管桩质量控制在弹性体项目中的应用

周国忠

(中国石化上海石油化工股份有限公司,上海 200540)

随着现代建筑施工工艺的发展,高层建筑、超大厂房等上部受荷载较大的建筑越来越多。建筑物上部受到的荷载变大,导致天然地基不能承受上部荷载,需要使用人工地基提高地基承载力。将上部荷载有效传递到下部持力层,提高地基承载力,常用的方法有使用预制钢筋混凝土管桩、钻孔灌注桩和钢管桩等。因预制桩具备适用范围较广、易批量生产、桩体成型质量易控制、不受地下水位影响、拼接简单、承载能力强、沉降变形量小、施工速度快等优点,被广泛应用于地基处理。文章以上海金山巴陵新材料有限公司250 kt/a热塑性弹性体项目的管桩质量控制过程和最终的检测结果为例,探讨管桩质量控制对工程质量控制的必要性及重要性。

1 工程概况

上海金山巴陵新材料有限公司250 kt/a热塑性弹性体项目为上海市2022年重大产业项目,项目的建设单位:上海金山巴陵新材料有限公司;设计单位:湖南百利工程科技股份有限公司;监理单位:上海金申工程建设监理有限公司;桩基施工单位:上海中钱联合基础工程有限公司。本项目总桩数约8 000套,桩基础采用PHC预制管桩,混凝土强度为C80,桩径为400～500 mm,桩长为25～43 m,管桩型号分别为PHC-400-AB(95)和PHC-500-AB(125)。为保护环境,防止施工扰民,该工程管桩采用“静压法”沉桩方式进行施工,单桩承受设计荷载最大为1 000 kN或1 500 kN。

2 预制管桩质量控制要点

根据设计提供的预制管桩设计施工说明,管桩的质量控制主要有以下几点:

(1)预制管桩桩身质量控制。预制管桩的沉桩应在桩身混凝土强度达到设计强度100%后才能进行,并对预制混凝土进行外观质量检查。

(2)预制管桩施工定位控制。预制管桩沉桩前应根据桩位平面图,准确放线,定出桩位,经复验合格后方可进行沉桩施工。沉桩过程中如发现沉桩数据异常,桩身倾斜、位移、桩身或桩头破损等异常情况时,应停止沉桩,查明原因并及时通知业主及设计人员研究解决,待进行必要的处理后,方可继续施工。沉桩时如发现地质条件与勘察资料明显不符,应停止沉桩,查明原因并及时通知勘察及设计人员现场研究解决。

(3)预制管桩沉桩过程中垂直度控制。沉桩应确保桩帽、送桩器和桩身在同一中心线上,垂直桩第一节插入地面时的垂直度偏差不得超过0.25%,且最大值不应大于50 mm。沉桩过程中应经常观测桩身的垂直度和倾斜度,垂直桩桩身垂直度偏差不得超过0.5%。当桩尖进入硬土层后,严禁用移动机架等方法强行纠偏,每一根桩应一次性连续压到底,接桩、送桩应连续进行,中间不得无故停歇。

(4)预制管桩焊接过程控制。接桩采用接头焊接连接,接桩处钢零件涂刷快干型水性环氧涂层(50 μm),并在接头处用胶带缠绕保护。接桩时,焊接前应先确认预制桩接头质量合格,上下端板表面应清理干净,并清除油污和铁锈。焊接时宜先在坡口周围对称电焊4点～6点,待上下节桩固定后拆除导向笸再分层施焊,施焊应对称进行。焊接采用手工焊接或二氧化碳保护焊,焊接层数不得少于3层,且逐层进行,内层焊渣必须清理干净后方可施焊外一层,焊缝应饱满、连续,且根部必须焊透。焊接质量应符合《钢结构工程施工质量验收标准》(GB 50205—2020)的有关规定,内部缺陷超声波探伤评定等级为Ⅲ级,检验等级为B级。焊接接头应在自然冷却后方可继续施工,手工焊接时冷却时间不应少于10 min,二氧化碳保护焊时冷却时间不应少于8 min。严禁用水冷却或焊好后立即沉桩。

(5)预制管桩施工质量验收控制。根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106—2014)和《建筑基桩检测技术规程》(DGJ 08-218—2003)有关规定,单桩竖向承载力采用静载试验进行检测,桩身完整性检测采用低应变法检测。

3 预制管桩施工过程质量控制

上海金山巴陵新材料有限公司250 kt/a热塑性弹性体项目桩基础采用PHC预制管桩。

3.1 预制管桩成品和外观的质量控制

预制管桩施工前的质量控制分为桩身成品和外观的质量控制。

预制管桩采用的是工厂预制,在工厂中进行支模,编制钢筋笼、浇筑混凝土。因混凝土强度为C80,采用的是早强混凝土进行浇筑,在养护室养护3～5天就可以出厂,所以对预制管桩的钢筋和混凝土进行检测是很有必要的,预制管桩厂家提供的钢筋和混凝土检测结果如表1～2所示。

表1 预制管桩钢筋检测结果

表2 混凝土检测结果

根据监理在管桩厂现场的检查和厂家提供的钢筋和混凝土试验检测结果,可以知道预制管桩的质量合格,满足出厂条件。

预制管桩出场进入施工场地之后,还需要对预制管桩进行尺寸偏差检测和管桩外观质量检查(见表3)。

表3 预制管桩尺寸偏差检测结果

根据现场尺寸检测的结果可知,进场的预制管桩的尺寸满足设计和规范要求,钢筋保护层厚度也在规范要求的范围内。然而从预制管桩的外观检查图片中可以看出,预制管桩端部存在模板不合格导致的混凝土漏缝和漏浆等情况。由于预制管桩外观检查不合格,预制管桩需要退场,重整补浆或者改发另一批预制管桩。

