靜壓PHC管樁在樁基工程中的施工控制要點(diǎn)

黃 安

(武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 武漢 430072)

靜壓PHC管樁在樁基工程中的施工控制要點(diǎn)

黃 安

(武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 武漢 430072)

介紹了靜壓PHC管樁的優(yōu)缺點(diǎn)，從施工程序、沉樁順序、樁的入土深度等方面，闡述了靜壓PHC管樁的施工要點(diǎn)，并針對(duì)靜壓管樁施工中常見的質(zhì)量問題，提出了相應(yīng)的解決策略。

靜壓PHC管樁，樁身，承載力，擠土效應(yīng)

0 引言

近年來靜壓PHC管樁技術(shù)發(fā)展非常迅速，靜壓管樁把靜壓工藝和預(yù)制樁結(jié)合起來，以其較大的單樁承載力，無污染，無振動(dòng)，無噪聲，樁身質(zhì)量可靠，造價(jià)合適，施工周期快，方法簡單，施工場(chǎng)地文明整潔等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到建筑從業(yè)人員的青睞，現(xiàn)在已經(jīng)被大量應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑物和構(gòu)筑物的基礎(chǔ)工程中。

由于靜壓管樁受力原理的復(fù)雜性和地區(qū)的差異性，靜壓管樁技術(shù)是一門實(shí)踐性強(qiáng)的技術(shù)，各場(chǎng)地在施工前均需結(jié)合勘察報(bào)告和試樁進(jìn)行分析研究，盡可能多地掌握地層分布情況，分析靜壓PHC管樁的受力和承載原理，以進(jìn)一步推廣該技術(shù)。

1 靜壓管樁的優(yōu)點(diǎn)

1)優(yōu)點(diǎn)。

a.單位承載力造價(jià)低。管樁采用預(yù)應(yīng)力預(yù)制樁，其內(nèi)部空心，可以節(jié)省大量鋼材和混凝土原材料，且其持力層一般較淺，一般情況下單位承載力比鉆孔灌注樁造價(jià)便宜。

b.適應(yīng)范圍更廣。由于樁徑范圍廣，樁長可根據(jù)地層和上部建筑荷載進(jìn)行調(diào)節(jié)，其可以用于二級(jí)及以下基坑支護(hù)、高層建筑地下室、18層以下中低層建筑物基礎(chǔ)等工程。

c.成樁質(zhì)量可靠。采用預(yù)制品，可工廠成批生產(chǎn)，人為干預(yù)因素較少，樁身質(zhì)量可控。施工前期準(zhǔn)備時(shí)間較少，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)可直觀檢測(cè)質(zhì)量，不存在樁底沉碴的問題。

d.施工速度快，現(xiàn)場(chǎng)施工工期較短。管樁材料在場(chǎng)外生產(chǎn)，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)直接采用壓樁機(jī)壓入地下即可，施工完成后只需放置約3 d～4 d待土壓釋放即可開挖，不需等待混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，可大量節(jié)省工期，符合了業(yè)主工期要求。

e.施工過程無噪聲、無污染，安全系數(shù)相當(dāng)較高。采用靜壓施工，不需挖土及泥漿護(hù)壁，減少了各工序之間的銜接，符合城市綠色施工要求。

f.樁基施工完畢后質(zhì)量驗(yàn)收方便，特別是采用十字閉口樁尖時(shí)，其內(nèi)部為空心，樁身質(zhì)量和樁長均可用內(nèi)眼查看。

2)缺點(diǎn)。

a.靜壓樁機(jī)比較龐大笨重，所以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)有較高要求，地面過于軟弱時(shí)容易發(fā)生陷機(jī)，且樁位上不能有太大孤石，否則容易造成壓樁困難。此外對(duì)于靠近鄰近舊建筑物的邊樁和角樁有時(shí)也無能為力。

b.由于受樁工機(jī)械和施工條件限制，管樁截面不可能做得很大，單樁承載力受到了限制，因此，不宜用于高層建筑樁基。

2 靜壓PHC管樁施工要點(diǎn)

PHC管樁施工是利用壓樁機(jī)自身配重，將PHC管樁分節(jié)壓入地層中成樁，一般都采取分節(jié)壓入、逐節(jié)段接長的方法。

2.1 施工程序

測(cè)量定位→樁機(jī)就位→吊樁插樁→樁身對(duì)中→沉樁→接樁→再沉樁→送樁→終止壓樁→檢查驗(yàn)收→轉(zhuǎn)移樁機(jī)至下一根樁位。

