預(yù)應(yīng)力管樁在軟土地基施工中的質(zhì)量問題與防治策略研究

呂振聲

廣州市恒盛建設(shè)集團(tuán)有限公司 廣東 廣州 510030

引言

隨著建筑工程的快速發(fā)展，軟土地基的處理成為人們一直以來研究的熱點(diǎn)。軟土地基一般都具有壓縮量較高、強(qiáng)度較低等特點(diǎn)，基礎(chǔ)施工難度也比較大，處理不好會(huì)對(duì)工程建設(shè)和后續(xù)使用造成很大的影響。預(yù)應(yīng)力管樁就是預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，這種結(jié)構(gòu)形式的鋼管樁受力性能優(yōu)良，已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，尤其是在軟弱地基上。預(yù)應(yīng)力管樁具有管理方便、使用范圍廣、成本低、施工效率高等優(yōu)點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力管樁廣泛用于了軟土地基的工程。

本文結(jié)合工程實(shí)例，分析預(yù)應(yīng)力管樁在軟土地基施工中的質(zhì)量問題與防治策略研究，為今后工程的開展提供借鑒。

1 施工中管樁地基存在的問題

預(yù)應(yīng)力管樁在軟土地基施工中具有非常重要的作用，其中涉及很多學(xué)科，包括巖土工程、工程結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)等，這也使得其施工和設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。因此在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁施工的過程中，要綜合考慮周圍的環(huán)境，重點(diǎn)針對(duì)工程施工過程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)制定詳細(xì)的方案，通過總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)，得出了目前施工中管樁地基存在的問題：

頂樁位移的情況。大量的管樁結(jié)構(gòu)用于地基的加固上，但是由于地基中的土層沒有足夠的承載力，易造成頂樁位移的情況出現(xiàn)；再者由于樁位在放線過程中缺失標(biāo)志或不準(zhǔn)確，給施工帶來一定的影響，也會(huì)造成頂樁位移。

施工過程中未能嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)，導(dǎo)致管樁的施工質(zhì)量不符合要求。

未能做好施工前的準(zhǔn)備工作，缺乏詳細(xì)的地質(zhì)勘察資料，也就無法了解施工區(qū)域的詳細(xì)信息。

2 案例簡(jiǎn)介

案例項(xiàng)目位于南沙區(qū)大崗鎮(zhèn)廣珠路和環(huán)城東路交界口以北，蕉門水道西南面。擬建設(shè)12棟13層建筑，地下室兩層。項(xiàng)目具體建設(shè)內(nèi)容包括住宅、商業(yè)、肉菜市場(chǎng)等公建配套?？傆玫孛娣e34812.87m2，總建筑面積109951.01m2。

基坑周長(zhǎng)約721m，考慮承臺(tái)厚度后基坑開挖深度為8.5m?；A(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁基礎(chǔ)，PHC樁共計(jì)2680根，平均樁長(zhǎng)29m，總長(zhǎng)約77720m。由預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC）+承臺(tái)組成， PHC樁徑500mm，壁厚125mm，采用AB型，有效樁長(zhǎng)：25-33m，樁端進(jìn)入持力層不小于2m，單樁豎向承載力特征值：1800kN、抗拔樁單樁豎向抗拔力特征值400kN，擬采用環(huán)保錘施打作業(yè)。

3 預(yù)應(yīng)力管樁在軟土地基施工中的質(zhì)量問題

3.1 由于施工場(chǎng)地原因?qū)е沦|(zhì)量問題

項(xiàng)目用地主要地表水體為魚塘及北西側(cè)的蕉門水道。屬于珠三角沖積平原地貌，其主要含水地層為沖積砂層（粉細(xì)砂、中粗砂、礫砂）及基巖風(fēng)化層。地下水位的變化受地形地貌、地層巖性、地下水補(bǔ)給來源及排泄等因素控制。用地范圍內(nèi)分布較多魚塘，均為土質(zhì)塘埂，魚塘水深約0.8～1.0m，多為當(dāng)?shù)卮迕耩B(yǎng)殖魚蝦等，場(chǎng)內(nèi)多地表潛水。在原狀地貌或開挖后基底施打，沒有足夠的承載力，施工設(shè)備沒有穩(wěn)定操作，對(duì)樁身完整性有較大的影響。

