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钢护筒在预应力管桩上浮复打中的应用

日期:2019-12-26

预应力混凝土管桩具有单桩承载力高、设计选用范围广、适应性强、造价低、施工速度快等优势,在民用建筑中应用比较广泛,但是实际施工过程中很容易出现如桩身上浮等各种问题。本文结合项目工程实例分析上浮原因并着重介绍具体处理措施。

关键词

预应力管桩、钢护筒、挤土效应、上浮、复打

工程概况

该项目由10栋住宅楼及地下车库组成,其中5#楼、6#楼基础形式采用PHC-AB500-125型预应力管桩,设计桩端进入持力层第(7)卵石层,桩端进入持力层≥6.5m,工程桩单桩竖向抗压承载力特征值取Ra=1820KN,单桩竖向承载力极限值Ra=3640KN。

5#楼为18层,设计布桩为156根,6#楼为17层,设计布桩为189根,采用静压施工法,设计有效桩长约14.5~17m。本项目管桩以压力值为终压条件,理论有效桩长为辅助条件,同时需满足桩端进入持力层的最低规范要求。

工程地质情况

场地土的类型为中软土场地类别为Ⅱ类,为建筑抗震一般地段,特征周期值为0.35s。拟建建筑物抗震设防烈度为6度,可不考虑场地土的液化影响。各地层自上而下描述如下:

①素填土:软弱土,结构紊乱,土质疏松,力学性质极差,工程性质极差,层厚0.8m;

②粉质粘土:层厚2.9m,软塑,高压缩性,强度低,工程性质差;

③粉质粘土:层厚2m,可塑,中压缩性,强度一般,工程性质一般;

④粉质粘土:层厚1.3m,硬塑,中压缩性,强度较高,工程性质较好;

⑤粉质粘土:层厚1m,可塑,中压缩性,强度一般,工程性质一般;

⑥粉土夹粉砂:层厚2.2m,中密,局部夹松散状粉砂,中压缩性,强度一般,工程性质一般;

⑦卵石:层厚8.8m,稍密,中压缩性,强度较高,工程性质较好;

⑧卵石:层厚9.5m,中密,低压缩性,强度高,工程性质良好;

施工情况

2018年5月至6月共计完成展示区7号楼1根、货量区7根试桩施工,根据工程地质勘察资料地质钻孔揭露报告表明,已进入持力层第(7)层卵石层2~4.5m,终压值区间为4200KN~4900KN,所有试桩经单桩竖向抗拔和抗压静载试验检测,中间结果均满足设计要求,即静压预应力混凝土管桩施工及工艺均符合本项目设计、质量要求。

5#楼主楼工程桩按4800KN进行终压、复压3次的施工控制原则施工完成后,有效桩长平均11~13m,已进入持力层0.5~2.5m。随机抽取数根桩进行了回位复压,复压压桩值与施工终压值存在差异,桩体继续下沉,下沉量在5cm~9.5cm。随后召开专题会议,确定6#楼专项施工方案,在严格遵循方案中采取的施工措施的情况下,依旧发生了和5号楼相同的桩体上浮现象。

根据监测数据显示,累计最大水平位移为95mm,最大上浮值为110mm,最大桩偏差值为130mm。根据单桩竖向抗压静载试验检测中间结果显示,5#楼抽取的6根桩中有4根不满足设计要求。

原因分析

1 挤土效应

由于沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动,改变了土体的应力状态而产生的。在沉桩过程中,由于桩自身的体积“占用”了土体原有的空间,使桩周的土体向四周排开。桩周土为饱和软土,土体受挤压时体积不会收缩或收缩量极小,挤压应力主要通过土体位移来消减,挤土效应十分显著,因此造成管桩上浮。

2 桩的数量多、间距过小

5#楼为18层,设计布桩为156根,6#楼为17层,设计布桩为189根,桩间距为3.5d,仅满足规范最低间距要求。

3 沉桩速度快

打桩时,桩周土应力状态发生改变,在桩土界面附近产生较大的超孔隙水压力,使桩基承载力具有明显的时间效应。

4 打桩路线不合理

打桩顺序及打桩路线不合理,造成沉桩困难,产生挤土效应。

处理措施

    根据召开的专题会议,对5#、6#楼345根工程桩进行复打。

5.1 现场准备

选配一台YVY800静压桩基,现场做好降排水措施,确保桩基行走安全。同时采用机械联合作业对坑洞回填物进行夯实处理。现场复打场地处理措施如下:

