引孔靜壓樁施工技術(shù)難題分析

黃春滿

(泉州泉成勘察有限公司，福建泉州 362000)

引孔靜壓樁施工技術(shù)難題分析

黃春滿

(泉州泉成勘察有限公司，福建泉州 362000)

對(duì)在引孔后的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(PHC樁)植樁施工中，由于受到地質(zhì)條件限制、工藝流程及周邊環(huán)境等影響，所導(dǎo)致沉樁過(guò)程的偏斜、懸樁、斷樁等現(xiàn)象進(jìn)行分析和探討，提出有效的解決措施，解決了技術(shù)難題，希望能對(duì)同類型的工程問(wèn)題有一定的參考借鑒意義。

引孔靜壓樁;偏斜;懸樁;斷樁;技術(shù)難題;分析

0 引言

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(PHC樁)是一種通過(guò)預(yù)應(yīng)力先張法、室內(nèi)離心成型、高壓釜蒸養(yǎng)等流程制作的、混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C80的、空心環(huán)形等截面構(gòu)件管樁，其常見規(guī)格Φ300～Φ600不等，可供設(shè)計(jì)選用的范圍廣。其具有：樁身強(qiáng)度高、單樁承載力大、穿透力強(qiáng)、施工方便周期短、檢測(cè)方式簡(jiǎn)易、質(zhì)量可靠等眾多優(yōu)點(diǎn)。隨著城市化的進(jìn)展，靜壓預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁越來(lái)越多的應(yīng)用于多層、高層等一些高承載的建筑物，特別對(duì)于福建內(nèi)地丘陵地貌單元，其風(fēng)化巖面起伏較大的地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、樁身耐打等優(yōu)點(diǎn)。但是，隨著靜壓預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁應(yīng)用的廣泛，在一些有地下室、風(fēng)化巖面較淺、有堅(jiān)硬夾層不能作為持力層時(shí)、周邊有重要建筑物，由于短樁、擠土效應(yīng)、樁基沉降問(wèn)題，往往采用引孔植樁工藝進(jìn)行施工，輔助進(jìn)入設(shè)計(jì)樁端持力層全斷面一定深度。本文通過(guò)典型的工程案例，結(jié)合以往的引孔施工過(guò)程出現(xiàn)的一些問(wèn)題，針對(duì)靜壓預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁引孔沉樁過(guò)程的偏斜、懸樁、斷樁等現(xiàn)象進(jìn)行分析探討。

1 工程概況及地質(zhì)條件

玉都陽(yáng)光商住區(qū)1#～4#樓位于泉州市惠安縣惠南工業(yè)園區(qū)，處在洛秀組團(tuán)開發(fā)區(qū)以東。主體結(jié)構(gòu)上部為四幢16～18F剪力墻結(jié)構(gòu)高層建筑物，其下有負(fù)一層地下室，屬矩型狀。地處剝蝕殘丘地貌單元，覆蓋層厚度內(nèi)的土質(zhì)多為回填土、坡殘積土及風(fēng)化巖。

由于工期較緊，且周邊民房較多，對(duì)各種樁型的可行性分析及造價(jià)比選后，沖、鉆孔灌注樁振動(dòng)噪聲大、費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，不建議采用，綜合分析靜壓預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁為最佳樁型?，F(xiàn)有地面孔口標(biāo)高為10.00 m左右，地下室底板標(biāo)高6.00 m，依據(jù)鉆探成果資料揭露的強(qiáng)風(fēng)化巖(擬選用的樁端持力層)，其頂板埋深7.00～11.80 m，有效樁長(zhǎng)去除掉地下室及承臺(tái)部位(實(shí)際樁長(zhǎng)3.00～6.00 m)，約有90%處于“短樁”現(xiàn)象，即有效樁長(zhǎng)≤6 m，見圖1。

經(jīng)建設(shè)、勘察、設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)理單位聯(lián)合進(jìn)行方案研究后，決定采用機(jī)械引孔植樁的輔助工藝施工。初步方案為采用Φ350引孔口徑，植入Φ400的管樁，采用小型的衡陽(yáng)XY-100型地質(zhì)鉆機(jī)引孔，利用武漢YZY-800型靜力壓樁機(jī)植樁。

圖1 玉都陽(yáng)光商住樓ZK8地質(zhì)剖面圖

2 問(wèn)題的產(chǎn)生

引孔后植樁過(guò)程，產(chǎn)生了以下3個(gè)問(wèn)題：

1)引孔后植樁樁斜問(wèn)題：施工工程樁過(guò)程，偏斜量≥3%，而主鉆桿無(wú)偏斜，管樁的偏斜度超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的要求值;