2.2 沉樁順序

預(yù)應(yīng)力管樁屬于擠土樁，沉樁會(huì)形成一定的擠土效應(yīng)，所以沉樁時(shí)應(yīng)按一定的順序施工，具體施工順序如下：

1)對(duì)于較密集樁群，應(yīng)從場(chǎng)地中間開始分頭向四周或兩邊對(duì)稱施工；

2)當(dāng)基坑場(chǎng)地不大時(shí)，壓樁應(yīng)逐排打設(shè)或從中間開始分頭向兩邊或四周進(jìn)行；

3)當(dāng)一側(cè)有毗鄰建筑物時(shí)，由毗鄰建筑物處向另一方向施工；

4)對(duì)基礎(chǔ)標(biāo)高不同的樁，宜先施工樁頂標(biāo)高較小的樁；對(duì)不同規(guī)格的樁，宜先施工大樁后施工小樁、先施工長樁后施工短樁，可使土層擠密均勻，以防止位移或偏斜；

5)當(dāng)基坑場(chǎng)地較大時(shí)，宜將基坑分為數(shù)段，然后在各段范圍內(nèi)分別施工，但壓樁應(yīng)避免自外向內(nèi)或從周邊向中間進(jìn)行施工，以免中間土體被擠密，樁難以壓入；或雖勉強(qiáng)壓入，但使鄰樁側(cè)移甚至上冒。

2.3 樁的入土深度控制

一般說來，對(duì)于摩擦樁，以樁長控制為主，油壓值為參考；對(duì)于端承樁則以油壓值為主，樁長控制為輔。結(jié)合工程實(shí)例，靜壓PHC管樁設(shè)計(jì)成端承摩擦樁較多，設(shè)計(jì)單位一般要求實(shí)行樁長和油壓值雙控，這給施工現(xiàn)場(chǎng)帶來了較大的施工難度。

根據(jù)大量的PHC靜壓樁施工實(shí)例，經(jīng)常出現(xiàn)PHC樁過長或過短，實(shí)際施工的樁頂標(biāo)高與設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高不一致的情況，而造成截樁和接樁的現(xiàn)象，不僅給施工增加了一定的麻煩，還會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，甚至?xí)斐尚薷脑O(shè)計(jì)，究其原因主要是因?yàn)殪o壓PHC管樁的承載力預(yù)估不準(zhǔn)確。

3 靜壓管樁施工常見問題

1)單樁豎向極限承載力、單樁豎向承載力特征值與終壓力三者之間的關(guān)系。

單樁極限承載能力一般取靜壓管樁的單樁豎向承載力特征值的2倍，如式(1)所示。單樁豎向極限承載力的研究和分析是靜壓PHC管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，這樣才能為工程實(shí)際提供可靠的參考，盡可能發(fā)揮管樁基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)效益。

(1)

其中，Ra為單樁豎向承載力特征值;K為安全系數(shù)，一般取2;Qu,k為單樁豎向極限承載力。

而靜壓PHC管樁的單樁豎向極限承載力與終壓力有本質(zhì)的差別，兩者的量值均不相同。單樁豎向極限承載力是指基樁施工完成后，樁周土應(yīng)力再平衡后基樁能抵抗由上部結(jié)構(gòu)傳來的長期作用荷載的能力，主要是樁底端承力和樁周摩阻力。終壓力是指樁尖達(dá)到設(shè)計(jì)深度后終止壓樁時(shí)出現(xiàn)的最終壓力，其持續(xù)時(shí)間在幾秒到幾十秒之間，主要來自樁工機(jī)械克服樁端土體的抗沖剪切力。

因樁徑、樁長、地質(zhì)條件不同，單樁豎向極限承載力與終壓力之間的關(guān)系是聯(lián)系緊密但又不確定的。單樁豎向極限承載力是在終壓力的基礎(chǔ)上，土體經(jīng)過固結(jié)再平衡發(fā)展后的豎向承載力。大量的實(shí)踐資料表明，極限承載力與終壓力不存在同比例關(guān)系，其相對(duì)值可大可小，不具有規(guī)律。因此研究二者之間的關(guān)系，指導(dǎo)下一步施工，成為很多工程技術(shù)人員十分關(guān)心的問題。具體意義有如下幾點(diǎn)：

a.合理地確定終壓值，選擇合適的靜壓樁機(jī)配重，確定配樁長度；

b.知道了終壓力、樁長以及地質(zhì)條件，可以估算出單樁豎向承載力特征值；

c.為類似工程提供參考依據(jù)。

就目前的研究水平來看，直接尋求單樁豎向極限承載力與終壓力二者之間的普遍關(guān)系還較困難，最為常用的方法是根據(jù)類似區(qū)域經(jīng)驗(yàn)公式法，其二者之間的關(guān)系可用式(2)表示。

Pu=αQu

(2)

