軟土地基中預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的選用與施工

摘要：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有施工進(jìn)度快、干作業(yè)、靜壓樁的噪聲低、造價(jià)省、有很高的軸向承載力等眾多特點(diǎn),但其抗拉、抗裂強(qiáng)度差,在軟弱土地基中易斷樁和樁位嚴(yán)重偏位,為此提出施工方法及注意點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：軟土地基;預(yù)應(yīng)力混凝土管樁;施工

[中圖分類號(hào)] TU753165 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A 　[文章編號(hào)] 100228498 (2008) 0120031203

Selection and Construction of Prestressed Concrete Pipe Piles for Soft Soil Foundation

WU Xue2feng

( Hangzhou Guangsha Engineering Construction Supervision Co. ,Ltd. , Hangzhou , Zhejiang 　310009 , China)

Abstract: Prestressed concrete pipe piles have many advantages , such as fast construction progress , stem　operations , low noise as well as static piles , low cost , and high axial bearing capacity , however , its tension　strength and anti crack capacity are poor. In the soft ground , they could be broken easily , and may deviate　from original position seriously. Therefore , the anthor puts forward some measures.

Key words :soft soil foundation ; prestressed concrete pipe piles ; construction

　　軟弱土是指淤泥、淤泥質(zhì)土和部分沖填土、雜填土及其他高壓縮性土的統(tǒng)稱。由軟弱土組成的地基稱為軟土地基。這類土廣泛分布于我國(guó)東南沿海和內(nèi)陸江河湖泊濕地的周圍。其特性為: 含水量高、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高、滲透性小、具有明顯的結(jié)構(gòu)性和很大流變性。該類土質(zhì)往往不能作為天然地基。樁基礎(chǔ)工程在該類土層中也存在明顯的質(zhì)量隱患。對(duì)灌注樁而言,易發(fā)生斷樁和縮頸等質(zhì)量問題。

      預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有施工進(jìn)度快、干作業(yè)、靜壓樁的噪聲低、造價(jià)省等眾多特點(diǎn),故在地質(zhì)條件允許及抗震烈度小于7 度的地區(qū),目前大多數(shù)工程優(yōu)先選擇采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。但很多設(shè)計(jì)在軟土地基的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁選擇上往往存在失誤,施工單位也未針對(duì)軟土的特性采取相應(yīng)的措施,導(dǎo)致樁基完成后動(dòng)測(cè)結(jié)果顯示有大量的斷樁存在,以及樁位嚴(yán)重偏位。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有很高的軸向承載力,但其抗拉及抗裂強(qiáng)度很差,且斷樁常發(fā)生在打樁過程和挖土過程中,當(dāng)上部結(jié)構(gòu)荷載產(chǎn)生后,由于對(duì)樁體的壓應(yīng)力,此時(shí)已不易產(chǎn)生斷樁。根據(jù)對(duì)地質(zhì)條件相近、臨近杭州西溪濕地的9 個(gè)單位工程的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁動(dòng)測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸類得出:無基坑的樁的斷裂主要在樁頂8m以內(nèi)的焊縫位置,因配樁不當(dāng)引起。而有基坑的樁的斷裂主要在樁頂8m 以內(nèi)的焊縫位置和樁頂3～6m的范圍,主要因配樁不當(dāng)和土方開挖引起。薄壁樁的斷裂是厚壁樁的3 倍左右。樁位嚴(yán)重偏位超出規(guī)范要求的占總樁數(shù)的15182 %。

1 　樁在軟土中的受力特點(diǎn)

1.1 　軟硬土交界處

      由于打樁速度快,土體運(yùn)動(dòng)加劇,導(dǎo)致對(duì)先成樁的擠壓力很大,如果下部土層堅(jiān)硬或有堅(jiān)硬夾層,可能導(dǎo)致樁體在軟硬土交界部位產(chǎn)生橫向裂縫。如圖1 所示。

      當(dāng)樁在向下施壓下沉的過程中,樁給周邊的土施以壓應(yīng)力,土體需要釋放應(yīng)力,就會(huì)移動(dòng)變形,由于上部土層的約束小于下部土層,土體產(chǎn)生水平位移和上升位移,這種位移導(dǎo)致土體對(duì)成樁上部的側(cè)向擠壓加大,使樁受彎斷裂。

　　當(dāng)然,也不是越近地表這種壓力越大,由于離沉樁越遠(yuǎn)的部位越近地表的土體向上的變形約束越小,土體可向上位移,土體隆起,對(duì)側(cè)向的壓力也逐漸減小。具體對(duì)已成樁的壓應(yīng)力如圖2 所示。

