摘 要: 本文总结近几年全国预应力混凝土管桩设计、施工经验,针对武汉地区应用预应力混凝土管桩施工中几个问题浅谈一下观点。
关键词: 混凝土管桩,单桩承载力,挤土效应,桩位偏差,软化。
中图分类号: TU473 文献标识码: B 文章编号: 100423152 (2006) 0620035203
1 前言
预应力混凝土管桩具有桩身强度高( C60 ～C80) ,沉桩能力强,单桩承载力高,施工周期短,造价低等优点,从2003 年开始在武汉地区大面积推广,取代传统实心预制方桩、沉管灌注桩,已成为武汉地区建筑地基处理的主要桩型。
总结近几年全国预应力混凝土管桩设计、施工经验,以及在武汉地区的资料和现场施工、监理的经验,拟讨论以下问题:
(1) 单桩承载力不满足设计要求; (2) 预应力管桩桩身质量; (3) 预应力管桩焊接质量和接头连接问题; (4) 桩位偏差过大; (5) 桩管进水桩端强风化软质岩软化问题。
2 预应力混凝土管桩施工中几个问题
2. 1 单桩承载力不满足设计要求
承载力不足的原因主要有以下几个方面:
(1) 勘察报告提供的qs 、qp 参数不准确一些勘察单位提供的桩基参数过高,若设计单位据此进行桩基础设计, 有可能造成单桩承载力不足。如果提供的桩基参数过低, 但试桩所得单桩承载力又很高,如何选择合理的单桩承载力就很困难。建议武汉地区勘察单位针对预应力管桩存在挤土效应对不同土层的qs 、qp 进行进一步研究和实测。
(2) 持力层起伏较大,施工单位双控较难预应力管桩优点是桩身强度高,为了经济节约,设计时应在桩身强度允许的范围之内,使土的强度,即qs 、qp 充分的发挥。一般选择较硬土层作为桩端持力层,如中密以上状态的砂层、卵石层和强风化岩作为桩端持力层。由于勘察手段不合理或取样间距过大,对持力层的起伏未查清,因此虽然设计要求采取双控,但施工单位很难把握,往往控制设计深度到了,而锤击贯入度或油压值达不到;或锤击贯入度或油压值达到了,而设计深度不到。为此,建议地勘单位能提供一定精度的桩端持力层的等深线图。
(3) 预应力管桩挤土效应造成桩体上浮对于无桩靴的预应力管桩,桩体排开的土体不可能全部进入管桩腔内或被压缩,实测表明进入管桩内的土芯长度只能达到桩长的1/ 3 ,挤土效应是很明显的。而有桩靴的预应力管桩挤土效应更大。挤土效应会使桩体上浮,对于长桩,由于桩下部进入硬土层较深,发挥嵌固作用,上浮不明显,而短桩比长桩更易发生桩体上浮事故。对于高层的核心筒群桩部位,因为群桩布桩挤土效应就更明显,造成打桩后土体隆起20 至30 cm ,甚至达40～50 cm。如果桩段之间焊缝质量不好的话,挤土效应会造成焊缝拉裂现象。桩体上浮将肇致工程桩试桩变形过大、承载力降低。
(4) 恢复期桩周土未充分固结预应力管桩在沉桩过程中将使桩周和桩端一定范围内的土体扰动,侧阻力和端阻力都有所降低。随着超静孔隙压力的消散,土体重新固结,桩侧阻力和桩端阻力也不断增加。为获得较高承载力,一般要求桩施工完成后要间歇一定时间再检测承载力,称间歇期或恢复期。《建筑地基基础设计规范》( GB50007 - 2002) 规定:预制桩在砂土中不得少于7 天; 粘性土不得少于15 天; 对于饱和软粘土不得少于25 天。
2. 2 预应力管桩桩身质量问题
(1) 桩材质量问题
预应力管桩桩身砼强度设计为C60 至C80 ,主要是依据广东、深圳地区采用花岗岩作为混凝土骨料,而武汉地区骨料不是花岗岩,强度低,要达到C60 至C80 有困难。虽然管桩通过离心法工艺和蒸高。但混凝土标准件试块,试压强度是否能真正代表预应力管桩的强度,尚存疑问。武汉地区预应力管桩生产能力有限,往往是即压即用,今日生产,明日就运到工地压桩,缺乏养护期。因此,建议离心法工艺应通过试验桩段的试压结果进行比较,比混凝土标准件试块更真实。
(2) 施工设备与桩型不匹配
管桩施工必须选择与桩型相匹配的施工设备。如果施工中设备选择不当,如小锤打大桩,由于击数增加,很容易造成桩头破损。应严格控制桩身顶压压控力和抱压压控力。
(3) 硬土层中采用锤击桩易造成桩身断裂武汉地区呈密实的粉砂层,是预应力管桩良好的桩端持力层,能够获得较高单桩承载力。如果桩身质量不太好或使用薄壁管桩,锤击法施工很容易造成桩身断裂。当地质报告中存在孤石,或硬土层下又有软土层,必须穿过此硬土层时,也可能造成桩身沉桩或打桩时出现桩断裂现象。
