预应力混凝土管桩的适用范围及施工工艺浅析
摘要: 本文对预应力混凝土管桩的适用性、施工方法、施工控制要点、挤土效应防治措施等方面进行了研究, 较为详细介绍了该桩型在我国推广使用中取得的一些成果及其存在的一些问题, 并对这些问题进行了一定的探索.
关键词: 预应力混凝土; 管桩;施工控制; 防治措施
1 预应力混凝土管桩的适用范围
预应力混凝土管桩具有如上优点, 故在公路、桥梁、港口、码头、工业与民用建筑中得到了广泛的使用. 预应力混凝土管桩主要适用于人工填土、软土、粘性土、粉土、粉砂、细砂、中砂为覆盖层的地区, 持力层一般选为粗砂、砾砂、圆砾、风化岩. 另外, 预应力混凝土管桩在一些特殊的地质条件下应用时, 曾出现过不少断桩、裂缝、桩身倾斜等质量事故. 许多工程技术人员通过对这些质量事故的原因分析, 从反面提出了预应力混凝土管桩不宜采用的场地地质条件. 如王离[1] 通过对十年来广东地区管桩出现的质量事故原因分析, 列出了以下四种不宜应用管桩的地质条件: (1) 含有较多孤石和障碍物的地层; (2)有不适宜作持力层且管桩又难以贯穿的坚硬夹层;(3) 基岩上无适合作管桩持力层的石灰岩地区; (4)从松软地层突变到特别坚硬(N> 70) 的地层.
2预应力混凝土管桩的施工工艺
预应力混凝土管桩的施工方法主要有锤击法、静压法等. 选择何种施工方法要根据场地条件(周边环境、场地大小、地质情况) 来决定.
2. 1 锤击法施工
2. 1. 1 桩锤的选择
桩锤的选择是一个复杂的问题,需要综合考虑各方面的因素, 徐新跃[2] 指出在遵循重锤低击的前提条件下, 主要应满足下列要求: (1) 能保证桩的承载力满足设计要求; (2) 能顺利或基本顺利地将桩下沉到设计深度; (3) 打桩的破损率能控制在1%左右, 最多不超过3% ; (4) 满足设计要求的最后贯入度, 贯入度宜控制在20—40mm/ 10 击; (5) 每根桩的总锤击数宜在1500 击以内,最多不超过2500 击.
2. 1. 2 桩帽、桩垫的选择
合理选择桩帽、桩垫是一个不可忽视的重要环节; 套在桩头上的桩帽筒, 其内径以大于桩径2—4cm 为宜, 深度也不宜太深或太浅, 以30—40cm 为宜. 锤与桩帽间的垫层宜采用竖向硬木或钢丝绳填满, 厚度为15—20cm; 桩帽与桩顶间的垫层宜采用麻袋、纸垫和木夹板等衬垫材料, 经锤击压缩后的厚度宜为120—150mm, 同时应经常检查并及时更换,这对防止桩头被击碎及增强贯入能力都有好处.
2. 1. 3 关于收锤标准的确定
单桩承载力一经确定, 如何确定收锤标准, 则是使管桩承载力达到设计要求的关键. 管桩施打的收锤标准一般包括桩入土深度、桩尖进入持力层深度、贯入度、总锤击数、最后1m 锤击数等. 陆文军[3] 认为应以最后三阵贯入度和最后1m锤击数为主要控制标准.最后1m锤击数是保证管桩在持力层的嵌固,而最后三阵贯入度则是保证管桩承载力的定量控制. 确定收锤标准时不应硬性规定桩一定要进入强风化岩, 或一定要达到一定的深度、贯
入度, 满足一定的锤击数等, 而应视地质情况和现场施打的实际情况确定, 能满足设计要求的单桩承载力即可. 叶建伟等[4] 指出, 桩较短时, 由于桩侧阻力较小,主要靠端承受力, 故应严格控制贯入度; 反之, 桩较长时,桩侧阻力增大, 桩不易打入, 且桩侧阻力较大的条件下, 可适当放松贯入度的控制, 但应满足总锤击数,尤其是最后1m 锤击数的要求.