(1)材料:选用砖渣及碎石、砂、混凝土石块、生石灰、钢板、钢护筒等。

(2)5#楼:场地上层土质较好,对入土1m内的工程桩进行同一轴线上隔桩开挖,只需对每根开挖进行复打后的桩回填土的基础砖渣铺垫后硬化即可。对3m内开挖面积较大较深时,需要放置钢护筒回填砂、碎石后才能进行复打,需要进行多次铺垫硬化。

(3)6#楼:存在废旧污排遗留的深淤泥质土,深度达2.5m,采用砂、石子及生石灰混合回填碾压。

5.2复打施工

(1)施工顺序

复打施工按桩顶标高分三类(-1.0m以内、-1.0m至-2.0m、-2.0m以上)进行复打,先对桩顶标高埋深在-1.0m范围以内的桩复打一遍,接着按原行走路线利用钢护筒对桩顶标高在-1.0m至-2.0m之间的桩进行复打。为了避免开挖桩头与压桩冲突,桩基间隔回旋施工,确保一边开挖一边复打。由于使用的复打机械吨位较大,在行走线路上配备一台挖机对场地用砖渣、砼石块进行平整,在已处理后的场地上铺垫钢板,以保证桩基二次行走,再考虑1台挖机在静压机前方进行开挖,埋设护筒,以保证静压桩机连续工作。

(2)桩头加固

由于部分桩头高出地面影响桩机复打行走,可将部分桩头截去,为在复打时避免对桩头产生较大破坏,故而采取以下方法对桩头进行加固:

①截去桩头不平整部分,并磨平桩头;

②在桩头两倍桩径范围内,使用C45早强微膨胀混凝土填充;

③制作桩头抱箍,以加强在复打时桩头部位抗压强度。

(3)施工方法

①对需要复打的预应力混凝土管桩先以3650KN压力值复打,再加压,最终以4800KN终压值进行复打。复打标准为在终压值复打时,控制最后两级复打后沉降量小于5mm。

②按行走路线完成了桩顶标高埋深在-1.0m范围以内的桩后,再按行走路线原路返回,把桩顶标高在-1.0m至-2.0m的桩开挖出桩头后先做一个8mm壁厚钢护筒套在桩头上,钢护筒直径为800mm,高度为1~3.5m。钢护筒示意图如下图所示。在桩头以下300~500mm处放置钢护筒,护筒上沿低于地面100mm。设置钢护筒是为了让开挖出来埋深较深的桩头在桩机行走时不被泥土覆盖,而钢护筒的设置,便于在复打时开挖出桩头,使桩头完全外露,确保送桩器对准桩顶复打,减少因未对准桩顶而造成复打时桩头爆裂的风险。

③为了避免桩机在管桩桩顶行走时对已经复打完毕的桩产生更大的影响,复打施工时桩机标高在-2.0m以下的桩也一并同桩顶标高在-1.0~-2.0m的桩一起按原路线返回施工。施工过程中先由测量人员定位,定位后再配合挖机进行钢板桩支护及人工配合开挖,确保管桩桩头完全裸露,让送桩器可以对准桩头进行复打,送桩2m以上的复打桩,采用2m~3.5m钢护筒,护筒厚度8mm。

钢护筒在预应力管桩上浮复打中的应用

处理效果:复打完毕后,5#楼和6#楼各选取6根桩做静载试验,根据报告显示,实际累计沉降量为10~15mm,单桩竖向抗压承载力特征值为1820KN,大于设计承载力特征值1800KN,满足设计要求。检测结果表明,采用的处理措施效果显著,达到了前期预想的处理效果,以最小的时间和成本代价解决了桩基上浮的问题。

预防建议

(1)首先应从设计上把关,优选桩型。对于新近填土区且经过强夯或碾压处理,应尽量避免采用高密度、大管径的预应力混凝土管桩,优先采用其他桩型,如钻孔灌注桩、冲孔灌注桩等。

(2)桩数量较多,密度较高,桩距过小都会成桩过程中对桩周土造成扰动,产生浮桩现象。

(3)优化打桩顺序,从中心向四周对称打桩。从中心向四周对称打桩能明显减小挤土效应,让中部的桩有较长时间释放土应力和向外排水。

(4)控制打桩速度,打桩速度过快会使土层中的孔隙水压力明显增加,加速临近土体剪切破坏,使挤土效应更加明显。

结语

桩身上浮这种质量问题可以通过设计优化、提高桩基施工人员质量意识、加强施工人员专业素质、强化规范施工、杜绝违规操作、以及工程各方人员的共同努力来尽量避免。出现上浮现象后,二次复打也是常见且有效的处理措施。本文通过工程实例,采用设置钢护筒这一简单有效的方法来降低预应力管桩复打成本并提高复打效率,可于相关施工中予以借鉴。