管樁質(zhì)量控制在彈性體項(xiàng)目中的應(yīng)用

周國忠

(中國石化上海石油化工股份有限公司,上海 200540)

隨著現(xiàn)代建筑施工工藝的發(fā)展,高層建筑、超大廠房等上部受荷載較大的建筑越來越多。建筑物上部受到的荷載變大,導(dǎo)致天然地基不能承受上部荷載,需要使用人工地基提高地基承載力。將上部荷載有效傳遞到下部持力層,提高地基承載力,常用的方法有使用預(yù)制鋼筋混凝土管樁、鉆孔灌注樁和鋼管樁等。因預(yù)制樁具備適用范圍較廣、易批量生產(chǎn)、樁體成型質(zhì)量易控制、不受地下水位影響、拼接簡單、承載能力強(qiáng)、沉降變形量小、施工速度快等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于地基處理。文章以上海金山巴陵新材料有限公司250 kt/a熱塑性彈性體項(xiàng)目的管樁質(zhì)量控制過程和最終的檢測結(jié)果為例,探討管樁質(zhì)量控制對(duì)工程質(zhì)量控制的必要性及重要性。

1 工程概況

上海金山巴陵新材料有限公司250 kt/a熱塑性彈性體項(xiàng)目為上海市2022年重大產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目,項(xiàng)目的建設(shè)單位:上海金山巴陵新材料有限公司;設(shè)計(jì)單位:湖南百利工程科技股份有限公司;監(jiān)理單位:上海金申工程建設(shè)監(jiān)理有限公司;樁基施工單位:上海中錢聯(lián)合基礎(chǔ)工程有限公司。本項(xiàng)目總樁數(shù)約8 000套,樁基礎(chǔ)采用PHC預(yù)制管樁,混凝土強(qiáng)度為C80,樁徑為400～500 mm,樁長為25～43 m,管樁型號(hào)分別為PHC-400-AB(95)和PHC-500-AB(125)。為保護(hù)環(huán)境,防止施工擾民,該工程管樁采用“靜壓法”沉樁方式進(jìn)行施工,單樁承受設(shè)計(jì)荷載最大為1 000 kN或1 500 kN。

2 預(yù)制管樁質(zhì)量控制要點(diǎn)

根據(jù)設(shè)計(jì)提供的預(yù)制管樁設(shè)計(jì)施工說明,管樁的質(zhì)量控制主要有以下幾點(diǎn):

(1)預(yù)制管樁樁身質(zhì)量控制。預(yù)制管樁的沉樁應(yīng)在樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%后才能進(jìn)行,并對(duì)預(yù)制混凝土進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查。

(2)預(yù)制管樁施工定位控制。預(yù)制管樁沉樁前應(yīng)根據(jù)樁位平面圖,準(zhǔn)確放線,定出樁位,經(jīng)復(fù)驗(yàn)合格后方可進(jìn)行沉樁施工。沉樁過程中如發(fā)現(xiàn)沉樁數(shù)據(jù)異常,樁身傾斜、位移、樁身或樁頭破損等異常情況時(shí),應(yīng)停止沉樁,查明原因并及時(shí)通知業(yè)主及設(shè)計(jì)人員研究解決,待進(jìn)行必要的處理后,方可繼續(xù)施工。沉樁時(shí)如發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件與勘察資料明顯不符,應(yīng)停止沉樁,查明原因并及時(shí)通知勘察及設(shè)計(jì)人員現(xiàn)場研究解決。

(3)預(yù)制管樁沉樁過程中垂直度控制。沉樁應(yīng)確保樁帽、送樁器和樁身在同一中心線上,垂直樁第一節(jié)插入地面時(shí)的垂直度偏差不得超過0.25%,且最大值不應(yīng)大于50 mm。沉樁過程中應(yīng)經(jīng)常觀測樁身的垂直度和傾斜度,垂直樁樁身垂直度偏差不得超過0.5%。當(dāng)樁尖進(jìn)入硬土層后,嚴(yán)禁用移動(dòng)機(jī)架等方法強(qiáng)行糾偏,每一根樁應(yīng)一次性連續(xù)壓到底,接樁、送樁應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,中間不得無故停歇。

(4)預(yù)制管樁焊接過程控制。接樁采用接頭焊接連接,接樁處鋼零件涂刷快干型水性環(huán)氧涂層(50 μm),并在接頭處用膠帶纏繞保護(hù)。接樁時(shí),焊接前應(yīng)先確認(rèn)預(yù)制樁接頭質(zhì)量合格,上下端板表面應(yīng)清理干凈,并清除油污和鐵銹。焊接時(shí)宜先在坡口周圍對(duì)稱電焊4點(diǎn)～6點(diǎn),待上下節(jié)樁固定后拆除導(dǎo)向笸再分層施焊,施焊應(yīng)對(duì)稱進(jìn)行。焊接采用手工焊接或二氧化碳保護(hù)焊,焊接層數(shù)不得少于3層,且逐層進(jìn)行,內(nèi)層焊渣必須清理干凈后方可施焊外一層,焊縫應(yīng)飽滿、連續(xù),且根部必須焊透。焊接質(zhì)量應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50205—2020)的有關(guān)規(guī)定,內(nèi)部缺陷超聲波探傷評(píng)定等級(jí)為Ⅲ級(jí),檢驗(yàn)等級(jí)為B級(jí)。焊接接頭應(yīng)在自然冷卻后方可繼續(xù)施工,手工焊接時(shí)冷卻時(shí)間不應(yīng)少于10 min,二氧化碳保護(hù)焊時(shí)冷卻時(shí)間不應(yīng)少于8 min。嚴(yán)禁用水冷卻或焊好后立即沉樁。

