淺談樁基礎(chǔ)在地基處理中的應(yīng)用

任廣仕

內(nèi)容摘要

樁是一種人為在地基中設(shè)置的柱形構(gòu)件，單根或數(shù)根樁與連接樁頂?shù)某信_(tái)一起構(gòu)成樁基礎(chǔ)，其作用是將上部結(jié)構(gòu)的荷重通過(guò)上部軟弱土層和易壓縮性土層傳給深層強(qiáng)度高、壓縮性低的土層，利用樁端阻力和樁側(cè)阻力承擔(dān)荷載。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁；靜壓樁；偏位；擠土效應(yīng)；低應(yīng)變法；

引 言

靜壓預(yù)制樁是借助專(zhuān)用設(shè)備的自重和配重或結(jié)構(gòu)物做反力，通過(guò)靜壓機(jī)械作用作用于預(yù)制好的樁頂或樁身上，對(duì)其施加持續(xù)的壓力，將樁體壓入地基中形成樁。

靜壓預(yù)制樁包括鋼筋混凝土方樁和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁，適用于持力層起伏變化不大的強(qiáng)風(fēng)化層、風(fēng)化殘積土、砂層及中低壓縮性粘土層，且樁身穿卻穿越層中存在孤石等障礙物，以及從軟塑層突變到堅(jiān)硬巖層地區(qū)不適用。

因靜壓預(yù)制樁施工無(wú)噪音.無(wú)振動(dòng).對(duì)環(huán)境無(wú)污染，近年來(lái)得到較快發(fā)展，施工機(jī)械亦京都代發(fā)展，最大壓樁力已經(jīng)可高達(dá)6000-8000kN，單樁可施壓300-500mm級(jí)直徑為300-800mm的管樁， 適用于多.高層建筑物。本文就管樁在設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量檢測(cè)和問(wèn)題處理作初步歸納，呈與同行交流。

1 預(yù)制混凝土管樁成樁機(jī)理

靜壓預(yù)制管樁在靜壓力作用下沉人地基土中，樁側(cè)表面與樁周土體之間產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，這種滑動(dòng)摩擦作用非常小，而且在同一土層變化不大，與樁阻力是隨樁端處土體的軟硬程度即樁端處土體的抗沖剪阻力的大小而波動(dòng)，沉樁過(guò)程穿越的土層一般是軟弱松散的，含水量高，孔隙比大叫較大，當(dāng)靜壓樁垂直受力下沉?xí)r，樁尖直接使土體產(chǎn)生沖剪破壞，樁周土，同時(shí)樁周土也產(chǎn)生擠壓破壞，孔隙水受此影響，形成不均勻水頭，產(chǎn)生了超孔隙水壓力，擾動(dòng)了樁周土結(jié)構(gòu)，使樁周一定范圍內(nèi)的土體抗剪強(qiáng)度降低，粘性土發(fā)生了稠化，粉粉土與于砂土發(fā)生了軟化。壓樁終止后隨著時(shí)間的推移，超孔隙水壓力會(huì)逐漸消散，樁周土固結(jié)，圖的抗剪強(qiáng)度逐漸恢復(fù)，甚至?xí)^(guò)土體的原始強(qiáng)度，樁周土恢復(fù)后，原來(lái)沉樁式的滑動(dòng)摩擦變成靜摩擦，這種靜摩擦作用和樁端端阻力就構(gòu)成了工程中所需要的樁承載力。

2 預(yù)制樁的承載力特征

根據(jù)上述對(duì)靜壓預(yù)制樁成樁機(jī)理的概述，靜壓預(yù)制樁屬于摩擦端成樁或端承摩擦樁。對(duì)于極限承載力，不管樁端持力層是粘性土、粉土層、砂土層還是強(qiáng)風(fēng)化巖，在壓樁終止時(shí)，樁端土層所提供的承載力約占成樁時(shí)中終壓力的40%-60%，余的要靠樁周土體抗剪強(qiáng)度來(lái)提高的恢復(fù)來(lái)補(bǔ)充。

