深厚軟土中PHC樁可行性試驗(yàn)研究

李樹潤(rùn)

1 試樁目的

上海某鋼廠1 780 mm熱軋廠,根據(jù)場(chǎng)地勘察揭示,場(chǎng)地內(nèi)主要是深厚層狀的軟土,根據(jù)場(chǎng)地的地層條件及上部荷載的情況,擬采用PHC樁基礎(chǔ),大部分建筑物的樁端持力層需選擇埋深55 m以下的⑧3層(粉質(zhì)黏土夾粉土)、⑨1-1(砂質(zhì)粉土)、⑨1-2(粉細(xì)砂),由于場(chǎng)地附近以前未做過類似的預(yù)制樁施工,故需要進(jìn)行試樁,試打PHC400型的長(zhǎng)樁,目的是確定其是否可用作熱軋廠工程的樁型,確定樁端持力層,并取得打樁施工的各項(xiàng)參數(shù),確定合適的沉樁工藝。

2 試樁處的場(chǎng)地地層概況

試樁場(chǎng)地的地層分布如表1所示。

3 試樁的設(shè)定

3.1 試樁的樁型和規(guī)格

1)試樁采用PHC400型樁,其高強(qiáng)度混凝土為C80級(jí)。2)樁尖均采用“加靴”鋼樁尖。3)樁身的長(zhǎng)度根據(jù)鉆探的地質(zhì)資料設(shè)定。每節(jié)的最大長(zhǎng)度,第一次試打采用12 m,第二次試打采用10 m。

3.2 試樁用樁錘

試樁分兩次進(jìn)行,第一次試打選用4.5 t的柴油樁錘施工,當(dāng)?shù)谝桓鶚洞蛉肜щy時(shí),即改用6 t級(jí)的柴油樁錘施工。第二次試打選用6.2 t的柴油樁錘施工。

3.3 試樁的停打

第一次試樁的停打要求當(dāng)最后10擊的貫入度小于1 mm/擊時(shí)或樁身出現(xiàn)損壞時(shí)均為可停錘。

第二次試樁的停打要求當(dāng)最后10擊的貫入度小于4 mm/擊時(shí)或樁身出現(xiàn)損壞時(shí)均可停錘。

4 打樁結(jié)果

4.1 打樁入土與錘擊狀況

1)根據(jù)打樁情況繪制出試樁的入土深度、土層分布、進(jìn)入土中不同深度的總錘擊數(shù)和每米的錘擊數(shù)關(guān)系曲線。

2)第一次試樁施打,用4 t柴油錘施打,四根樁樁端均入土至68.1 m,達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

打樁的總錘擊數(shù)為1 838擊～1 912擊,平均為1 879擊,最終10擊的平均貫入度為4 mm/擊～5 mm/擊。樁端在第⑧2層粉質(zhì)黏土層中的錘擊數(shù)平均為27.9擊/m,進(jìn)入第⑧3層粉質(zhì)黏土夾粉土層中的錘擊數(shù)平均為64.8擊/m,進(jìn)入第⑨1-1層砂質(zhì)粉土層中的錘擊數(shù)平均為114.7擊/m。

因設(shè)定樁長(zhǎng)時(shí)參考的工程地質(zhì)鉆孔資料鉆入第⑨1-1層7.65 m未鉆透,故確定將樁端進(jìn)入第⑨1-1層砂質(zhì)粉土層中4 m～5 m。

3)第二次試樁施打,用6.2 t柴油錘施打,五根樁樁端的入土深度為67.8 m～72 m。除BM1樁達(dá)到了距要求深度0.8 m時(shí),平均每擊貫入度小至1.6 mm而停打外,其余四根樁均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的深度。

打樁的總錘擊數(shù)為639擊～1 603擊,平均為957擊,最終10擊的平均貫入度為1.8 mm/擊～18 mm/擊。樁端在進(jìn)入第⑧3層粉質(zhì)黏土夾粉土層中的錘擊數(shù)平均為29.8擊/m,進(jìn)入第⑨1-1層砂質(zhì)粉土層中的錘擊數(shù)平均為50.3擊/m,當(dāng)樁端進(jìn)入第⑨1-2層粉細(xì)砂層中時(shí),錘擊數(shù)可達(dá)100擊/m以上。