(5)預(yù)制管樁施工質(zhì)量驗(yàn)收控制。根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106—2014)和《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程》(DGJ 08-218—2003)有關(guān)規(guī)定,單樁豎向承載力采用靜載試驗(yàn)進(jìn)行檢測,樁身完整性檢測采用低應(yīng)變法檢測。

3 預(yù)制管樁施工過程質(zhì)量控制

上海金山巴陵新材料有限公司250 kt/a熱塑性彈性體項(xiàng)目樁基礎(chǔ)采用PHC預(yù)制管樁。

3.1 預(yù)制管樁成品和外觀的質(zhì)量控制

預(yù)制管樁施工前的質(zhì)量控制分為樁身成品和外觀的質(zhì)量控制。

預(yù)制管樁采用的是工廠預(yù)制,在工廠中進(jìn)行支模,編制鋼筋籠、澆筑混凝土。因混凝土強(qiáng)度為C80,采用的是早強(qiáng)混凝土進(jìn)行澆筑,在養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)3～5天就可以出廠,所以對(duì)預(yù)制管樁的鋼筋和混凝土進(jìn)行檢測是很有必要的,預(yù)制管樁廠家提供的鋼筋和混凝土檢測結(jié)果如表1～2所示。

表1 預(yù)制管樁鋼筋檢測結(jié)果

表2 混凝土檢測結(jié)果

根據(jù)監(jiān)理在管樁廠現(xiàn)場的檢查和廠家提供的鋼筋和混凝土試驗(yàn)檢測結(jié)果,可以知道預(yù)制管樁的質(zhì)量合格,滿足出廠條件。

預(yù)制管樁出場進(jìn)入施工場地之后,還需要對(duì)預(yù)制管樁進(jìn)行尺寸偏差檢測和管樁外觀質(zhì)量檢查(見表3)。

表3 預(yù)制管樁尺寸偏差檢測結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場尺寸檢測的結(jié)果可知,進(jìn)場的預(yù)制管樁的尺寸滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求,鋼筋保護(hù)層厚度也在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。然而從預(yù)制管樁的外觀檢查圖片中可以看出,預(yù)制管樁端部存在模板不合格導(dǎo)致的混凝土漏縫和漏漿等情況。由于預(yù)制管樁外觀檢查不合格,預(yù)制管樁需要退場,重整補(bǔ)漿或者改發(fā)另一批預(yù)制管樁。

3.2 預(yù)制管樁的接樁焊縫檢測、樁身垂直度和樁位偏差的控制

根據(jù)預(yù)制管樁的施工順序,施工過程中預(yù)制管樁的質(zhì)量控制依次為接樁焊縫檢測、樁身垂直度檢測和樁位偏差。

以4#～6#試樁為例,對(duì)管樁的接樁焊縫進(jìn)行檢測。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,管樁接樁時(shí)根部位置必須焊透,且焊接質(zhì)量應(yīng)符合GB 50205—2020的有關(guān)規(guī)定,內(nèi)部缺陷超聲波探傷評(píng)定等級(jí)為Ⅲ級(jí),檢驗(yàn)等級(jí)為B級(jí),現(xiàn)場檢測管樁焊縫時(shí),檢測長度1 570 mm。因?yàn)楣軜抖瞬糠ㄝ啽P的厚度為20 mm,焊縫焊接厚度要求不小于12 mm,現(xiàn)場條件限制無法采用二次反射進(jìn)行探傷掃查,所以焊縫檢測時(shí)采用一次反射進(jìn)行探傷掃查。又因?yàn)闃抖瞬课粸楸′摪?所以檢測探頭采用K值較大的5Z8×12K3型斜探頭進(jìn)行探傷。焊縫檢測結(jié)果如表4所示,根據(jù)焊縫檢測結(jié)果可以知道試樁焊接質(zhì)量良好。管樁焊縫的質(zhì)量控制除了焊縫超聲波探傷外,還需要控制焊縫的外觀、焊縫的冷卻時(shí)間和焊縫的接頭保護(hù),這些因素都將影響管樁的施工質(zhì)量。

表4 管樁焊縫檢測結(jié)果

管樁焊縫冷卻10 min之后,進(jìn)行下一步施工,在施工過程中管樁的垂直度采用全站儀進(jìn)行觀測,判斷管樁的垂直度是否在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。施工過程中管樁垂直度的要求為第一節(jié)插入地面的垂直偏差不得超過0.25%,且最大值不應(yīng)大于50 mm,沉樁過程中最終垂直樁樁身垂直度偏差不得超過0.5%。經(jīng)過現(xiàn)場觀測4#～6#試樁的樁身垂直度偏差的結(jié)果如表5所示。