3.2 预制管桩的接桩焊缝检测、桩身垂直度和桩位偏差的控制

根据预制管桩的施工顺序,施工过程中预制管桩的质量控制依次为接桩焊缝检测、桩身垂直度检测和桩位偏差。

以4#～6#试桩为例,对管桩的接桩焊缝进行检测。根据设计要求,管桩接桩时根部位置必须焊透,且焊接质量应符合GB 50205—2020的有关规定,内部缺陷超声波探伤评定等级为Ⅲ级,检验等级为B级,现场检测管桩焊缝时,检测长度1 570 mm。因为管桩端部法轮盘的厚度为20 mm,焊缝焊接厚度要求不小于12 mm,现场条件限制无法采用二次反射进行探伤扫查,所以焊缝检测时采用一次反射进行探伤扫查。又因为桩端部位为薄钢板,所以检测探头采用K值较大的5Z8×12K3型斜探头进行探伤。焊缝检测结果如表4所示,根据焊缝检测结果可以知道试桩焊接质量良好。管桩焊缝的质量控制除了焊缝超声波探伤外,还需要控制焊缝的外观、焊缝的冷却时间和焊缝的接头保护,这些因素都将影响管桩的施工质量。

表4 管桩焊缝检测结果

管桩焊缝冷却10 min之后,进行下一步施工,在施工过程中管桩的垂直度采用全站仪进行观测,判断管桩的垂直度是否在规范要求的范围内。施工过程中管桩垂直度的要求为第一节插入地面的垂直偏差不得超过0.25%,且最大值不应大于50 mm,沉桩过程中最终垂直桩桩身垂直度偏差不得超过0.5%。经过现场观测4#～6#试桩的桩身垂直度偏差的结果如表5所示。

表5 桩身垂直度偏差和倾斜率

根据上述测量结果可以知道,4#试桩和6#试桩的垂直度在设计满足的要求范围内,而5#试桩的垂直度偏差大于设计要求的范围,垂直度不满足设计要求。

当整个沉桩过程完成后,采用测量仪器对桩位偏差进行测量。检测结果发现:4#和5#试桩在东平面分别偏差5 cm和2 cm;6#试桩在南平面偏差6 cm。4#～6#试桩在设计文件中同属于SZ-4组,根据规范,桩数为2～4时,桩位偏差允许范围为10 cm,故4#～6#试桩的桩位偏差在规范要求的范围内。

3.3 预制桩的施工结束后的桩身质量验收

对于预制桩的桩身质量验收,第一步进行的是桩身完整性的检测,采用的具体检测方法为低应变反射波法。250 kt/a热塑性弹性体项目4#～6#试桩的桩长为43 m,桩径为500 mm,混凝土强度为C80。静载荷试验前后桩身完整性检测结果如表6所示。

表6 静载试验前后试桩桩身完整性检测结果

根据低应变反射波法的检测结果,5#试桩的桩身在静载试验之后出现严重缺陷,该缺陷导致的原因为静载试验过程中5#试桩桩身发生严重破坏。

第二步为试桩单桩竖向抗压承载力检测。对比4#试桩和5#试桩的单桩竖向抗压承载力试验曲线,可知5#试桩在静载试验最后一级单桩竖向沉降过大,最终的极限承载力判断为4 500 kN,与设计要求的5 000 kN存在一定的差距。分析原因为在静载过程中当桩身承受极限荷载5 000 kN时桩身发生破坏,发生破坏的位置为低应变检测结果显示的桩顶下2.0 m的距离。因桩身发生脆性破坏,从而导致桩身竖向位移过大,达到破坏停止试验条件,最终判定桩身极限承载力为4 500 kN,小于设计要求的5 000 kN。

3.4 施工质量验收注意事项

(1)施工之前的预制管桩钢筋、混凝土检测和预制管桩尺寸和外观检测,可以在施工之前保证进入施工现场的管桩质量良好,防患于未然。

(2)施工过程中的焊接质量、桩身垂直度和桩偏位的控制对后期的过程质量会产生重要影响,焊接质量的好坏决定了桩身完整性。如果焊接质量不好将会在低应变信号中体现,桩身垂直度会对桩身承载力产生重要影响,5#试桩的垂直度不满足要求最终导致在承载力试验过程中桩头出现破损和承载力降低。

(3)施工之后质量验收进行的低应变检测和承载力检测是质量把控的最后一道关卡,尤为重要。

4 结语

管桩施工之前的质量控制、施工过程中的质量控制和施工之后的质量验收对提高管桩施工质量起到了至关重要的作用。它能全方面地诊断预制管桩的施工过程和质量结果,做到有迹可查、有据可依,预制管桩质量控制的前后照应、相互印证,给施工质量加上了三道“保险”。管桩基础施工质量良好,使得上部结构能在良好的施工基础上进行施工,保证整个工程的施工质量。上海金山巴陵新材料有限公司250 kt/a热塑性弹性体项目在预制管桩施工全过程的质量控制,值得在后续施工过程中或者其他项目中大面积推广应用。