表1 各主要土層的頂面深度 m

4.2 樁的工程質(zhì)量前提保證

1)打入土中的樁,均有出廠產(chǎn)品質(zhì)量合格證。樁接頭的焊接材料有產(chǎn)品證書。2)施工過程中,由施工監(jiān)理人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查。打樁前,對(duì)樁身的質(zhì)量進(jìn)行了檢查,接頭焊縫的質(zhì)量也經(jīng)過了檢查。3)第一次試樁完成后,對(duì)露出基礎(chǔ)中的1.2 m長(zhǎng)樁身進(jìn)行目視檢查,未發(fā)現(xiàn)有裂紋或破損現(xiàn)象。第二次試樁完成后,露出地面的樁身經(jīng)目視檢查,也未發(fā)現(xiàn)有裂紋或破損現(xiàn)象。

4.3 樁身高應(yīng)變檢測(cè)

1)第二次試打五根樁,在最后0.7 m～1.0 m長(zhǎng)的樁身入土前,均按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行了高應(yīng)變檢測(cè),判定樁身的完整性。2)檢測(cè)單位根據(jù)檢測(cè)結(jié)果認(rèn)為,BM1樁、BM2樁、BM4樁和 BM5樁均屬完整樁;BM3樁在距樁頂3 m附近存在輕度缺陷,該處的完整系數(shù)為0.91。

5 試樁成果的分析

5.1 試樁的代表性

兩次試樁均在距1 780 mm熱軋廠房周圍的場(chǎng)地上,其工程地質(zhì)狀況已涵蓋了熱軋工程的土質(zhì)性能,且第⑨1-1層砂質(zhì)粉土層和⑨1-2層粉細(xì)砂層的頂面深度比較接近,故試樁的結(jié)果具有一定的代表性。

5.2 樁錘的選擇

兩次試打的實(shí)施表明,在地基條件基本相同的條件下,用4.5 t柴油錘和6.2 t柴油錘施打入土中約70 m深的PHC400型樁,其效果差異頗大。以6.2 t柴油錘施打的錘擊數(shù),幾乎為以4.5 t柴油錘施打的1/2。以較大的6.2 t柴油錘施打,不僅沒有對(duì)樁身造成損壞,反而因打擊次數(shù)少,且打擊能量迅速轉(zhuǎn)化為樁的貫入,降低了樁身?yè)p壞的可能。同時(shí),重錘施打也縮短了打樁時(shí)間,可以加快施工速度,充分顯示了打樁工作采用重錘輕擊的效果。因此,工程施打PHC400型樁宜采用 6.2 t柴油錘,施打PHC500型樁和PHC600型樁時(shí),也可借鑒采用類似的方法加大錘重。

5.3 樁身的構(gòu)造

本次試樁樁身入土比較順利的原因與所用樁尖的構(gòu)造有密切的關(guān)系。以與樁身同等直徑的短鋼管作為樁尖,在其端部外側(cè)再增焊一管箍作為樁靴,是吸取了寶鋼使用鋼管樁的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的。在寶鋼鋼管樁的施工中,這種構(gòu)造對(duì)改善樁端在較硬土層中的貫入曾起到相當(dāng)大的作用。其工作機(jī)理就是因?yàn)闃都饴源笥跇渡?樁身在硬土層中貫入時(shí),減小了樁側(cè)的摩阻力。

