅楼共34层(地上32层,地下2层),主体采用剪力墙结构,基础采用500,AB型预应力管桩,单桩承载力特征值为2000kN。从地质勘察报告分析得知,场地土层分布情况为:①素填土;②粉质粘土层;③全风化泥质砂岩;④强风化泥质砂岩。由于地下水位埋深较深,建议采用预应力管桩基础,以全风化泥质砂岩作为持力层。
在桩施工期间由于赶上该地区多雨季节,使得整个压桩施工持续3-4个月,再加上本工程为高层建筑,荷载大,桩数多,为了避免由于挤土效应而造成基桩上浮,在设计中按照3.5d布桩。
4.2 静载检测及结果
随机抽取3条工程桩进行单桩竖向抗压静载试验,静载结果显示仅有1条桩承载力特征值满足设计要求,另外2条的下沉量较大。经过协商后决定对已经完工的基桩进行复压,复压后发现部分管桩出现下沉,下沉量为1.0-3.5m。
4.3 下沉原因分析
本工程在施工中土体无明显隆起,且桩顶标高变化较小,故排除是由于基桩上浮引起的下沉;基桩复压下沉量过大的主要原因是水浸入桩端持力层,全风化泥质砂岩在遇水后出现软化,承载力也随之下降。
4.4 处理措施
①对所有已经完工的基桩进行复压,通过复压后桩尖会进入深一层的全风化泥质砂岩泥岩;②降低单桩承载力特征值。结合本工程持力层易软化的特点,并根据静载试验报告,将单桩承载力特征值降低为1800kN;③对已挖基坑的混凝土垫层应即是浇筑,填埋送桩遗留孔洞,并做好相应的排水措施,防止基坑滞水下渗。
本工程在落实上述处理措施后,重新对单桩承载力的特征值进行静载试验,检测结果满足规范要求。
结语:
当前预应力管桩已经得到了较为广泛的使用,但在设计和施工过程中仍然会遇到各种问题,这需要工程技术人员进行进一步的技术公关和处置。文章主要介绍了预应力管桩的特点及其施工技术要点,将其应用于高层建筑地基处理中,可有效改善地基土质,提高地基工程的整体质量,从而为施工单位创造良好的经济效益,值得广泛应用。