靜壓樁施工技術(shù)

周崇保

摘 要:靜壓法施工是通過靜力壓樁機(jī)的壓樁機(jī)構(gòu)以壓樁機(jī)自重和機(jī)架上的配重提供反力而將樁壓入土中的沉樁工藝。本文探討了靜壓樁在施工過程中的機(jī)理,對工程中常見質(zhì)量問題及處理方法進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞:樁;基礎(chǔ);施工

1 前言

靜壓法施工具有無噪音、無振動(dòng)、無沖擊力等優(yōu)點(diǎn),適應(yīng)今后巖土工程的要求;同時(shí)壓樁樁型一般選用預(yù)應(yīng)力管樁,該樁作基礎(chǔ)具有工藝簡明,質(zhì)量可靠,造價(jià)低,檢測方便的特性。人們在對《靜壓樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》千呼萬喚的同時(shí),也希望對靜壓樁的沉樁機(jī)理及工程實(shí)踐中的應(yīng)用有進(jìn)一步的了解,本文為此作一介紹。

2 靜壓樁沉樁機(jī)理

沉樁施工時(shí),樁尖刺入土體中時(shí)原狀土的初應(yīng)力狀態(tài)受到破壞,造成樁尖下土體的壓縮變形,土體對樁尖產(chǎn)生相應(yīng)阻力,隨著樁貫入壓力的增大,當(dāng)樁尖處土體所受應(yīng)力超過其抗剪強(qiáng)度時(shí),土體發(fā)生急劇變形而達(dá)到極限破壞,土體產(chǎn)生塑性流動(dòng)(粘性土)或擠密側(cè)移和下拖(砂土),在地表處,粘性土體會向上隆起,砂性土則會被拖帶下沉。在地面深處由于上覆土層的壓力,土體主要向樁周水平方向擠開,使貼近樁周處土體結(jié)構(gòu)完全破壞。由于較大的輻射向壓力的作用也使鄰近樁周處土體受到較大擾動(dòng)影響,此時(shí),樁身必然會受到土體的強(qiáng)大法向抗力所引起的樁周摩阻力和樁尖阻力的抵抗,當(dāng)樁頂?shù)撵o壓力大于沉樁時(shí)的這些抵抗阻力,樁將繼續(xù)刺入下沉。反之,則停止下沉。

壓樁時(shí),地基土體受到強(qiáng)烈擾動(dòng),樁周土體的實(shí)際抗剪強(qiáng)度與地基土體的靜態(tài)抗剪強(qiáng)度有很大差異。隨著樁的沉入,樁與樁周土體之間將出現(xiàn)相對剪切位移,由于土體的抗剪強(qiáng)度和樁土之間的粘著力作用,土體對樁周表面產(chǎn)生摩阻力。當(dāng)樁周土質(zhì)較硬時(shí),剪切面發(fā)生在樁與土的接觸面上;當(dāng)樁周土體較軟時(shí),剪切面一般發(fā)生在鄰近于樁表面處的土體內(nèi),粘性土中隨著樁的沉入,樁周土體的抗剪強(qiáng)度逐漸下降,直至降低到重塑強(qiáng)度。砂性土中,除松砂外,抗剪強(qiáng)度變化不大,各土層作用于樁上的樁側(cè)摩阻力并不是一個(gè)常值,而是一個(gè)隨著樁的繼續(xù)下沉而顯著減少的變值,樁下部摩阻力對沉樁阻力起顯著作用,其值可占沉樁阻力的50～80%,它與樁周處土體強(qiáng)度成正比,與樁的入土深度成反比。

粘性土中,樁尖處土體在擾動(dòng)重塑、超靜孔降水壓力作用下,土體的抗壓強(qiáng)度明顯下降。砂性土中,密砂受松馳效應(yīng)影響土體抗壓強(qiáng)度減少,松砂受擠密效應(yīng)影響土體抗壓強(qiáng)度增大,在成層土地基中,硬土中的樁端阻力還將受到分界處粘土層的影響,上覆蓋層為軟土?xí)r,在臨界深度以內(nèi)樁端阻力將隨壓入硬土內(nèi)深度增加而增大。下臥為軟土?xí)r,在臨界厚度以內(nèi)樁端阻力將隨壓入硬土的增加而減少。