表5 樁身垂直度偏差和傾斜率

根據(jù)上述測量結(jié)果可以知道,4#試樁和6#試樁的垂直度在設(shè)計(jì)滿足的要求范圍內(nèi),而5#試樁的垂直度偏差大于設(shè)計(jì)要求的范圍,垂直度不滿足設(shè)計(jì)要求。

當(dāng)整個(gè)沉樁過程完成后,采用測量儀器對(duì)樁位偏差進(jìn)行測量。檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn):4#和5#試樁在東平面分別偏差5 cm和2 cm;6#試樁在南平面偏差6 cm。4#～6#試樁在設(shè)計(jì)文件中同屬于SZ-4組,根據(jù)規(guī)范,樁數(shù)為2～4時(shí),樁位偏差允許范圍為10 cm,故4#～6#試樁的樁位偏差在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。

3.3 預(yù)制樁的施工結(jié)束后的樁身質(zhì)量驗(yàn)收

對(duì)于預(yù)制樁的樁身質(zhì)量驗(yàn)收,第一步進(jìn)行的是樁身完整性的檢測,采用的具體檢測方法為低應(yīng)變反射波法。250 kt/a熱塑性彈性體項(xiàng)目4#～6#試樁的樁長為43 m,樁徑為500 mm,混凝土強(qiáng)度為C80。靜載荷試驗(yàn)前后樁身完整性檢測結(jié)果如表6所示。

表6 靜載試驗(yàn)前后試樁樁身完整性檢測結(jié)果

根據(jù)低應(yīng)變反射波法的檢測結(jié)果,5#試樁的樁身在靜載試驗(yàn)之后出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷,該缺陷導(dǎo)致的原因?yàn)殪o載試驗(yàn)過程中5#試樁樁身發(fā)生嚴(yán)重破壞。

第二步為試樁單樁豎向抗壓承載力檢測。對(duì)比4#試樁和5#試樁的單樁豎向抗壓承載力試驗(yàn)曲線,可知5#試樁在靜載試驗(yàn)最后一級(jí)單樁豎向沉降過大,最終的極限承載力判斷為4 500 kN,與設(shè)計(jì)要求的5 000 kN存在一定的差距。分析原因?yàn)樵陟o載過程中當(dāng)樁身承受極限荷載5 000 kN時(shí)樁身發(fā)生破壞,發(fā)生破壞的位置為低應(yīng)變檢測結(jié)果顯示的樁頂下2.0 m的距離。因樁身發(fā)生脆性破壞,從而導(dǎo)致樁身豎向位移過大,達(dá)到破壞停止試驗(yàn)條件,最終判定樁身極限承載力為4 500 kN,小于設(shè)計(jì)要求的5 000 kN。

3.4 施工質(zhì)量驗(yàn)收注意事項(xiàng)

(1)施工之前的預(yù)制管樁鋼筋、混凝土檢測和預(yù)制管樁尺寸和外觀檢測,可以在施工之前保證進(jìn)入施工現(xiàn)場的管樁質(zhì)量良好,防患于未然。

(2)施工過程中的焊接質(zhì)量、樁身垂直度和樁偏位的控制對(duì)后期的過程質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生重要影響,焊接質(zhì)量的好壞決定了樁身完整性。如果焊接質(zhì)量不好將會(huì)在低應(yīng)變信號(hào)中體現(xiàn),樁身垂直度會(huì)對(duì)樁身承載力產(chǎn)生重要影響,5#試樁的垂直度不滿足要求最終導(dǎo)致在承載力試驗(yàn)過程中樁頭出現(xiàn)破損和承載力降低。

(3)施工之后質(zhì)量驗(yàn)收進(jìn)行的低應(yīng)變檢測和承載力檢測是質(zhì)量把控的最后一道關(guān)卡,尤為重要。

4 結(jié)語

管樁施工之前的質(zhì)量控制、施工過程中的質(zhì)量控制和施工之后的質(zhì)量驗(yàn)收對(duì)提高管樁施工質(zhì)量起到了至關(guān)重要的作用。它能全方面地診斷預(yù)制管樁的施工過程和質(zhì)量結(jié)果,做到有跡可查、有據(jù)可依,預(yù)制管樁質(zhì)量控制的前后照應(yīng)、相互印證,給施工質(zhì)量加上了三道“保險(xiǎn)”。管樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量良好,使得上部結(jié)構(gòu)能在良好的施工基礎(chǔ)上進(jìn)行施工,保證整個(gè)工程的施工質(zhì)量。上海金山巴陵新材料有限公司250 kt/a熱塑性彈性體項(xiàng)目在預(yù)制管樁施工全過程的質(zhì)量控制,值得在后續(xù)施工過程中或者其他項(xiàng)目中大面積推廣應(yīng)用。