預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在生物池軟基處理中的應(yīng)用

金志斌

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概述

中國(guó)水務(wù)江蘇溧陽(yáng)市第二污水處理廠(一期)工程廠區(qū)按地質(zhì)條件劃分為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)。I區(qū)工程地面下7 m 以內(nèi)的地基土主要為第四系全新統(tǒng)河漫灘相沖積沉積層和表土層;Ⅱ區(qū)工程地質(zhì)條件相對(duì)較差，為第四系全新統(tǒng)古河道相淤積層和表土層，厚度達(dá)8余m。根據(jù)抗浮計(jì)算，粗格柵及進(jìn)水泵房、生物池、細(xì)格柵及曝氣沉砂池、沉淀池、沉淀池配水井及污泥泵房、污泥濃縮脫水機(jī)房等部位需要進(jìn)行樁基處理。在此，重點(diǎn)介紹了預(yù)應(yīng)力管樁在生物池基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用。

2 預(yù)應(yīng)力管樁的設(shè)計(jì)布置

生物池平面呈矩形，長(zhǎng)107.35 m，寬78.6 m，高7 m，壁厚300 mm。生物池基底座落在Ⅰ區(qū)③層粉質(zhì)粘土上，地基承載力特征值fak=150 kPa。生物池抗浮設(shè)計(jì)水位標(biāo)高3.6 m，但生物池抗浮水位下埋深近5.45 m，其自重不能滿足抗浮要求，因此，其基礎(chǔ)采用PHC 摩擦樁進(jìn)行處理，主要起抗浮作用。根據(jù)構(gòu)筑物抗浮計(jì)算，生物池基礎(chǔ)采用D=400 mm、長(zhǎng)度9 m 和10 m 兩種預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行處理，樁間距及行間距為2.3～2.5 m。在管樁頂部一定深度澆筑填心鋼筋混凝土，管樁頂端及鋼筋深入生物池底板并與底板形成整體。管樁填芯混凝土深度由預(yù)應(yīng)力混凝土管樁抗拔樁試驗(yàn)后確定。

3 沉樁方法比較及設(shè)備選擇

目前預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的施工方法主要有靜壓法和錘擊法。靜壓法是利用液壓靜壓樁機(jī)本身的重量(包括配重)作為反作用力，克服壓樁過程中樁周土側(cè)壁摩阻力和樁端土的阻力，徐徐將樁壓入土中。具有沉樁速度均勻、無噪音、震動(dòng)小、無空氣污染、晝夜施工等特點(diǎn)。在很多城市市內(nèi)嚴(yán)格要求管樁必須使用靜壓法施工，但壓裝機(jī)對(duì)場(chǎng)地的地基承載力要求較高，且設(shè)備占地面積較大。錘擊法以柴油錘為主，具有施工靈活，樁機(jī)對(duì)地基耐壓力要求低、進(jìn)退場(chǎng)容易、施工進(jìn)度快、效率高、操作方便、地層穿透性能良好等優(yōu)點(diǎn)。

本項(xiàng)目位于溧陽(yáng)市郊，工程現(xiàn)場(chǎng)附近有工廠和居民區(qū)。因此，從壓樁時(shí)段上進(jìn)行安排，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁壓樁主要在白天實(shí)施;若根據(jù)總體規(guī)劃，晚上需要壓樁時(shí)，則安排靜壓樁機(jī)采用靜壓法壓樁。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總體布置安排，靠近現(xiàn)場(chǎng)辦公區(qū)、建筑物(綜合樓)附近及地基承載力和場(chǎng)地滿足要求的區(qū)域沉樁時(shí)，采用靜壓法壓樁;對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)辦公區(qū)、建筑物附近以外的其它部位，采用錘擊法沉樁。

4 施工順序

生物池東側(cè)臨近綜合樓，其余方位場(chǎng)地開闊，因此，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土管樁壓樁時(shí)，按以下原則確定順序:對(duì)于生物池距綜合樓較遠(yuǎn)的開闊區(qū)域，從中間向四周進(jìn)行并靠近綜合樓一側(cè)區(qū)域，從臨近建筑物一側(cè)開始由近及遠(yuǎn)進(jìn)行。嚴(yán)格遵守“先密后稀、先深后淺、先長(zhǎng)后短”的原則。

