淺談靜壓預應力混凝土管樁施工技術

呂曉斌

近十幾年來,隨著預應力技術的普及,預制混凝土管樁在山西建筑領域應用逐漸增多,并因其具有工藝簡明、質量可靠、強度高、造價低、檢測方便的特性逐漸成為地基處理的主要樁型。在2007年太原市東山集中供熱調峰熱源廠 5號廠房擴建工程中便采用了靜壓預應力混凝土管樁(PC樁)的施工工藝。根據《太原市東山熱源廠巖土工程勘察報告》,擬建場地以雜填土為地基持力層,持力層承載力較低而且下臥土層為濕陷性黃土層,地基濕陷等級為 2級自重濕陷,場地類別為 3類,可以采用該施工技術,再加上該場地距離居民房屋較近,采用靜壓法沉樁可以降低噪聲、振動對周邊居民和建筑的影響。靜壓法施工是通過靜力壓樁機依靠壓樁機自重及樁架上的配重作反力將預制樁壓入土體中的一種沉樁工藝。樁在壓入土體時,樁尖“刺入”土體中,原狀土的初應力狀態(tài)受到破壞,造成樁尖下土體的壓縮變形,土體對樁尖產生相應阻力,隨著樁貫入壓力的增大,當樁尖處土體所受應力超過其抗剪強度時,土體發(fā)生急劇變形而達到極限破壞,土體產生塑性流動或擠密側移和下拖,此時,樁身必然會受到土體的強大法向抗力所引起的樁周摩阻力和樁尖阻力的抵抗,當樁頂?shù)呢炄雺毫Υ笥诔翗稌r使的這些抵抗阻力,樁將繼續(xù)“刺入”下沉,反之,則停止下沉。在此作用下,樁周圍土體密實度增加,樁體逐步到達持力層上,使地基條件得以改善。

靜壓法施工的主要優(yōu)點:1)低噪聲、無振動、無污染,可以 24h連續(xù)施工,縮短建設工期,創(chuàng)造時間效益,從而降低工程造價。2)樁的單位面積承載力高。由于其屬擠土樁,樁打入后其周圍的土層被擠密,從而提高地基承載力。3)樁身質量易于保證和檢查。樁身混凝土的密度大,抗腐蝕性能強。4)打樁的施工工序比較簡單,施工工效高,同時場地整潔,施工文明程度高。5)由于送樁器與工程樁樁頭的接觸面吻合較好,送樁器在送樁過程中不會左右晃動和上下跳動,因而可以送樁較深。6)施工中由于壓樁引起的應力較小,且樁身在施工過程中不會出現(xiàn)拉應力,樁頭一般都完好無損,復壓較為容易。7)根據壓樁力、土質特征及施工經驗,可初步估算單樁極限承載力。

靜壓法施工的主要缺點:1)預制樁是擠土樁,施工時易引起周圍地面隆起,有時還會引起已施工鄰樁上浮,對周圍建筑環(huán)境及地下管線有一定的影響。2)施工場地的地耐力要求較高,在新填土、淤泥土及積水浸泡過的場地施工易陷機。3)過大的壓樁力(夾持力)易將樁身夾碎、夾破,或使樁出現(xiàn)縱向裂縫。4)受起吊設備能力的限制,單節(jié)樁的長度不能過長(一般為 10余米),長樁需接樁時,接頭處形成薄弱環(huán)節(jié),打樁時有可能在此處出現(xiàn)斷樁。5)不易穿透較厚的堅硬地層,不宜在有地下障礙物或孤石較多的場地施工。

根據設計要求,該工程所用樁基采用靜壓預應力混凝土管樁(PC樁),編號為PC-AB 400(95)-33a,混凝土強度等級為C80。根據地質報告及試樁報告樁端持力層為粉土,單根樁承載力特征值取600 kN,則根據建筑地基基礎設計規(guī)范有SK≤R(Quk,K), Ra=Quk/2,現(xiàn)已知Ra=600 kN,則Quk=1 200 kN。

壓樁力:Pc=K×Pc′,Pc′=2PsAp+0.07Up∑fi li。

其中,Pc為壓樁力;Pc′為平均壓樁力;Ps為樁端土層的靜力觸探比貫入阻力;Ap為樁的橫截面面積;Up為樁的截面周長;fi為第i層土的摩阻力值;li為第i層土的厚度;K為地質影響系數(shù),取1.1～1.3;Quk為單樁豎向極限承載力標準值。