1.2 　焊縫位置處

　　焊縫位置是管樁的薄弱位置,其抗裂彎矩較樁管部位小,且該部位易產(chǎn)生應(yīng)力集中。故在焊接質(zhì)量不良、擠土嚴(yán)重的地區(qū),管樁的裂縫有60 %發(fā)生在焊縫位置。故在軟土地基中,應(yīng)重視管樁的焊接質(zhì)量的檢查。做到三人三邊三遍圍焊。焊縫自然冷卻后入土(冷卻時(shí)間≥8min) ,防止焊縫脆裂。同時(shí)配樁時(shí)要參照地質(zhì)報(bào)告,避免接頭在軟硬交界的軟土層2m范圍內(nèi)。因?yàn)閳?jiān)硬土層具有嵌固作用,軟土的流動(dòng)擠壓使樁在軟硬交界的軟土層2m范圍內(nèi)的彎矩很大,極易達(dá)到樁的抗裂彎矩。

1.3 　樁頭3～6m的范圍內(nèi)

　　由于樁工機(jī)械、挖土機(jī)械的運(yùn)行以及臨近基坑邊的土體壓力易導(dǎo)致樁頭3～6m 的范圍內(nèi)發(fā)生斷裂,而且這種斷裂往往伴隨樁頭嚴(yán)重位移甚至樁體錯(cuò)位。

     1) 樁工機(jī)械的重量很大,當(dāng)樁頭離地表僅有1m 左右時(shí),樁工機(jī)械的壓力使表層軟土發(fā)生水平位移導(dǎo)致樁上部發(fā)生斷裂。另外由于樁機(jī)施壓抬機(jī)下墜振動(dòng),使土體流變后對(duì)已成樁的側(cè)壓導(dǎo)致斷裂。所以要合理選用樁機(jī),不能太大,防止壓力變形;不能太小,防止樁機(jī)抬機(jī)下墜振動(dòng)使土體流變。考慮樁在軟土中的固結(jié)強(qiáng)度很大,往往壓樁力僅須選擇單樁設(shè)計(jì)承載力的112～118倍即可。

    2) 挖土機(jī)械的運(yùn)行對(duì)土體形成水平?jīng)_擊,使土體產(chǎn)生水平位移對(duì)樁頭產(chǎn)生沖擊,而且挖土機(jī)械在坑邊運(yùn)行增加了對(duì)土體的主動(dòng)土壓力,使靠近挖機(jī)部位的土體對(duì)樁的壓力加大而產(chǎn)生斷樁。如圖3 所示。

     3) 基坑邊坡的土體壓力也導(dǎo)致樁頭3～6m的范圍內(nèi)發(fā)生斷裂, 這主要是邊坡的土體對(duì)臨近邊坡的樁產(chǎn)生主動(dòng)土壓力, 使邊坡與樁之間的土發(fā)生擠壓后對(duì)樁產(chǎn)生水平推力, 當(dāng)推力產(chǎn)生的彎矩大于樁的抗裂彎矩后,樁便產(chǎn)生裂縫。如圖4 所示。

     以上樁工機(jī)械、挖土機(jī)械的運(yùn)行以及臨近基坑邊的土體壓力的影響均在樁的上部,經(jīng)統(tǒng)計(jì),樁的裂縫往往在3～6m的范圍內(nèi)。在軟土中配樁時(shí),考慮到焊縫這一薄弱點(diǎn),最上部決不能配短樁,要求上部樁長(zhǎng)≥8m。

2 　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁注意事項(xiàng)

2.1 　設(shè)計(jì)對(duì)樁的選擇

     軟土的應(yīng)變變形很大,成樁對(duì)土體的擠壓對(duì)相臨樁的影響很大,如果樁的抗裂彎矩小,極易導(dǎo)致斷樁,故在軟土地中基慎用預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁,可選用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。如杭州市西湖區(qū)蔣村鄉(xiāng)大多數(shù)地區(qū)地表10～28m范圍內(nèi)為淤泥質(zhì)粘土或淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,在該區(qū)塊范圍內(nèi)選用預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁的工程平均斷樁率很高,其中45 %為Ⅲ類樁,必須經(jīng)處理甚至補(bǔ)樁方能保證工程質(zhì)量,而選用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的工程斷樁率較低且基本為Ⅱ類樁,有些征得設(shè)計(jì)同意可不做處理。因此,在針對(duì)該類土質(zhì)進(jìn)行選樁時(shí),應(yīng)慎用預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁,應(yīng)對(duì)沉樁施工的擠土效應(yīng)對(duì)樁及周邊環(huán)境的影響充分考慮和計(jì)算。雖然同樁徑的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁比預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁單價(jià)高20～30 元Pm左右,但預(yù)應(yīng)力混凝土管樁容易保證工程質(zhì)量,且預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁發(fā)生質(zhì)量問題的后期處理費(fèi)用很高,且影響工期。對(duì)工程各方形成負(fù)面影響。