5 沉樁

5.1 準(zhǔn)備工作

(1)做好技術(shù)準(zhǔn)備工作，并對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)、安全及施工進(jìn)度計(jì)劃交底。

(2)開工前，根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃提供管樁等采購(gòu)計(jì)劃并采購(gòu)到位。

(3)將水源、電源接入現(xiàn)場(chǎng)，電源線架設(shè)需滿足安全規(guī)范要求。

(4)樁機(jī)組裝、驗(yàn)收并進(jìn)行空載運(yùn)轉(zhuǎn)。

5.2 管樁驗(yàn)收與起吊、堆放

(1)管樁外觀質(zhì)量及尺寸檢查。

外觀質(zhì)量尺寸允許偏差均按GB13476-1999的規(guī)定執(zhí)行。粘皮、麻面面積不得大于樁總外表面積的0.5%;磕損深度不得大于10 mm;不得出現(xiàn)環(huán)向和縱向裂縫;不允許出現(xiàn)露筋、斷筋、脫頭現(xiàn)象。若預(yù)應(yīng)力為鋼絲，斷絲和滑脫鋼絲的數(shù)量不得大于總量的3%;不允許有空洞和蜂窩;樁端面應(yīng)平整等。

(2)管樁的起吊采用兩點(diǎn)起吊法。

(3)裝卸時(shí)輕起輕放，嚴(yán)禁拋擲、碰撞，并固定防止?jié)L落，吊運(yùn)過程應(yīng)保持平穩(wěn)。

(4)運(yùn)輸過程中及堆放時(shí)，樁下墊木設(shè)置兩道，支承點(diǎn)的位置設(shè)在兩吊點(diǎn)位置，同層的兩道墊木頂面保持在同一水平面上;當(dāng)重疊堆放時(shí)，各層均設(shè)置墊木，并保證各層墊木上下對(duì)齊;堆放層數(shù)不超過三層。

堆放場(chǎng)地選擇在平整堅(jiān)實(shí)的地方，最下層與地面接觸的墊木應(yīng)加寬;管樁根據(jù)樁的規(guī)格、長(zhǎng)度和使用先后、遠(yuǎn)近及樁機(jī)行走路線放置，盡量避免二次倒運(yùn)。

5.3 施工工藝

場(chǎng)地平整→放樣→樁位放點(diǎn)→樁機(jī)就位→沉樁→收錘(壓)→移機(jī)→填芯混凝土鋼筋安裝→填芯混凝土澆筑→下一循環(huán)。

(1)場(chǎng)地平整。

場(chǎng)地平整需滿足設(shè)備布置、行走路線及地基承載力要求。被清理的范圍延伸到距建筑物基礎(chǔ)外側(cè)2 m 的距離。

(2)定位放樣。

放出需處理的施工范圍，然后放出定位軸線和控制點(diǎn)，控制點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在遠(yuǎn)離沉樁區(qū)域不受干擾的地方，并加以固定保護(hù)，鉆機(jī)就位。

(3)吊樁。

用吊車從樁堆將樁水平吊運(yùn)至樁架附近，然后用樁機(jī)上的起樁鉤及卷?yè)P(yáng)機(jī)吊樁就位。管樁吊起時(shí)要控制速度，避免管樁與樁機(jī)碰撞而使管樁受損。

(4)插樁。

待樁起吊提升到垂直狀態(tài)后，由人工配合將樁尖準(zhǔn)確地放在樁位上，將管樁緩緩插入土中約1 m 左右后停止施壓。用經(jīng)緯儀從成90°的兩個(gè)方向檢查并調(diào)直樁身的垂直度，且控制樁身垂直度偏差在0.5%以內(nèi)。

(5)沉樁。

①沉樁時(shí)，繼續(xù)用兩臺(tái)經(jīng)緯儀交叉檢查樁身垂直度，邊校正樁身垂直度邊往下沉樁，避免由于樁身傾斜產(chǎn)生管樁損壞。因地層較軟，初打時(shí)下沉量較大，采取低提錘輕打幾下，隨著沉樁加深，沉速減慢，起錘高度可漸增。打樁連續(xù)施打，間歇時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以防止樁周土固結(jié)，增大沉樁的阻力。當(dāng)采用錘擊法遇到沉樁困難時(shí)，可置換大號(hào)柴油錘，采用“重錘低擊”的措施予以解決。