由于影響靜壓預(yù)制管樁成樁終壓力與單樁豎向極限承載力相互關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，一般情況下如果樁較長(zhǎng)，且樁周土體摩擦力的恢復(fù)值較大；一般情況如果樁較短，且樁周土體摩擦力的恢復(fù)值較小。

3 工程實(shí)例

3.1工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》場(chǎng)地地層層序如下：

第（1）層：雜填土，層厚3.80～8.00米，層頂埋深0.00～0.00米，層底標(biāo)高12.16～16.30米?；?、灰黃色，松散，稍濕，含較多碎磚.碎瓦.石頭等建筑垃圾。該層主要為新近填土

第（2）層：粉質(zhì)粘土（Q4al），層厚0.50～1.80米，層頂埋深3.80～5.50米，層底標(biāo)高14.00～14.74米。黃褐色，可塑，濕，干強(qiáng)度中等，中等壓縮性，中等韌性，稍有光澤。該層地基土承載力特征值fak=180kpa

第（3）層：粉砂混粉土（Q4al），層厚0.90～2.20米，層頂埋深5.50～6.50米，層底標(biāo)高12.30～12.94米。棕黃色，稍密～中密，混粉土，干強(qiáng)度低，中等壓縮性，低韌性，搖振反應(yīng)中等。該層地基土承載力特征值fak=180kpa

第（4）層：粉質(zhì)粘土與粉土互層（Q3al），層厚11.50～12.40米，層頂埋深7.30～8.00米，層底標(biāo)高0.28～0.66米。淺棕紅色，可塑，濕，互層粉土，局部夾粉土.粉砂，呈中密狀態(tài)。干強(qiáng)度中等，中等壓縮性，稍有光澤，含少量蚌殼碎片及氧化鐵。該層地基土承載力特征值fak=200kpa

5 預(yù)制混凝土管樁施工控制

5.1 浮樁的控制

預(yù)制混凝土管樁屬于擠土樁，在沉樁過(guò)程中樁周部分土體能夠進(jìn)入光管樁內(nèi)部，實(shí)測(cè)資料表明，一般粘性土中施工管樁土塞能夠達(dá)到樁長(zhǎng)的三分之一，即產(chǎn)生土塞效應(yīng)，樁體排擠開(kāi)的土體不可能全部進(jìn)入管樁腔內(nèi)或被壓縮，擠土作用也是非常明顯的。由于擠土效應(yīng)必然會(huì)造成表層土體的上浮，對(duì)于長(zhǎng)樁（一般超過(guò)20m）樁端下部能夠進(jìn)入硬土層較深，發(fā)揮嵌固作用，樁體的上浮不明顯；對(duì)于短樁或持力層為粘性土的管樁，由于樁端下部不能夠進(jìn)入硬土層，樁體隨著淺層土體的上浮而上浮，工程實(shí)例表明短樁比長(zhǎng)樁更容易發(fā)生樁體上浮事故。由于樁體上浮必然會(huì)造成試樁過(guò)程中沉降加大、承載力降低。有效處理方法是采用復(fù)壓或復(fù)打，經(jīng)過(guò)靜載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)，浮樁經(jīng)復(fù)壓或復(fù)打后單樁承載力能滿足要求。

5.2樁體的偏位

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁應(yīng)嚴(yán)格控制樁的偏位，如樁位偏位超過(guò)規(guī)范規(guī)定極限值，設(shè)計(jì)變更加大承臺(tái)，有以下原因，樁過(guò)密產(chǎn)生擠土效應(yīng)將后施工樁擠偏位，應(yīng)采取復(fù)打測(cè)樁位偏差；樁機(jī)的下陷，場(chǎng)地土較軟，未經(jīng)處理樁機(jī)行走過(guò)程限機(jī)，一般對(duì)場(chǎng)地土進(jìn)行碾壓，其厚度大于50cm；基坑開(kāi)挖；水平位移過(guò)大，如基坑開(kāi)挖采取放坡，將產(chǎn)生較大水平位移，土體的位移會(huì)造成基坑內(nèi)樁的位移。

6 預(yù)制混凝土管樁質(zhì)量檢測(cè)

6.1 承載力檢測(cè)