2. 2静压法施工
2. 2. 1机械选择
必须根据工程的地质资料和设计的单桩承载力要求,合理选择压桩机.如果压桩机吨位过小,可能出现桩压不下去的情况;反之如果压桩机吨位过大,对施工场地的要求将提高,特别在新填、耕植土及积水浸泡过的场地施工时容易发生陷机, 造成桩位偏移大, 桩身垂直度难以控制. 压桩机的选型一般按1. 2— 1. 5 倍管桩极限承载力取值.
2. 2. 2 施工流程
(1)测量放线定桩位;(2)桩机就位调平;(3)将管桩吊入压桩机夹持腔; (4)夹持好管桩对准桩位调直底桩;(5)静压沉桩到底桩露出地面2. 5— 3. 0m时,吊入上节桩与底桩对齐,夹持上节桩, 将底桩压到露出地面60—80cm,调节上节桩与底桩对中;(6)电焊焊接接头;(7)再静压沉桩再接驳, 直到需要深度,或达到设计要求压力值,然后重复放松,下压三次以消除回弹;(8)将高出设计标高的桩头截去;(9)最后桩机就位调平.
2. 2. 3 终压值的控制
终压值由设计确定,一般摩擦桩以桩长为控制条件:(1)大于21m 的端承摩擦桩以桩长
为主,终压对照;(2)对于14—21m长的桩,以密实砂土为持力层时,应以终压力达1.8—2倍的设计荷载为终压控制条件,稳压不少于3 次,每次1min;(3)对于长度小于14m的桩,以粘土为持力层时, 应以终压力为终压控制条件; 宜连续多次复压, 特别是对桩长小于
8m 短桩, 连续复压的次数应适当增加.
2. 2. 4复压
静压桩的复压是指在沉桩达到预定的压桩力后松开夹持,然后重新加力再压的操作.可以复压一次或若干次,并可在预定的压桩力作用下稳压一段时间.复压是静压桩特有的技术,也是静压桩的优势之一.静压桩施工时,一般都是用最终压桩力连续复压2—3 次,经过复压的桩在静载试验时沉降显著减小、承载力增大.
2. 3施工控制要点
2. 3. 1 确保桩身垂直
桩身保持垂直,可减少打桩时因偏心受力而使桩身破坏的机会,成桩后的垂直度也能得到保证.在软土地基上施工要保证桩身垂直,首先要对场地进行认真的平整压实,避免在施打过程中因震动而使桩架产生不均匀沉降,使得桩机导杆不垂直,第一节桩即底柱一定要插直,不然后面接上去的桩节就更斜,如发现桩身不垂直应拔出重打.
2. 3. 2桩端防水措施
为防止桩端泥岩或页岩遇水软化(水沿桩身落至桩尖)，可采用以下措施:(1)桩端与桩尖严格采用全缝焊,焊缝保证一定强度和厚度,并不留缝隙.(2)在桩中间空心处灌入一定量的
C25混凝土,待其固结后在桩端形成约1.0m高的混凝土柱,成桩后可隔绝管中的水流进桩底而渗入持力层.
2. 3. 3焊接要求
焊接铁件必须保持清洁, 由两个电焊工在对称方向同时施焊,上下节桩的中心线偏差不得大于10mm,节点弯曲点高不得大于1%桩长;焊接层数不得小于3 层, 内层焊渣必须清理干净后方能焊外层,焊缝应饱满连续. 每道焊接接头必须超前引弧以免产生缺陷, 根部必须焊透. 焊接部分不得有凹痕、咬边、夹渣、裂缝等有害缺陷. 表面加强焊缝堆高宜1mm, 焊接后应进行外观检查, 发现有缺陷应返工修整, 同一道焊缝返修次数不得超过2 次. 焊完后须冷却10 分钟, 待焊缝冷却至常温后再继续沉桩(严禁用水冷却或焊好即压),防止高温的焊缝遇水变脆而被压坏.