5.4 持力層的選擇

表2 樁端進(jìn)入不同土層中的平均錘擊數(shù)(m/擊)和進(jìn)入持力層的最終貫入度

1)打樁樁端進(jìn)入土層時(shí)的貫入狀況,直接反映出土質(zhì)軟硬的程度,故可以作為確定或檢測(cè)樁端持力層的依據(jù)之一。2)表2列出了各樁樁端進(jìn)入不同土層中,每貫入1 m的平均錘擊數(shù),以及進(jìn)入持力層的最終貫入度。3)從表2及依打樁情況繪制的曲線都可以看出,樁端進(jìn)入第⑧3層粉質(zhì)黏土夾粉土層中的錘擊數(shù),大致相當(dāng)于在第⑧2層粉質(zhì)黏土層中的兩倍;而在進(jìn)入第⑨1-1層砂質(zhì)粉土層中的錘擊數(shù),又大致相當(dāng)于在第⑧3層粉質(zhì)夾粉土層中的兩倍。表明第⑨1-1層砂質(zhì)粉土層的土質(zhì)要比第⑧3層粉質(zhì)黏土夾粉土層和第⑧2層粉質(zhì)黏土層好得多,選擇的樁錘是順利施工的重要因素之一。

從表2中的BM1樁和BM3樁可能進(jìn)入第⑨1-2層粉細(xì)砂層的錘擊數(shù),比在第⑨1-1層砂質(zhì)粉土層中又高出甚多的結(jié)果來看,在第⑨1-2層粉細(xì)砂層應(yīng)為最好的長(zhǎng)樁持力層。第⑨1-1層砂質(zhì)粉土層的土質(zhì)比第⑨1-2層粉細(xì)砂層略差,可作為第二位選擇的長(zhǎng)樁持力層。

6 結(jié)語(yǔ)

1)兩次試樁證明,報(bào)告書建議采用PHC型預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土離心管樁,作為1 780 mm熱軋工程中長(zhǎng)度為65 m～75 m的長(zhǎng)樁使用是可行的。2)樁端持力層的選擇。⑧3層作為對(duì)荷載大且變形要求敏感的建筑物采用預(yù)制樁(PHC樁)的樁端較好持力層,但由于該層均勻性差,屬不均勻的地基土,樁端應(yīng)進(jìn)入該層一定深度為宜,樁的停打原則應(yīng)同時(shí)考慮貫入度和樁端設(shè)計(jì)標(biāo)高。

平均頂板埋深在65 m以下的粉(砂)性土(⑨1-1,⑨1-2,⑨2)層性能好,分布連續(xù),累計(jì)厚度大可作為對(duì)荷載大且對(duì)變形要求嚴(yán)格的建(構(gòu))筑物采用預(yù)制樁(PHC樁或鋼管樁)的樁端理想持力層。

但由于上部粉質(zhì)黏土夾粉土⑧3層的存在,故樁端不易穿透該層而進(jìn)入⑨層,設(shè)計(jì)和施工時(shí)均應(yīng)根據(jù)地層分布規(guī)律采取有效措施。3)沉樁的可行性分析。當(dāng)選用⑧3層作為預(yù)制樁的樁端持力層時(shí),若采用與之相匹配的樁機(jī)、樁錘以及合適的施工順序,通常不會(huì)對(duì)沉樁帶來難度,但由于⑥,⑦1層的存在,故宜采用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁(PHC樁)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,當(dāng)選用⑨層作為預(yù)制樁或鋼管樁的樁端持力層時(shí),則樁基施工中,打樁宜選用6.2 t柴油錘重錘輕擊施工,尤其對(duì)⑧3層厚的地段更應(yīng)如此。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮樁身強(qiáng)度能否滿足要求,并考慮錘型與地質(zhì)條件關(guān)系,選擇合適的沉樁設(shè)備,提高樁與樁之間焊接質(zhì)量,以免截樁、碎樁給施工帶來困難。打入困難時(shí),建議采取樁尖端加“靴”等措施。4)每樁節(jié)的長(zhǎng)度不宜超過10 m。樁端宜選用帶“靴”樁尖。5)嚴(yán)格監(jiān)督和檢查制度,以保證樁的工程質(zhì)量。

[1] 吳曉霞.PHC管樁施工方案[J].山西建筑,2009,35(8):128-130.