預應力管樁樁身質量所存在的三個情況

預應力混凝土管樁具有樁身強度高(C60～C80),沉樁能力強,單樁承載力高,施工周期短,造價低等優點,從2003年開始在武漢地區大面積推廣,取代傳統實心預制方樁、沉管灌注樁,已成為武漢地區建筑地基處理的主要樁型。

總結近幾年全國預應力混凝土管樁設計、施工經驗,以及在武漢地區的資料和現場施工、監理的經驗,擬討論以下問題:

(1)單樁承載力不滿足設計要求;(2)預應力管樁樁身質量;(3)預應力管樁焊接質量和接頭連接問題;(4)樁位偏差過大;(5)樁管進水樁端強風化軟質巖軟化問題。

2預應力混凝土管樁施工中幾個問題

2.1單樁承載力不滿足設計要求

承載力不足的原因主要有以下幾個方面:

(1)勘察報告提供的qs、qp參數不準確一些勘察單位提供的樁基參數過高,若設計單位據此進行樁基礎設計,有可能造成單樁承載力不足。如果提供的樁基參數過低,但試樁所得單樁承載力又很高,如何選擇合理的單樁承載力就很困難。建議武漢地區勘察單位針對預應力管樁存在擠土效應對不同土層的qs、qp進行進一步研究和實測。

(2)持力層起伏較大,施工單位雙控較難預應力管樁優點是樁身強度高,為了經濟節約,設計時應在樁身強度允許的范圍之內,使土的強度,即qs、qp充分的發揮。一般選擇較硬土層作為樁端持力層,如中密以上狀態的砂層、卵石層和強風化巖作為樁端持力層。由于勘察手段不合理或取樣間距過大,對持力層的起伏未查清,因此雖然設計要求采取雙控,但施工單位很難把握,往往控制設計深度到了,而錘擊貫入度或油壓值達不到;或錘擊貫入度或油壓值達到了,而設計深度不到。為此,建議地勘單位能提供一定精度的樁端持力層的等深線圖。

(3)預應力管樁擠土效應造成樁體上浮對于無樁靴的預應力管樁,樁體排開的土體不可能全部進入管樁腔內或被壓縮,實測表明進入管樁內的土芯長度只能達到樁長的1/3,擠土效應是很明顯的。而有樁靴的預應力管樁擠土效應更大。擠土效應會使樁體上浮,對于長樁,由于樁下部進入硬土層較深,發揮嵌固作用,上浮不明顯,而短樁比長樁更易發生樁體上浮事故。對于高層的核心筒群樁部位,因為群樁布樁擠土效應就更明顯,造成打樁后土體隆起20至30cm,甚至達40～50cm。如果樁段之間焊縫質量不好的話,擠土效應會造成焊縫拉裂現象。樁體上浮將肇致工程樁試樁變形過大、承載力降低。

(4)恢復期樁周土未充分固結預應力管樁在沉樁過程中將使樁周和樁端一定范圍內的土體擾動,側阻力和端阻力都有所降低。隨著超靜孔隙壓力的消散,土體重新固結,樁側阻力和樁端阻力也不斷增加。為獲得較高承載力,一般要求樁施工完成后要間歇一定時間再檢測承載力,稱間歇期或恢復期。《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2002)規定:預制樁在砂土中不得少于7天;粘性土不得少于15天;對于飽和軟粘土不得少于25天。

2.2預應力管樁樁身質量問題

(1)樁材質量問題

預應力管樁樁身砼強度設計為C60至C80,主要是依據廣東、深圳地區采用花崗巖作為混凝土骨料,而武漢地區骨料不是花崗巖,強度低,要達到C60至C80有困難。雖然管樁通過離心法工藝和蒸高。但混凝土標準件試塊,試壓強度是否能真正代表預應力管樁的強度,尚存疑問。武漢地區預應力管樁生產能力有限,往往是即壓即用,今日生產,明日就運到工地壓樁,缺乏養護期。因此,建議離心法工藝應通過試驗樁段的試壓結果進行比較,比混凝土標準件試塊更真實。

(2)施工設備與樁型不匹配

管樁施工必須選擇與樁型相匹配的施工設備。如果施工中設備選擇不當,如小錘打大樁,由于擊數增加,很容易造成樁頭破損。應嚴格控制樁身頂壓壓控力和抱壓壓控力。

(3)硬土層中采用錘擊樁易造成樁身斷裂武漢地區呈密實的粉砂層,是預應力管樁良好的樁端持力層,能夠獲得較高單樁承載力。如果樁身質量不太好或使用薄壁管樁,錘擊法施工很容易造成樁身斷裂。當地質報告中存在孤石,或硬土層下又有軟土層,必須穿過此硬土層時,也可能造成樁身沉樁或打樁時出現樁斷裂現象。