2. 3 预应力管桩焊接质量和接头连接问题
(1) 管桩接桩部位焊接质量差
管桩现场锤击或静压时,一般均要接桩1～3次,目前多数采用人工施焊,要求先对称焊4～6 个焊点,再由两名熟练焊工对称施焊,焊缝应连续饱满,不得有夹渣或气孔,其层数应在两层以上。每个接头一般约须20 分钟焊完,再等焊缝自然冷却8 分钟,才能继续锤打或压桩。但实际施工时,却随便拉没有上岗证的人来施焊,因焊接质量差和人为不易控制因素,造成桩尖与锚板间焊缝和锚板与锚板间出现焊接裂隙,焊渣空隙和急剧冷却的收缩裂缝。
锤击法施工时产生的上拔力和大面积群桩施工土体上浮产生的上拔力易将焊接质量差的桩从接桩部位拔断。另一方面,焊缝裂隙使管桩内腔进水,桩尖附近土体遇水软化,加大桩基沉降量而引发事故。采用复打或复压的办法补救后,即使垂直桩的抗压承载能力满足设计要求,但抗水平承载能力仍然很差。
(2) 推荐两种新的管桩接头方法
为解决焊接质量易受人为因素和天气条件等影响,福建、广东两地已发明新的接头方法。福建开发并编制了福建省《预应力混凝土管桩机械快速连接接头施工及验收规程》。管桩机械快速螺纹连接接头是由螺纹端盘、螺母、连接端盘和防松嵌块等组成。它是通过连接件的机械咬合作用及预应力混凝土管桩端面承压作用,将上一节预应力混凝土管桩中的力传递至下一节预应力管桩上。
广东的预应力混凝土管桩(机械) 快速接头是以机械啮合取代传统的焊接工艺,以高强度带锯齿的齿条连接销插入预埋在管桩端夹板的连接槽中,连接销与藏于连接槽内一对带反面锯齿形的钢销板通过弹簧的伸缩紧固作用,将两者相互啮合扣紧,从而将上下两节桩牢固连成整体。
2. 4 桩位偏差过大
施工中应严格控制桩的偏位,放线放桩之后,在锤打或压桩前还需再一次复测桩中心位。如果偏差过大,超过规范规定限值,设计变更加大承台,将影响进度并造成经济损失。产生桩位偏差过大原因主要有:
(1) 桩过密产生挤土效应密集群桩施工过程中很容易产生挤土效应,后施工的桩很容易将先施工的桩挤偏位。一般采取经常复测桩位的方法来避免产生偏位。
(2) 场地土质软,大静压机陷机超过400 t 的大静压机,对场地表层土的强度有一定要求,如果表层土软,未进行处理。静压机行走过程中容易发生陷机,可能将已施工的桩压偏位。
为避免造成桩偏位,施工前应对场地表层土进行处理,一般采用拆房砖混凝土砌块经碾压处理即可,处理厚度不得少于50 cm。
(3) 基坑开挖水平位移过大基坑开挖,遇到饱和软粘土时,严禁边打(压) 桩边开挖或用挖土机挖土,最好用人工挖土,保持桩侧土的高差应少于1 m ,防止管桩被土的侧压力推斜,推裂或推断。如果基坑开挖采取放坡或柔性桩支护方式,将产生较大的水平位移,土体的位移必然带动坑内桩产生位移。
2. 5 桩管进水桩端强风化软质岩软化问题
(1) 桩管进水的通道有:
①从桩身焊接质量差接头处和下开口直接进入。开口桩尖的管桩,进入桩芯的土塞没有防水能力。
②桩端头板焊接不牢固,偏心锤击或偏压焊缝有裂缝,从裂缝中渗水进入桩管内部。
③由于锤击使端头板与预应力筋锚固松动,而产生裂缝。
④桩身混凝土在锤击、静压过程中,产生贯通桩壁的裂缝。锤击桩收锤标准应以到达桩端持力层,最后贯入度或最后1 m 沉桩锤击数为主要控制指标。静压桩施工时的终压标准应结合桩长、压力值、地质情况和地区经验等因素综合考虑。
(2) 桩管进水导致桩端强风化岩软化问题武汉地区的强风化岩主要是指泥岩和砂质岩。管桩进水后,桩端持力层软化后的饱和单轴抗压强度大大降低,此问题必须引起充分重视。如
①香港天颂苑和天富苑9 栋建筑物,采用24 m深管桩基础,持力层是几十米深厚的强风化凝灰岩,已发生严重不均匀沉降倾斜事故,有的倾斜率已超过千分之三。
②广东、深圳地区收集到37 栋建筑物,采用预应力管桩基础,持力层在泥岩、粉砂岩、花岗岩上,有的产生倾斜沉降, 有的试桩不合格率达30 %至100 % ,实测桩极限承载力仅为设计极限承载力的20 %至90 %。
3 结语
预应力混凝土管桩具有强度高、施工方便、造价低等诸多优点,近两年来武汉地区已大面积推广使用,最高已用到地下一层地上三十二层的高层建筑物。现在急需制定像广东、福建、浙江、上海市、天津市、沈阳市等省市那样的预应力管桩技术规程和适合武汉地区地质情况的管桩标准图集,以适应武汉地区建筑市场的需要。