3.2 由于樁機(jī)操作人員的失誤而引起的質(zhì)量問題

根據(jù)勘察報(bào)告揭露場(chǎng)地地下水初見水位埋深0.50～2.10m（標(biāo)高3.64～5.70m）；穩(wěn)定水位埋深0.40～2.00m（標(biāo)高3.41～5.70m）；受氣候降水影響，水位年變化幅度約1.0～4.0m，最大時(shí)局部低洼地段接近地面。

在預(yù)應(yīng)力管樁的施工中，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，樁機(jī)操作人員因?yàn)橼s工，沉樁速度過快，順序顛倒，管樁焊接時(shí)，出現(xiàn)了焊縫不飽滿，冷卻時(shí)間不足的情況，導(dǎo)致焊縫存在缺陷。焊接后沒有足夠的時(shí)間冷卻就進(jìn)行沉樁，焊縫在富含地下水的土壤中脆化，嚴(yán)重影響焊縫質(zhì)量[1]。

3.3 預(yù)應(yīng)力管樁承載力設(shè)計(jì)中的缺陷

與其他樁基相比，管樁間距可以適當(dāng)擴(kuò)大，在施打過程中會(huì)產(chǎn)生擠土，擠土效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生增強(qiáng)樁的偏位、傾斜、樁身上浮等，會(huì)對(duì)單樁承載力和地基承載以及地基處理效果造成影響。對(duì)于常規(guī)固結(jié)土壤，采用錘擊法和靜壓法施工的樁距不能超過3m，對(duì)于樁長(zhǎng)區(qū)域的土層具有較強(qiáng)的擠壓作用。樁距應(yīng)控制在3.5倍以內(nèi)。案例項(xiàng)目存在軟弱土質(zhì)，不正確的施工順序和方式，會(huì)影響樁基的承載力。

4 預(yù)應(yīng)力管樁在軟土地基施工中質(zhì)量問題的防治策略

4.1 施工前準(zhǔn)備

案例項(xiàng)目經(jīng)反復(fù)比較，最終選擇了在原狀地貌進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁施工，由于場(chǎng)地內(nèi)地質(zhì)較差需換填1～2m厚磚渣，確保場(chǎng)地能滿足樁機(jī)行走和能保證總重量80～90t的管樁運(yùn)輸車輛安全行走，具體情況需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定。施打前應(yīng)確保場(chǎng)地開挖平整至可直接送樁標(biāo)高，嚴(yán)禁相同區(qū)域邊開挖邊進(jìn)行管樁施工。還考慮了相應(yīng)的排水措施，在施工場(chǎng)地內(nèi)的樁機(jī)周圍開挖了一條明渠進(jìn)行排水，以確保樁機(jī)的穩(wěn)定，從而確保了樁的完整性。換填完成后即可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁施工，送樁深度為約8.3m。各施工區(qū)段內(nèi)同時(shí)平行施工，由中間向四周對(duì)稱施打。預(yù)應(yīng)力管樁施打時(shí)，樁距等于或小于3倍樁徑及承臺(tái)下樁數(shù)多于9根的，均應(yīng)采取跳打方式施工。

4.2 檢驗(yàn)性試樁

試樁主要是為了確定樁貫入度、承載力和持力層強(qiáng)度，為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)，其作用比較明顯。在工程施工前，施工人員需要根據(jù)設(shè)計(jì)中的樁承載力、規(guī)格以及長(zhǎng)度等，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際地質(zhì)條件，進(jìn)行打樁試驗(yàn)，以獲得一系列的信息，確定最終貫入度、停止沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)等數(shù)值，為后續(xù)施工打下基礎(chǔ)[2]。