2.3預應力管樁焊接質量和接頭連接問題

(1)管樁接樁部位焊接質量差

管樁現場錘擊或靜壓時,一般均要接樁1～3次,目前多數采用人工施焊,要求先對稱焊4～6個焊點,再由兩名熟練焊工對稱施焊,焊縫應連續飽滿,不得有夾渣或氣孔,其層數應在兩層以上。每個接頭一般約須20分鐘焊完,再等焊縫自然冷卻8分鐘,才能繼續錘打或壓樁。但實際施工時,卻隨便拉沒有上崗證的人來施焊,因焊接質量差和人為不易控制因素,造成樁尖與錨板間焊縫和錨板與錨板間出現焊接裂隙,焊渣空隙和急劇冷卻的收縮裂縫。

錘擊法施工時產生的上拔力和大面積群樁施工土體上浮產生的上拔力易將焊接質量差的樁從接樁部位拔斷。另一方面,焊縫裂隙使管樁內腔進水,樁尖附近土體遇水軟化,加大樁基沉降量而引發事故。采用復打或復壓的辦法補救后,即使垂直樁的抗壓承載能力滿足設計要求,但抗水平承載能力仍然很差。

(2)推薦兩種新的管樁接頭方法

為解決焊接質量易受人為因素和天氣條件等影響,福建、廣東兩地已發明新的接頭方法。福建開發并編制了福建省《預應力混凝土管樁機械快速連接接頭施工及驗收規程》。管樁機械快速螺紋連接接頭是由螺紋端盤、螺母、連接端盤和防松嵌塊等組成。它是通過連接件的機械咬合作用及預應力混凝土管樁端面承壓作用,將上一節預應力混凝土管樁中的力傳遞至下一節預應力管樁上。

廣東的預應力混凝土管樁(機械)快速接頭是以機械嚙合取代傳統的焊接工藝,以高強度帶鋸齒的齒條連接銷插入預埋在管樁端夾板的連接槽中,連接銷與藏于連接槽內一對帶反面鋸齒形的鋼銷板通過彈簧的伸縮緊固作用,將兩者相互嚙合扣緊,從而將上下兩節樁牢固連成整體。

2.4樁位偏差過大

施工中應嚴格控制樁的偏位,放線放樁之后,在錘打或壓樁前還需再一次復測樁中心位。如果偏差過大,超過規范規定限值,設計變更加大承臺,將影響進度并造成經濟損失。產生樁位偏差過大原因主要有:

(1)樁過密產生擠土效應密集群樁施工過程中很容易產生擠土效應,后施工的樁很容易將先施工的樁擠偏位。一般采取經常復測樁位的方法來避免產生偏位。

(2)場地土質軟,大靜壓機陷機超過400t的大靜壓機,對場地表層土的強度有一定要求,如果表層土軟,未進行處理。靜壓機行走過程中容易發生陷機,可能將已施工的樁壓偏位。

為避免造成樁偏位,施工前應對場地表層土進行處理,一般采用拆房磚混凝土砌塊經碾壓處理即可,處理厚度不得少于50cm。

(3)基坑開挖水平位移過大基坑開挖,遇到飽和軟粘土時,嚴禁邊打(壓)樁邊開挖或用挖土機挖土,好用人工挖土,保持樁側土的高差應少于1m,防止管樁被土的側壓力推斜,推裂或推斷。如果基坑開挖采取放坡或柔性樁支護方式,將產生較大的水平位移,土體的位移必然帶動坑內樁產生位移。

2.5樁管進水樁端強風化軟質巖軟化問題

(1)樁管進水的通道有:

①從樁身焊接質量差接頭處和下開口直接進入。開口樁尖的管樁,進入樁芯的土塞沒有防水能力。

②樁端頭板焊接不牢固,偏心錘擊或偏壓焊縫有裂縫,從裂縫中滲水進入樁管內部。

③由于錘擊使端頭板與預應力筋錨固松動,而產生裂縫。

④樁身混凝土在錘擊、靜壓過程中,產生貫通樁壁的裂縫。錘擊樁收錘標準應以到達樁端持力層,后貫入度或后1m沉樁錘擊數為主要控制指標。靜壓樁施工時的終壓標準應結合樁長、壓力值、地質情況和地區經驗等因素綜合考慮。

(2)樁管進水導致樁端強風化巖軟化問題武漢地區的強風化巖主要是指泥巖和砂質巖。管樁進水后,樁端持力層軟化后的飽和單軸抗壓強度大大降低,此問題必須引起充分重視。如

①香港天頌苑和天富苑9棟建筑物,采用24m深管樁基礎,持力層是幾十米深厚的強風化凝灰巖,已發生嚴重不均勻沉降傾斜事故,有的傾斜率已超過千分之三。

②廣東、深圳地區收集到37棟建筑物,采用預應力管樁基礎,持力層在泥巖、粉砂巖、花崗巖上,有的產生傾斜沉降,有的試樁不合格率達30%至100%,實測樁限承載力僅為設計限承載力的20%至90%。

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