沉樁過程中，詳細(xì)觀察周圍建筑物的沉降或上升情況，在建筑物上設(shè)置觀察點(diǎn)，利用遠(yuǎn)處的固定水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，從而確定沉降或上升情況。避免對(duì)綜合樓、正昌路路面及大橋結(jié)構(gòu)造成不良影響。

②沉樁過程中，遇到下列情況時(shí)應(yīng)停止沉樁，并經(jīng)分析研究、采取措施后方可以繼續(xù)施工:

a.貫入度發(fā)生急劇變化或打樁機(jī)振幅異常;

b.樁身突然傾斜移位或錘擊時(shí)回彈嚴(yán)重;

c.樁頭破碎或樁身開裂;

d.附近地面有嚴(yán)重隆起現(xiàn)象;

e.樁架發(fā)生傾斜或晃動(dòng)。

(6)送樁。

經(jīng)過抗浮計(jì)算，生物池地基采用一根樁長(zhǎng)處理即可滿足池體抗浮要求。

為使管樁達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，決定采用送樁器送樁。送樁器用鋼板制作，設(shè)計(jì)送樁器的原則是沉入阻力不能太大，容易拔出，能將錘擊(或靜壓)力有效地傳到樁上并能重復(fù)使用。當(dāng)樁的樁頭距地面1～1.2 m 時(shí)，安裝送樁器繼續(xù)沉樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

(7)收錘(壓)標(biāo)準(zhǔn)。

錘擊摩擦樁采用樁長(zhǎng)和貫入度雙控制，以設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為主，貫入度為輔。最后貫入度的確定需根據(jù)試驗(yàn)樁的結(jié)果用水準(zhǔn)儀測(cè)量樁頂標(biāo)高，確定最后1 m 每10擊的下沉量和總錘擊數(shù)。沉樁時(shí)應(yīng)詳細(xì)、準(zhǔn)確地填寫沉樁記錄。

靜壓摩擦樁應(yīng)達(dá)到樁端設(shè)計(jì)標(biāo)高及靜壓力雙控制(以標(biāo)高為主，靜壓力為輔)。

6 管樁檢測(cè)

當(dāng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁打到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，對(duì)樁進(jìn)行以下項(xiàng)目的檢測(cè):

(1)小應(yīng)變測(cè)試法。

施工結(jié)束后，按樁總數(shù)的20%進(jìn)行小應(yīng)變測(cè)試，檢測(cè)樁的完整性。

傳感器安裝:傳感器安裝時(shí)，必須確保傳感器的軸線與樁身的縱軸線平行;將傳感器安裝在樁平面中心位置，必須與樁粘接良好，在樁中心距的1/2處錘擊激發(fā)。

數(shù)據(jù)采集:首先檢查設(shè)備性能，待其正常后方可使用;使用能產(chǎn)生低頻的力錘并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行激振方式和接收條件的選擇試驗(yàn);對(duì)每一根被檢測(cè)的單樁最少應(yīng)進(jìn)行三次以上的重復(fù)測(cè)試。

經(jīng)檢測(cè)，所有預(yù)應(yīng)力混凝土管樁十分完整，未出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

(2)試樁、抗拔力檢測(cè)。

正式施工前，須進(jìn)行試樁以確定管樁的單樁抗拔力。試樁數(shù)量為3根。直徑400 mm、9 m 樁長(zhǎng)單樁抗拔力特征值為215 kN，試樁荷載為單樁抗拔力特征值的2倍，即430 kN。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工完成后，也按照《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》JGJ106-2003進(jìn)行抗拔檢測(cè)。

試樁及抗拔檢測(cè)結(jié)果表明:抗拔承載力特征值達(dá)到430 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

7 填芯混凝土

沉樁完成并經(jīng)檢測(cè)合格后，按設(shè)計(jì)要求安裝填芯鋼筋及樁端錨筋、灌注填芯混凝土，填芯混凝土標(biāo)號(hào)比生物池相應(yīng)部位底板混凝土高一級(jí)。樁端、填芯鋼筋及樁端錨筋伸入生物池底板，底板混凝土澆筑后與管樁形成整體。

8 結(jié)語(yǔ)

通過預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在生物池基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用，成功解決了池體抗浮問題。與其它處理方式相比，具有速度快、效果好、質(zhì)量?jī)?yōu)等顯著特點(diǎn)，在類似項(xiàng)目應(yīng)用中具有十分廣闊的前景。