2)引孔后植樁懸樁問(wèn)題：施工工程樁過(guò)程，出現(xiàn)有個(gè)別樁進(jìn)入孔中的樁長(zhǎng)仍不滿足設(shè)計(jì)最小樁長(zhǎng)要求，而實(shí)際引孔的深度又比施工沉樁植入的樁長(zhǎng)要深得多，導(dǎo)致樁端下部有1～2 m的懸空部分，實(shí)際上的這類型樁失去了大部分的端阻力和側(cè)阻力，存在“懸樁”的工程隱患，見圖2。

圖2 抱壓式靜力壓樁法施工中懸樁示意圖

3)引孔后植樁斷樁問(wèn)題：植樁過(guò)程，出現(xiàn)有個(gè)別樁進(jìn)入預(yù)定持力層強(qiáng)風(fēng)化巖時(shí)斷樁現(xiàn)象，壓樁力驟降。

3 原因分析及解決方案的選定

3.1 樁斜

3.1.1 樁斜的原因分析

1)技術(shù)操作：引孔鉆機(jī)機(jī)身沒(méi)調(diào)平，地面平整度較差;

2)鉆機(jī)機(jī)械設(shè)備：采用的衡陽(yáng)XY-100型地質(zhì)鉆機(jī)，其自身扭力較小，在巖石傾斜處或軟弱交接地帶易偏向，見圖3。

圖3 偏斜樁受力及地質(zhì)示意圖

3)植樁機(jī)械自身缺陷：鉗口油缸不同步，抱壓夾緊后，鉗口面不垂直，樁身偏斜。

3.1.2 解決方案

1)改用衡陽(yáng)XY-300型地質(zhì)鉆機(jī)引孔，鉆桿采用50 mm型鋼芯管，增加其穩(wěn)定性;

2)對(duì)場(chǎng)地嚴(yán)格平整壓實(shí)，引孔過(guò)程確保機(jī)身調(diào)平;

3)對(duì)夾樁不垂直，盡量控制夾樁器在傾斜較小的時(shí)候?qū)吨踩肟字?，可采取在調(diào)心塊位置加層鋼板，校正鉗口自身傾斜度，讓樁端貼近地面或≤0.50 m時(shí)進(jìn)行二次垂直度校核。

3.2 懸樁

3.2.1 懸樁的原因分析

1)孔底沉渣：由于殘積土及風(fēng)化巖層中的顆粒多為礫狀(以＞2 mmm為主，多在3～8 mm的顆粒，占總量的30%以上)，所采用的引孔清渣泥漿泵功率較小不足于完全將礫狀沉渣顆粒帶起排出;

2)擠土效應(yīng)：由于預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁樁端為平底型樁尖，采用Φ350引孔口徑，植入Φ400的管樁時(shí)將有一大部份土體隨著樁身的植入仍被帶至孔底，較粗的顆粒沉積在下部，而靜壓樁的壓力值卻已達(dá)到設(shè)計(jì)值要求;另外也可能因?yàn)楣軜稑都鈴?qiáng)度較差，遇到下部粗粒風(fēng)化巖層時(shí)，樁尖已破損被打碎，卡在管內(nèi)形成塞子，最終形成“吊腳樁”;

3)從沉樁理論原理及工程實(shí)踐分析：預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，其力學(xué)公式中的壓樁力，主要表現(xiàn)為樁周摩阻力與樁端阻力總和。而較多的工程事實(shí)證明：預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的壓樁力對(duì)于樁較短或風(fēng)化巖層埋藏不深的情況下，主要是樁端阻力起決定性作用，樁周摩阻力相對(duì)樁端阻力起較為次要的作用，在一些特定的地質(zhì)單元中甚至可以忽略不計(jì)。壓樁力在樁端未觸及預(yù)定持力層時(shí)，油壓表的數(shù)值變化往往并不大，不呈線性比例關(guān)系，在樁端送達(dá)設(shè)計(jì)持力層，瞬間就有較大的幾何級(jí)數(shù)變動(dòng)。

3.2.2 解決方案

1)沉渣的解決：采用灌注樁機(jī)械專用大型泥漿機(jī)，并在場(chǎng)地一側(cè)開挖專門的排漿坑，以防泥漿回流至已引孔施工完畢的鉆孔中去，盡量做到引一根植入一根的緊湊工序，避免清孔后的沉渣再行沉淀;