一般將樁摩阻力從上到下分成三個(gè)區(qū):上部柱穴區(qū),中部滑移區(qū),下部擠壓區(qū)。施工中因接樁或其它因素影響而暫停壓樁的間歇時(shí)間的長短雖對繼續(xù)下沉的樁尖阻力無明顯影響,但對樁側(cè)摩阻力的增加影響較大,樁側(cè)摩阻力的增大值與間歇時(shí)間長短成正比,并與地基土層特性有關(guān),因此在靜壓法沉樁中,應(yīng)合理設(shè)計(jì)接樁的結(jié)構(gòu)和位置,避免將樁尖停留在硬土層中進(jìn)行接樁施工。

3 終壓力與極限承載力

在靜壓樁施工完成后,土體中孔隙水壓力開始消散,土體發(fā)生固結(jié)強(qiáng)度逐漸恢復(fù),上部樁柱穴區(qū)被充滿,中部樁滑移區(qū)消失,下部樁擠壓區(qū)壓力減小,這時(shí)樁才開始獲得了工程意義上的極限承載力。從大量的工程實(shí)踐看,粘性土中長度較長的靜壓樁其最終的極限承載力比壓樁施工時(shí)的終壓力要大,在某些土體固結(jié)系數(shù)較高的軟土地區(qū),靜壓樁最后獲得的單樁豎向極限承載力可比終壓力值高出一二倍,但是粘性土中的短樁,土體強(qiáng)度經(jīng)一段時(shí)間的恢復(fù),摩阻力雖有提高,但因樁身短,側(cè)摩阻力占樁的極限承載力的比例差異不大,最終極限承載力達(dá)不到樁的終壓力。因此樁的終壓力與極限承載力是兩個(gè)不同的概念,一些初接觸靜壓樁的設(shè)計(jì)、施工人員往往將兩者混為一談。兩者數(shù)值上不一定相等,主要與樁長、樁周土及樁端土的性質(zhì)有關(guān),但兩者也有一定的聯(lián)系。

4 常見問題

4.1 樁身上抬

由于靜壓樁是擠土樁,在場地樁數(shù)量較多,樁距較密的情況下,時(shí)常后壓的樁會對已壓的樁產(chǎn)生擠壓上抬,特別對于短樁,易形成所謂的吊腳樁。這種樁在做靜載試驗(yàn)時(shí),開始沉降較大,曲線較陡,但當(dāng)樁尖達(dá)到持力層,承載力又有明顯增加,沉降曲線又趨于平緩,這是樁身上抬的典型曲線。樁身上抬除了靜載沉降偏大外,對樁而言可能會把接頭拉斷,樁尖脫空,同時(shí)大大增加對四周樁的水平擠壓力,導(dǎo)致樁傾斜偏位。在處理上施工前合理安排壓樁順序,同一單體建筑物一般要求先壓場地中央的樁,后壓周邊的樁;先壓持力層較深的樁,后壓較淺的樁。出現(xiàn)樁身上抬后一般采用復(fù)壓的辦法使樁基按正常使用,但對承受水平荷載的基礎(chǔ)要慎重。

4.2 引孔壓樁的問題

為了防止樁間的擠土效應(yīng)太大,或土質(zhì)太硬而使樁身較短,施工中往往采用引孔壓樁的工藝 ,即先鉆比管樁略小規(guī)格的直徑鉆孔,深度是樁長的(2/3～1)L,然后將管樁沿預(yù)鉆孔壓下去。引孔應(yīng)隨引隨壓,中間間隔時(shí)間不宜大長,否則孔內(nèi)積水,一是會軟化樁端土,待水消散后孔底會留有一定空隙;二是積水往樁外壁冒,削弱了樁的側(cè)摩阻力。