2. 3. 4连续沉桩
在预应力管桩的沉桩过程中, 桩周围的土体发生急速而激烈的挤压, 土中孔隙水压力急剧上升, 土的抗剪强度大大降低, 这时桩身很容易下沉, 一旦中途停歇下来, 随着时间的推移, 桩周土体中的孔隙水压力就逐渐消散, 土体发生固结, 土的抗剪强度逐渐恢复和提高, 这时要继续沉桩就相当困难, 特别是在较厚的粘土、粉质粘土层中几乎无法继续沉桩, 所以无论采用锤击还是静压沉桩都应尽量避免中途停歇.
2. 4 减小挤土效应的措施
预应力混凝土管桩作为一种挤土桩, 在沉桩过程中会产生挤土效应. 当施工场地邻近建筑物、道路、管线等构筑物时, 为了避免因为沉桩对邻近建筑物、构筑物的影响, 必须采
取措施减小挤土效应.
2. 4. 1设置防挤沟
防挤沟应在邻近周边道路或管线处设置, 其宽度一般采用1.0—2. 0m,沟底标高低于保护对象基础底面, 根据工程实际情况在沟内回填砂或其它松散材料. 这种方法只能消除土体浅层挤压作用, 对于减少地面表层的位移效果较好, 对于道路和浅埋管线能起到一定的保护作用, 但无法隔断深层挤土作用.
2. 4. 2设置应力释放孔
应力释放孔设计考虑周围建筑物及道路、管线等分布远近、场地内工程桩的布置密度等影响因素,布置应力释放孔. 应力释放孔应填充中粗砂至地面,利用砂性土的强透水性, 及时消散管桩施工过程中产生的超孔隙水压力.
2. 4. 3预钻孔辅助沉桩
采用先钻孔取土, 再静力压桩. 预钻孔的直径一般不大于桩径的2/ 3, 深度不大于桩长的2/3, 钻孔后置入预制桩体, 其防止挤土效应效果较明显.
2. 4. 4 压桩顺序
在软土地区打较密集的桩时, 为了避免或减轻打桩时由于土体的挤压而发生移动, 除了应遵循自中间向两个方向对称或向四周、由一侧向单一方向的打桩顺序外, 尚应先根据地质资料, 粗略判断桩的深浅, 宜先深后浅, 对不同规格的桩则宜先大后小,以使土层挤密均匀, 避免发生较大的位移和偏斜.
2. 4. 5 合理安排压桩进度
在软弱土地基中, 沉桩施工速度过快, 不但显著增加超静孔隙水压力值, 还使邻近土体因剪切而破坏, 增加地基土体变位值, 而且扩大了超静孔隙水压力和地基变位的范围, 因此沉桩速度要合理.
3结语
预应力混凝土管桩是采用预应力和离心成型技术生产的新型桩型. 由于该桩型具有单桩承载力高、抗弯抗剪性能好、穿透土层能力强、成桩质量可靠、施工方便快捷及工程造价合理等优点, 故被广泛应用于各类建筑物和构筑物的基础工程. 本文对我国预应力混凝土管桩施工技术及施工质量控制进行了研究, 旨在对该桩型在我国的进一步应用推广作一些工作. 相信随着广大工程技术人员对该桩型的认识进一步加深, 施工水平的进一步提高, 预应力混凝土管桩将在全国更大范围内得到广泛的应用, 经济效益会更为显著.
参考文献:
[1] 王离. 预应力混凝土管桩施工技术现状[C] . 全国桩基施工与监理学术研讨会议论文, 杭州, 1998.
[2] 徐新跃. 预应力管桩应用中的若干问题[J] . 建筑技术,2003, (3) : 187- 1.
[3] 陆文军. 关于管桩应用若干问题的探讨[J] . 安徽建筑,2002, (2) : 61- 62.
[4] 叶建伟. 深圳机场航站楼扩建预应力混凝土管桩承载力分析[J] . 工业建筑, 2000, 30(1) : 73- 75.
