淺談預應力管樁存在的問題及解決方案

王學軍 王玉茜

預應力管樁是一種新型管樁,被廣泛應用在工業民用建筑中。預應力管樁是由專業廠家采用先張法預應力工藝和離心工藝成型后經蒸汽養護而成的一種細長空心圓筒體的等截面預制混凝土構件(簡稱管樁),在建筑施工中通過錘擊或靜壓的方法將其沉入地下作為建(構)筑物的基礎。管樁按樁身混凝土強度等級不同,可分為兩種類型:一種是高強預應力混凝土管樁,其混凝土強度等級不能低于C80(代號PHC);另一種為普通預應力混凝土管樁,根據管壁厚度的不同又分為普通型(代號PTC)和薄壁型(代號為PC),其混凝土強度等級不低于C60。

1 預應力管樁的特點

1.1 預應力管樁的優點

1)單樁承載力高。在相同情況下承載力比沉管樁大,既適用于多層,也適用于小高層、高層。在同一建筑物,還可以采用不同樁徑來解決布樁問題。2)單樁承載力造價便宜。管樁每米造價比沉管和鉆孔樁貴,但是每噸承載力造價管樁便宜;同時持力層還可以比鉆孔樁淺。3)運輸吊裝方便。接樁快捷,成樁長度不受施工機械的限制。管樁樁節長短不同、搭配較靈活。施工速度快,穿透力較強。質量可靠,施工現場整潔,施工方便。廣泛適用于砂土、黏土和軟土。

1.2 預應力管樁的缺點

1)要求邊樁中心到舊有建筑物的距離至少4 m的空間。

2)考慮壓樁的可能性。遇堅硬夾層時不易采用;對于以粉土和粉、細砂為持力層的應考慮地震液化和打樁的振動液化問題;對于巖石,一般只能以全風化、強風化層作持力層。

3)預應力管樁的軸向抗壓強度較高,但其抗裂強度值卻較低,正常使用的直徑為400 mm～500 mm的PTC或PC管樁,其抗裂強度值僅為40 kN·m～60 kN·m,設計處理不當非常容易開裂。

2 預應力管樁應用的范圍

1)管樁的應用范圍。管樁發明于國外,國內發展不平衡。廣東地區在20世紀80年代就開始大量應用,90年代起華東地區逐漸推廣使用。目前全國其他地區如廣大沿海地區,長江、黃河等江河流域,湖泊四周以及沖積層、坡積層、風化殘積層地區,甚至黃土高原地區都得到廣泛應用。

2)樁基適宜的地質條件。預應力管樁用于基巖埋藏較淺(約10 m～30 m)且基巖風化嚴重、強風化巖層較厚,其上還有一層全風化巖層和風化殘積土的地質條件。

3 預應力管樁存在的問題

1)接樁處開裂:接樁處經施工后,出現松脫開裂;2)沉樁深度達不到設計要求:沉樁是以最終貫入度和最終樁身長度作為施工最終控制。有時沉樁達不到設計的最終控制要求;3)樁身斷裂:樁在沉入過程中樁身突然傾斜錯位,在靜壓或者錘擊的過程中,容易出現水平方向的斷裂。