對于較硬土質(zhì)中引孔壓樁還會有樁尖達(dá)不到引孔孔底的現(xiàn)象,施工完成后孔底積水使土體軟化,使承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

4.3 樁端封口不實(shí)

當(dāng)樁尖有縫隙,地下水水頭差的壓力可使樁外的水通過縫隙進(jìn)入樁管內(nèi)腔,若樁尖附近的土質(zhì)是泥質(zhì)土,遇水易軟化,從而直接影響樁的承載力。對于樁靴的焊接質(zhì)量要求與端板間無間隙、錯(cuò)位,保證焊縫飽滿,無氣孔。施焊對稱進(jìn)行,焊拉時(shí)間控制得當(dāng),焊接完成后自然冷卻10分鐘左右方可施打,因高溫焊縫遇水后變脆,容易開裂。工程上比較有效的補(bǔ)救技術(shù)措施是采用填芯混凝土法,即在管樁施壓完畢后立即灌入高度為1.2m左右的C20細(xì)石混凝土封底,樁端不漏水,樁端附近水壓平衡,樁端土承受三相壓力,承載力能保持穩(wěn)定。

4.4 樁頂(底)開裂

由于目前壓樁機(jī)越來越大,最重可達(dá)6800KN,對于較硬土質(zhì),管樁有可能仍然壓不到設(shè)計(jì)標(biāo)高,在反復(fù)復(fù)壓情況下,管樁樁身橫向產(chǎn)生強(qiáng)烈應(yīng)力,如果樁還是按常規(guī)配箍筋,樁頂混泥土抗拉不足開裂,產(chǎn)生垂直裂縫,為處理帶來很大困難。另一種情況就是管樁由軟弱土層突然進(jìn)入硬持力層,沒有經(jīng)過渡層,樁機(jī)油壓迅速升高,樁身受到瞬間沖擊力也容易引起樁頂開裂,如果硬持力層面不平整,樁靴卡不進(jìn)土引起樁頭折斷破碎,樁機(jī)油壓又下降,再壓時(shí)壓力不穩(wěn)定,吊線測量樁長發(fā)現(xiàn)比入土部分短。處理上事前改進(jìn)樁尖形式(圓錐形樁尖易滑),事后用壓力灌漿把樁底破碎混凝土粘結(jié)住,適當(dāng)折減承載力設(shè)計(jì)值。

4.5 基坑開挖

由于靜壓樁逐漸用在高層建筑中,基坑開挖不可避免。應(yīng)根據(jù)開挖深度考慮是否需要先圍護(hù)開挖再沉樁的方案。邊打樁邊開挖是不可取的,先打樁后開挖應(yīng)考慮對稱均勻,如在中間開挖把土堆在周圍就會造成四周和中心的土體高差懸殊,同時(shí)超孔隙水壓及震動(dòng)會使管樁傾斜或折斷,所以合理制定基坑開挖方案是必不可少的。

結(jié)語

靜壓樁的沉樁機(jī)理非常復(fù)雜,與土質(zhì)、土層排列、硬土層厚度、樁數(shù)、樁距、施工順序、進(jìn)度等有關(guān),有待進(jìn)一步研究。靜壓樁施工中出現(xiàn)的問題也各種各樣,最常用的處理方法是提高終壓力進(jìn)行復(fù)壓。往往樁在做完靜載試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不合格后,還要增加靜載試驗(yàn)或大應(yīng)變檢測,以確定更大范圍不合格樁數(shù)量分布。有時(shí)基坑已開挖,樁頭已鑿去位置難確定,壓樁機(jī)撤出現(xiàn)場,復(fù)壓或補(bǔ)樁有一定困難,這就要采取其它一些措施處理不合格樁,如灌漿補(bǔ)強(qiáng)、降低樁承載力標(biāo)準(zhǔn)或擴(kuò)大承臺等。相信隨著工程實(shí)踐的不斷豐富,能為靜壓樁規(guī)程的制定提供更多的素材。