其中，Pu為終壓力;α為效應(yīng)系數(shù)，根據(jù)試樁或同一區(qū)域施工經(jīng)驗(yàn)確定;Qu為單樁豎向極限承載力。

2)樁身破裂。

靜壓管樁在壓樁過程中樁身突然傾斜錯(cuò)位，當(dāng)樁尖處地質(zhì)條件沒有特別變化，而貫入度突然異常增大，可能就是樁身了。樁身爆破壓裂的主要原因有以下幾個(gè)方面：

a.管樁材料質(zhì)量原因，如生產(chǎn)時(shí)混凝土標(biāo)號(hào)太低，養(yǎng)護(hù)時(shí)間太短，預(yù)應(yīng)力筋張拉力太小，單節(jié)管材本身垂直度偏差較大。

b.地質(zhì)條件原因，地表樁位上有塊石、孤石等地下障礙物，地層中含有難以貫穿的堅(jiān)硬土層或地層傾斜度較大。

c.施工方面原因，起吊安裝操作方法不對(duì)，壓樁機(jī)本身傾斜、樁身垂直度偏差大，抱箍器損壞致使抱裹力不平衡。當(dāng)空孔太淺時(shí)樁機(jī)行走時(shí)容易壓壞樁頭；采用的截樁方法不符合規(guī)范，土方開挖過程中挖機(jī)強(qiáng)行鉤拉拽扯。

針對(duì)上述出現(xiàn)的原因，施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)該嚴(yán)格控制進(jìn)場(chǎng)材料的質(zhì)量，進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)立即組織驗(yàn)收，不合格材料嚴(yán)禁用于工程，應(yīng)立即清理出場(chǎng)。施工前仔細(xì)研究施工圖紙、試樁資料和勘察報(bào)告，充分掌握設(shè)計(jì)意圖。由項(xiàng)目經(jīng)理組織編寫施工組織設(shè)計(jì)或施工方案，給全體施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，保證操作行為規(guī)程符合現(xiàn)場(chǎng)要求。

3)接樁質(zhì)量。

受限于吊裝及運(yùn)輸?shù)仍?，一般單根管樁最長為15 m，現(xiàn)場(chǎng)每根基樁一般采用兩根單樁對(duì)焊而成，接頭位置是受力薄弱位置，沉樁時(shí)接樁位置容易出現(xiàn)松脫開裂現(xiàn)象。其控制的方法主要有：

a.檢查端頭板是否平整，有無較大空隙，有問題時(shí)必須進(jìn)行修正。

b.接樁前應(yīng)先清理干凈端頭板油污等雜質(zhì)。

c.采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，每個(gè)接頭由兩個(gè)工人同時(shí)對(duì)稱施焊，保證兩節(jié)樁中軸線重合，焊接完成后應(yīng)由專業(yè)質(zhì)檢員驗(yàn)收后方可繼續(xù)沉樁。

4)擠土效應(yīng)。

靜壓PHC管樁屬于排土置換樁，往往由于壓樁使周圍地層土體受到不同程度地?cái)_動(dòng)，改變了地層中原有的應(yīng)力狀態(tài)，在含水性較大的軟土中，大量樁體在短時(shí)間內(nèi)壓入地層中，很可能造成周圍基樁水平位移，樁周和樁尖一定范圍內(nèi)的土體受到很大的擠壓以及不排水剪切，與樁體在沉樁過程中向樁周發(fā)生較大的側(cè)向位移和隆起。埋深較淺的土體是向上隆起，而在埋深較深的較深層土體，由于上覆土層壓力作用下不能向上隆起，就向水平擠壓。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不管設(shè)計(jì)依據(jù)試樁結(jié)果提出和修改的設(shè)計(jì)多么精確合理，即使是地質(zhì)情況非常均勻，全部是單樁條型基礎(chǔ)，工程樁的壓樁力總是高于設(shè)計(jì)試樁的壓樁力，后施工的基樁的壓力總是高于先施工的基樁壓力。

4 結(jié)語

1)靜壓PHC管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法多樣，施工單位應(yīng)及時(shí)總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，確定靜壓PHC管樁的適用范圍，減少靜壓管樁工程質(zhì)量事故。

2)靜壓PHC管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)防止因擠土效應(yīng)而產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)，采取有效應(yīng)對(duì)措施，如樁型、布樁、樁長、施工方法與順序等原因考慮合理。

3)在抗震設(shè)防烈度8級(jí)及以上的液化場(chǎng)地、深厚軟土地區(qū)，靜壓樁使用受到較大局限性，應(yīng)優(yōu)先選用鉆孔灌注樁。

4)深厚飽和粘性土區(qū)域沉樁時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)措施，防止產(chǎn)生樁體位移、傾斜甚至管樁斷樁等事故。

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[5] JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

The construction control key points of static pressure PHC pipe pile in pile foundation engineering

Huang An

(WuhanGeologicalSurveyFoundationEngineeringLimitedCompany,Wuhan430072,China)

This paper introduced the advantages and disadvantages of static pressure PHC pipe pile, from the construction procedure, pile sinking order, pile depth into earth and other aspects, elaborated the construction main points of static pressure PHC pipe pile, and according to the common quality problems in static pressure pipe pile construction, put forward corresponding solving strategies.

static pressure PHC pipe pile, pile body, bearing capacity, compaction effect

1009-6825(2017)03-0084-02

2016-11-13

黃 安(1987- )，男,助理工程師

TU473.1

A