2)擠土效應(yīng)的解決：將原有的Φ350引孔孔徑加大至Φ380，壓植樁過(guò)程盡量避免因停頓造成的超孔隙水壓力恢復(fù)、樁周土強(qiáng)度快速恢復(fù)，使得壓樁時(shí)阻力明顯加大帶來(lái)的不利影響。

3.3 斷樁

3.3.1 斷樁的原因分析

1)地質(zhì)條件原因：風(fēng)化巖面起伏大，在引孔植樁過(guò)程由于負(fù)荷不均，特別是對(duì)于軟硬交接突變明顯的位置，容易造成樁端滑移，樁身變形斷裂，從而形成斷樁;

本場(chǎng)地的雜填土為新近回填土，采用的回填材料為舊基礎(chǔ)混凝土碎塊、舊建筑物的碎塊石等，在壓樁過(guò)程中因處于孔壁夾雜的硬雜物，使其突出于孔中，在進(jìn)一步壓樁后，樁尖受力產(chǎn)生了傾斜差以及受力極不均衡，超過(guò)材料的變形極限后，變成不可逆過(guò)程進(jìn)入了塑性破壞階段，從而產(chǎn)生斷樁;

2)施工質(zhì)量控制因素：按規(guī)定發(fā)生樁身傾斜時(shí)，從水準(zhǔn)儀的觀測(cè)數(shù)據(jù)是可以反映出來(lái)的，正常應(yīng)拔出以后重新清孔后再打，當(dāng)傾斜嚴(yán)重時(shí)還繼續(xù)加大壓樁力時(shí)，就造成了斷樁;

3)管樁產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題：除了管樁自身的強(qiáng)度個(gè)別存在缺陷外，樁尖、樁帽的預(yù)制也是影響管樁樁身質(zhì)量的薄弱環(huán)節(jié)。一般的產(chǎn)品問(wèn)題，拉應(yīng)力起結(jié)構(gòu)主導(dǎo)的破壞作用，其次是壓應(yīng)力裂縫擴(kuò)散作用。

3.3.3 解決方案

1)地質(zhì)因素的解決方案：可進(jìn)一步改進(jìn)采用大扭力的引孔設(shè)備，如長(zhǎng)螺旋樁機(jī)引孔，保證引孔的質(zhì)量，有利于管樁的順利植入;

表層雜填土雜質(zhì)的處理：本場(chǎng)地因雜填土厚度不大，采用送樁器直接導(dǎo)壓引穿雜填土至殘積土層，再用引孔機(jī)械進(jìn)行二次引孔;

2)改變受力點(diǎn)：避免偏心，由原來(lái)的平底型樁尖，改用尖口型的十字樁尖，減少受力面積，并有利于巖面的反力居中，由于樁尖自身的剛度不大，在一定的壓樁力下樁尖壓入鈍化過(guò)程可起到一定的有效緩沖作用，增強(qiáng)其柔性，降低巖面反彈反力，減小斷樁可能性。

4 效果檢驗(yàn)

經(jīng)過(guò)以上方案針對(duì)性的實(shí)施后，植樁過(guò)程的偏斜、懸樁、斷樁等現(xiàn)象已基本消除，樁長(zhǎng)滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)樁基檢測(cè)的低應(yīng)變及靜荷載試驗(yàn)，也均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求，達(dá)到預(yù)期目的，很好的解決了工期、質(zhì)量、效益問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)引孔后的靜壓高強(qiáng)混凝土管樁(PHC樁)在沉樁過(guò)程中出現(xiàn)的偏斜、懸樁、斷樁等現(xiàn)象，探討其產(chǎn)生的各種原因，并制定了相應(yīng)的技術(shù)方案。在一定地質(zhì)條件下，引孔靜壓植樁過(guò)程中的偏斜、懸樁、斷樁現(xiàn)象往往相伴產(chǎn)生，若能找到之間存在的關(guān)系，將進(jìn)一步擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(PHC樁)的適用范圍，具有一定的指導(dǎo)意義。

［1］彭宏.預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁及其沉樁擠土效應(yīng)研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2004.

［2］李月健.土體內(nèi)球形空穴擴(kuò)張及擠土樁沉樁機(jī)理的研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2001.

TV523

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1007-7596(2012)07-0085-02

2012-06-15

黃春滿(1979-)，男，福建泉州人，工程師，從事基礎(chǔ)施工、巖土設(shè)計(jì)治理、地質(zhì)勘察工作。