4 主要原因及解決措施

4.1 接樁處開裂的原因及解決措施

4.1.1 主要原因

1)連接處表面沒有清理干凈,留有雜質、水、油跡等。

2)兩節樁不在同一直線上,在接樁處產生曲折,打入時接樁處局部產生集中應力而破壞連接。

3)焊接時連接件不平,有較大的間隙,造成焊接不牢;焊縫不連續,不飽滿;焊縫中夾有焊渣等;冷卻方式不對或冷卻時間不夠。

4.1.2 防治及解決措施

1)接樁前,對連接部位上的雜質、油污、水分必須清理干凈,保證連接部件清潔,接口處應露出金屬光澤;檢查連接部件是否牢固、平整和符合設計要求。達不到要求,必須進行修正后才能進入下一工序。2)接樁時,兩節樁應在同一軸線上,焊接預埋件應平整;焊接時宜由兩個焊工對稱進行;焊接層數不少于兩層,焊縫應飽滿;焊縫冷卻應為自然冷卻,時間不少于10 min,嚴禁水冷或焊好即打。3)如果樁發生裂縫,應及時處理。裂縫部位較深時,只能補樁。如果裂縫發生在5 m以內的淺層,可采用接樁辦法來處理。一般分以下幾個步驟:a.根據動測結果開挖到裂縫部位,做好周圍圍護工作;b.以厚度大于3 mm的鋼板圓形托板下入管樁內,位置要深于裂縫部位1 m以上;c.按設計要求下料做好鋼筋龍骨下入管樁內,下部與圓形鋼板托板固定,上部要預留好與承臺的錨固長度;d.澆搗混凝土的強度應比原混凝土高一級,裂縫上部形成實心的一段樁身(見圖1)。

4.2 沉樁達不到設計要求

4.2.1 主要原因

1)勘察點不夠或勘察資料粗糙:對工程地質情況不明,尤其是對持力層起伏標高不明,導致設計時考慮持力層或選擇樁長有誤。2)持力層選擇不當:預應力管樁持力層宜選強風化層,以達到較高的承載力。但當強風化層埋深較深,考慮到樁長限制,不得已選擇全風化層作持力層時,承載力將受較大影響,特別是全風化層有遇水易軟化特點時,地下水可能通過樁管內從樁尖滲入,大大降低樁端承載力。3)柴油錘選型不當:打樁宜重錘低擊,當用45錘打直徑500 mm樁,承載力標準值要達到2 000 kN就難以保證。反過來用60錘打直徑400 mm樁,收錘標準則難以控制。4)送樁器送樁問題:送樁器與樁頭銜接不好,施打時仍按原收錘標準控制。5)配樁問題:對樁長估計不準確,在入持力層位置接樁,往往接好后再打貫入度就已達到收錘標準,或采用送樁器送完樁后,無法再打時貫入度仍未達到收錘標準。

4.2.2 防治及解決措施

1)詳細探明工程地質情況,必要時應做補充勘察,正確選擇持力層或標高。根據工程地質條件,合理選擇樁型,施工方法及打樁順序。2)采用送樁。送樁深度一般不宜超過2 m,而貫入度宜按比不送樁時小5 mm/陣控制。3)采用柴油錘打樁,綜合考慮打樁效率,沉樁質量等因素,選錘型時,宜參考表1選用。

表1 錘型選擇參考表

4.3 樁身斷裂

4.3.1 主要原因

1)地質勘察不詳。施工場地內有地下孤石,舊有基礎等障礙物未清除干凈,樁入土后,樁尖被擠向一側。2)樁身存在質量問題。制作樁的混凝土強度不夠;樁在堆放、吊運過程中產生裂紋或斷裂未被發現;樁身彎曲超過規定,樁尖偏離樁的縱軸線較大,沉入過程中樁身發生傾斜或彎曲。3)樁施打不當。穩樁不垂直,壓入地下一定深度后,再用走架方法校正,使樁身產生彎曲;兩節或多節樁施工時,相接的兩節樁不在同一軸線上,產生了曲折,沉樁收錘標準過嚴等。4)樁基開挖方案不當。進行基坑開挖時,在淤泥較厚地區,淤泥易向開挖處流動,對樁產生側向壓力,造成斷樁。

4.3.2 防治及解決措施

1)地質勘察報告應符合國家標準GB S0021。施工前應將樁位下的障礙物清理干凈,必要時對每個樁位用釬探了解。2)管樁進場時,要檢查管材合格證、檢驗報告、廠家生產資質、營業執照等是否符合有關規定,還要檢查樁身質量,發現樁身彎曲超過規定(L/1 000且≤20 mm)或樁尖不在樁縱軸線上的不宜采用。發現樁身開裂超過有關驗收規定時不得使用。3)樁施打時,在穩樁過程中,如發現樁身傾斜度大于10%時應及時糾正。樁壓入一定深度發生嚴重傾斜時,不宜采用走架方法進行糾正。接樁時要保證上下兩節樁在同一軸線上,接頭處應嚴格按照操作要求執行。另外,收錘標準一般不宜小于20 mm/陣。

5 結語

通過系統的闡述預應力管樁的優缺點及工程實踐中出現的問題和解決方案,以求能夠在以后的施工過程中正確的診斷預應力管樁發生事故的原因,從而能很快的尋求解決問題的根本方法。

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