對(duì)預(yù)制混凝土管樁的承載力檢測(cè)，常用檢測(cè)方法有靜載荷試驗(yàn)和高應(yīng)變法。這兩種方法都用于承載力檢測(cè)，其中靜載荷試驗(yàn)最為直觀，結(jié)果可靠，高應(yīng)變法的結(jié)果應(yīng)建立在一定數(shù)量同一場(chǎng)地，相同條件下積累一定靜載荷試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比的基礎(chǔ)上，可用于工程樁驗(yàn)收性檢測(cè)或錘擊樁施工時(shí)的打樁監(jiān)控。本工程荷載最大加載量為設(shè)計(jì)打樁承載力特征值（300kN）的2倍（600kN），根據(jù)3根試驗(yàn)樁的Q-S關(guān)系線特征分析：試樁Q-S關(guān)系曲線均系屬“緩變型”，無(wú)陡降段，說(shuō)明樁-土體系基本上處于彈塑性工作狀態(tài)；試樁S-lgt關(guān)系曲線在各級(jí)荷載作用下，曲線呈直線變化，曲線間距逐漸加大，S-lgt關(guān)系曲線尾部均未出現(xiàn)明顯下彎曲現(xiàn)象，說(shuō)明樁-土體系基本上處于彈塑性工作狀態(tài)，未達(dá)到塑性破壞極限工作狀態(tài)。這說(shuō)明三根樁艱險(xiǎn)承載力均大于600 kN。

6.2低應(yīng)變完整性檢測(cè)

低應(yīng)變法主要用來(lái)檢測(cè)樁的完整性，其原理及原則是：在樁身頂部進(jìn)行豎向激振，樁的質(zhì)點(diǎn)受迫而振動(dòng)并產(chǎn)生沿樁身向下傳播的應(yīng)力波，當(dāng)波到達(dá)樁的末端就向上反射；在樁身某處存在廣義波阻抗（該處樁截面積、混凝土密度、縱波在該處傳播的波速三者的乘積）有變化，也會(huì)產(chǎn)生波的反射并與入射波疊加。這些包含有樁身質(zhì)量信息的反射信號(hào)被安置在樁頂上的靈敏度傳感器所接受，儀器把傳感器模擬信號(hào)放大后通過(guò)高速A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)里。通過(guò)對(duì)反射波的波形.振幅.頻譜和相位的綜合分析，從而判斷被檢測(cè)的樁身結(jié)構(gòu)的完整性，對(duì)樁身存在缺陷的部位和相對(duì)程度作出判斷。

依據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》，樁身完整性可分為四類(lèi)。

類(lèi)別 分類(lèi)原則

Ⅰ 樁身完整

Ⅱ 樁身有輕微缺陷，不影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的發(fā)揮

Ⅲ 樁身有明顯缺陷，對(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響

Ⅳ 樁身存在嚴(yán)重缺陷，必須進(jìn)行工程處理

根據(jù)低應(yīng)變法測(cè)試樁128根樁，結(jié)果顯示Ⅰ類(lèi)樁125根，Ⅱ類(lèi)根樁3根。Ⅱ類(lèi)不影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮。

結(jié)論

通過(guò)本文的討論，可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論

① 在確定終壓力，應(yīng)進(jìn)行試樁，通過(guò)靜載荷確定有效樁長(zhǎng)、終壓力。

② 對(duì)樁端持力層為非硬土層的短樁，施工中易產(chǎn)生浮樁與偏位，有效預(yù)防處理措施：施工中經(jīng)常復(fù)測(cè)樁位及對(duì)浮起樁進(jìn)行復(fù)壓。

③ 管樁承載力檢測(cè)應(yīng)首選靜載法，高應(yīng)變法用于錘擊樁打樁監(jiān)控或工程樁檢測(cè)，低應(yīng)變應(yīng)用在管樁完整性檢測(cè)時(shí)尚存在一定局限。

④ 管樁樁型具有施工速度快、單樁承載力高、成樁機(jī)質(zhì)量可靠.涉及范圍廣.單位承載力造價(jià)低.穿透力較強(qiáng)。

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