在進(jìn)行試打樁施工的時(shí)候，要符合如下幾個(gè)方面的條件：①施工人員要對(duì)試打樁進(jìn)行仔細(xì)的選擇，要選取出地質(zhì)條件、規(guī)格以及長(zhǎng)度都具有較強(qiáng)代表性的管樁；②試驗(yàn)樁的施工情況與設(shè)計(jì)樁基的情況一致；③可以采用高、低應(yīng)力加載試驗(yàn)，或者采用靜態(tài)載荷試驗(yàn)，來測(cè)定樁的承載能力，從而得到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

在對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土的承載能力進(jìn)行分析時(shí)，必須充分考慮到成樁過程中產(chǎn)生的材料破壞。在不容許出現(xiàn)裂紋的情況下，采用極限承載力Hcr的統(tǒng)計(jì)量乘0.75；如果樁身上有裂紋，則應(yīng)容許；對(duì)于2樁，在不容許產(chǎn)生裂紋的情況下，采用極限統(tǒng)計(jì)量HU，進(jìn)行2樁的水平承載力靜載試驗(yàn)（為了更好地反映樁基在水平載荷作用下的真實(shí)工作狀態(tài)，需要同時(shí)考慮承臺(tái)底端的阻力和側(cè)向的抗力）、樁頂?shù)牟荒苄D(zhuǎn)的約束條件以及樁基所受的豎向載荷[3]?？梢园凑赵O(shè)計(jì)中的具體需要進(jìn)行測(cè)試。在進(jìn)行前期的地勘工作之前，應(yīng)當(dāng)對(duì)地勘工作進(jìn)行熟悉和了解，并與勘察單位進(jìn)行及時(shí)的溝通，保證項(xiàng)目的質(zhì)量。

在對(duì)施工場(chǎng)地內(nèi)的表層土質(zhì)進(jìn)行測(cè)試后，要保證承載力能夠滿足錘擊樁機(jī)械施工和移動(dòng)的過程中，不會(huì)產(chǎn)生沉陷。對(duì)于部分軟土層，可采取提前換填處理，或采用整塊鋼板鋪墊作業(yè)。在樁機(jī)進(jìn)場(chǎng)后，要對(duì)各部件及儀表進(jìn)行檢測(cè)，以保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)安全、正常。在保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)安全、正常后，要按照打樁順序，移動(dòng)調(diào)整樁機(jī)對(duì)位、調(diào)平、調(diào)直。要認(rèn)真研讀地質(zhì)資料，估算埋深，并按照計(jì)劃安排，采購適當(dāng)長(zhǎng)度的管樁，每一根管樁進(jìn)場(chǎng)都要經(jīng)過質(zhì)檢員、施工員、監(jiān)理員共同監(jiān)察，并對(duì)其出廠合格證和樁身標(biāo)志進(jìn)行檢驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)不合格的管樁，就必須馬上撤出，不得使用。管樁的外表品質(zhì)不能包括：粘膠，麻面，樁身縫線漏漿，內(nèi)外表面露筋，局部磕傷，表面裂縫，斷筋，掉頭樁箍，內(nèi)表面混凝土塌落，接頭，樁箍與樁身黏合面漏漿，孔洞，蜂窩。在場(chǎng)地內(nèi)堆砌管樁時(shí)，要選一個(gè)離樁機(jī)較近，容易接近的地方，堆砌長(zhǎng)度不能大于兩層。尤其是對(duì)于高溫的鋼管樁，必須等其冷卻后才能使用。

施工人員應(yīng)對(duì)樁頂?shù)臉?biāo)高進(jìn)行嚴(yán)格的控制，通常情況下，預(yù)應(yīng)力管樁的控制主要是兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，一是貫入度；二是標(biāo)高。應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況、貫入度、設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)和標(biāo)高等因素來決定施工中的控制沉樁深度。在樁端承載層為黏土的情況下，樁頂?shù)目刂浦饕强刂茦渡淼臉?biāo)高，其次是控制樁身的貫入度。在樁端持力層是密室砂性土的時(shí)候，應(yīng)該把貫入度控制作為主要內(nèi)容，而標(biāo)高控制作為輔助[4]。