2.2 　施工配樁的選擇

     在軟土中配樁時(shí),考慮到焊縫這一薄弱點(diǎn),最上部決不能配短樁,要求上部樁長(zhǎng)≥8m,如圖5a 所示。同時(shí)配樁時(shí)要參照地質(zhì)報(bào)告,避免接頭在軟硬交界的軟土2m范圍內(nèi),如圖5b 所示。配樁時(shí)要求樁頭達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的要求,防止開挖時(shí)樁的一側(cè)土被挖除而產(chǎn)生懸臂力,具體如圖6 所示。施工配樁時(shí),盡量選擇長(zhǎng)樁,減少焊接接頭。

2.3 　打樁速度的控制

     由于粘性土、淤泥質(zhì)土的固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng),且樁體快速壓入會(huì)使土的性質(zhì)劇變,土體的壓縮變形加大,故打樁速度應(yīng)比其他土質(zhì)慢,防止樁位偏移和斷樁。一般軟土地基中,在同一區(qū)塊每天不超過20 根。壓樁時(shí),要緩慢壓入,壓樁速度控制在≤115mPmin。當(dāng)樁進(jìn)入堅(jiān)硬土層時(shí)應(yīng)緩慢加載,防止急劇施壓產(chǎn)生的沖擊使樁體開裂。

2.4 　土方開挖時(shí)的注意事項(xiàng)

     大多數(shù)工程均采用機(jī)械開挖土方,對(duì)土方開挖這一分部工程是比較經(jīng)濟(jì)的方法,但它可能給樁基礎(chǔ)帶來很大的危害,正如前所說的斷樁,為此土方開挖應(yīng)注意以下要點(diǎn)。

     1) 考慮到粘性土、淤泥質(zhì)土的固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng),施工組織設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)考慮全部成樁后15d 開挖,讓樁周土固結(jié)穩(wěn)定,嚴(yán)禁邊打樁邊挖土。

    2) 土方車有10～40t ,局部加壓后易使樁斷裂。故土方車嚴(yán)禁駛?cè)霕俄斖谕羺^(qū)域內(nèi)。

    3) 嚴(yán)禁采用大挖機(jī)挖土,選用120t 以下的履帶式挖機(jī)輔以鋼墊板開挖(見圖7) ,以減小對(duì)土體的壓強(qiáng)。嚴(yán)禁挖機(jī)在樁頂來回走動(dòng),防止對(duì)樁頂產(chǎn)生屢次沖擊,且保留基底以上30cm人工開挖。

      4) 要求分層開挖,且樁周土的高差≤1m。若樁露出開挖面以上,則必須先掏挖挖機(jī)一側(cè)的土,以減小側(cè)壓,防止斷樁。

     5) 坑邊嚴(yán)禁堆土和其他建筑材料。

     6) 對(duì)于基坑,要求基底采用拉錨設(shè)計(jì)或采用灌注樁及連續(xù)墻圍護(hù),防止邊坡滑移對(duì)樁體產(chǎn)生側(cè)壓。為了減少土體流變,可采取技術(shù)措施如下:當(dāng)表層土的流塑性很大,分層開挖也不能保證樁體質(zhì)量時(shí),可先分層將表層土剝至樁頂115～2m 位置,借助鋼板樁和鋼墊板開挖,以減小對(duì)土體的壓強(qiáng);開挖時(shí)應(yīng)逐軸放鋼板樁和鋼墊板。

2.5 　其他注意事項(xiàng)

    1) 對(duì)樁的齡期要求　管樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度,且常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)后在常溫下靜停7d 后方可沉樁。

    2) 配樁時(shí)要盡量使樁頂標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高,避免土方開挖時(shí)產(chǎn)生懸臂。

    3) 打樁前,若現(xiàn)場(chǎng)表土松軟、樁頂土層≤1m,應(yīng)先填40～60cm 碎磚塊或礦渣等堅(jiān)硬土,防止樁機(jī)陷入,同時(shí)減小軟土的變形。

    4) 加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)排水,減小土體軟化。在雨水多的季節(jié)施工時(shí),可在場(chǎng)地表層鋪15cm 粘土。

    5) 對(duì)樁垂直度要求　沉樁過程中經(jīng)常檢查樁身垂直度,并及時(shí)糾正,當(dāng)樁進(jìn)入堅(jiān)硬土層后,嚴(yán)禁采用移動(dòng)樁架的方法強(qiáng)行回扳,防止斷樁。

    6) 對(duì)截樁的要求　應(yīng)采用鋸樁器,或手持電動(dòng)工具切割,嚴(yán)禁采用大錘橫向敲擊或強(qiáng)行扳拉。