4.3 超長(zhǎng)送樁措施

在施工過程中專門設(shè)計(jì)并投入專用送樁器，送樁器的形式采用套筒式，長(zhǎng)度達(dá)到9m送樁器應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，且應(yīng)考慮能盡里減小上撥時(shí)的阻力，送樁器應(yīng)與管樁直徑相適應(yīng)，樁帽宜套入樁頂30～40cm。

必須保證“送樁桿”與樁身的縱向軸線保持致。送樁時(shí)，需用兩臺(tái)互為正交的經(jīng)緯儀觀測(cè)控制送樁的垂直度。送樁桿與樁頂?shù)慕佑|面間，應(yīng)加硬木襯墊，防止樁頂擊碎。襯墊需經(jīng)常更換，送樁桿與樁頂接觸面要保持密貼?？刂扑蜆渡疃葧r(shí)，不要加上硬木襯墊的厚度[5]。

為確保周邊樁基施工樁位不受影響，送樁達(dá)到深度后，送樁桿不要急于拔出，可先將送樁桿拔松動(dòng)后，待相鄰樁入土深度達(dá)到擬送樁深度，再將送樁桿拔出。在送樁施工時(shí)，送樁器緩緩套在樁頂上后，用經(jīng)緯儀觀察送樁器的垂直度，發(fā)現(xiàn)有偏差立即調(diào)整，確保樁帽、送樁器、樁身處于同直線上。送樁器內(nèi)必須放緩沖墊層，墊層必須不小于1cm，不允許在沒有放墊層的情況下進(jìn)行送樁施工用水準(zhǔn)儀控制樁頂標(biāo)高，在送樁前必須對(duì)樁頂位移進(jìn)行測(cè)量并記錄。送樁器做岀停打標(biāo)記，并由現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢員驗(yàn)收確認(rèn)后進(jìn)行送樁工作。當(dāng)樁頂打至接近地面需要送樁時(shí)，應(yīng)測(cè)出樁的垂直度并檢查樁頂質(zhì)量，合格后立即送樁。

4.4 土方開挖

土方開挖前，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工況，將施工區(qū)域內(nèi)的地下、地上障礙物清除和處理，土方開挖采用機(jī)械挖土與人工挖土相結(jié)合，以便于更好的保護(hù)工程樁不受破壞。案例項(xiàng)目基坑內(nèi)基本為淤泥或淤泥質(zhì)土，開挖前進(jìn)行基坑降水，降水深度為基坑開挖面以下1m，降水可保證淤泥沉降脫水，形成含水量較低的可運(yùn)輸土質(zhì)。土方及淤泥開挖需在全部工程樁完成并相隔7天后進(jìn)行，挖土需根據(jù)土質(zhì)的情況，分層均勻進(jìn)行，挖土過程中樁周邊土體高差不宜大于1m。為防止開挖設(shè)備碰撞預(yù)應(yīng)力管樁，采用了長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行開挖，開挖2層土截一次樁頭[6]。

5 結(jié)束語

由于預(yù)應(yīng)力管樁應(yīng)用所具備的種種優(yōu)點(diǎn)，施工單位應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)該類型管樁的研究，要在對(duì)工程土質(zhì)條件和綜合情況進(jìn)行深度調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)預(yù)應(yīng)力管樁的特點(diǎn)，將其科學(xué)運(yùn)用到軟土地基的施工當(dāng)中，通過樁位放樣、檢驗(yàn)性試樁和送樁等方法，將預(yù)應(yīng)力管樁合理運(yùn)用到軟土地基，從而提高地基強(qiáng)度，降低固結(jié)沉降問題的發(fā)生概率，確保工程施工質(zhì)量。