忽略側摩阻力的影響,且近似取樁端土層的靜力觸探比貫入阻力為樁端土層極限端阻力值,則有:Pc=1.3×2×Quk=2.6× 1 200=3 120 kN=312 t,現(xiàn)場選用 500噸位靜壓樁機大于 312 t,滿足施工機具要求。

靜壓樁的施工工藝流程:測量定位→壓樁機就位→復核樁位→起吊插樁→樁身對中調直→靜壓沉樁→接樁→再靜壓沉樁→送樁→終止壓樁→切割樁頭→樁質量檢測。具體流程見圖 1。

1)測量定位。依據水準點高程計算出水準儀高程,根據有效樁頂標高計算出樁頂?shù)剿疁室暰€基點的距離,并在送樁器上標記作為控制樁頂標高的依據。在預先放好線的樁軸線中找到樁身中心釘入一小段鋼筋作為壓樁位置。

2)樁機就位。在樁位復核無誤后,樁機按照規(guī)定的打樁順序就位,將長步履落地受力。

3)吊樁喂樁。預應力混凝土管樁的長度為 11m,直接用壓樁機上自帶的工作吊車自行吊裝喂樁。在此之前應將樁體運至距離樁機較近的適當位置擺放好。在喂樁的過程中,確保平穩(wěn)、安全,防止樁體本身晃動過大或者磕碰。在喂樁前應仔細檢查樁的型號及質量。

4)樁對位調直。樁機就位后,直接將樁吊入井口,用抱樁器將樁抱緊,將樁尖對準樁位插入,用扳手調正樁面,第一節(jié)樁起吊就位插入地面時的垂直度偏差不得大于 0.5%,并用長條水準尺或者其他儀器校正,必要時宜拔出重新插。在樁體相互垂直的兩個方向支立線錘,觀測樁體的垂直度,如果樁體的垂直度不能滿足規(guī)范要求就通過調整打樁機的液壓油缸來保證樁體垂直度。在壓樁的過程中跟蹤觀察,準確記錄沉樁過程中的各種情況和變化,詳細記錄沉樁每一行程的壓力讀數(shù),壓樁時間,樁位編號及樁的質量情況。

5)壓樁。啟動壓樁油缸,把樁體緩慢下壓,控制施壓進度不超過1.5m/m in～2.0m/min,加壓使樁體連續(xù)下沉。

6)接樁。當樁需要接長時,其入土部分樁段的樁頭宜高出地面 0.5m～1.0m,下節(jié)樁的樁頭處宜設導向箍以方便上節(jié)樁就位。接樁時上下節(jié)樁段應保持順直,錯位偏差不宜大于 2mm,樁對接前,上下端板表面應用鐵刷子清刷干凈,破口處應刷至露出金屬光澤,上下節(jié)樁之間的間隙應用鐵板填實焊牢。每層焊渣應及時清除,采用人工堆焊保證焊縫連續(xù)飽滿,不得有任何裂縫、氣泡、夾渣等缺陷。焊好后樁接頭應自然冷卻才可連續(xù)壓入,靜壓法冷卻時間最少不應少于 2min,嚴禁用水冷卻或者焊好即壓。

7)送樁。在打樁時,由于打樁架底盤離地面有一定距離,不能將樁打入地面以下設計位置,樁壓力達不到規(guī)定的數(shù)值,需要用打樁機將現(xiàn)場的預制樁段壓入先前已打入被壓樁的頂面,此過程不需焊接,一直下壓至符合規(guī)定數(shù)值。

8)終止壓樁。當樁體被壓入達到設計深度且壓力表讀數(shù)符合規(guī)定數(shù)值時可停止壓樁。

樁檢測要求:a.靜壓預應力混凝土管樁施工前先作試樁并進行豎向承載力靜載荷試驗,以校核單樁承載力,確定無誤后方可施工樁基。b.成樁后先進行低應變檢測,以檢測樁身質量,然后按總樁數(shù)的1%(且不小于3根)進行靜載荷試驗。c.樁驗收合格后方可進行承臺施工。

隨著人們環(huán)保意識的增強,我市將大力發(fā)展清潔環(huán)保型供熱,爭取在 2012年年底實現(xiàn)綠色供熱全覆蓋,這其中需要新建熱源廠和熱力站達到擴網的目的,如果靜壓樁施工技術運用到這些施工建設中,必將縮短基礎工程的施工進度,進一步保證工程質量。與此同時,在其他建設領域科學合理的應用靜壓樁施工技術也會帶來環(huán)境上和經濟上的巨大收益。

[1] JGJ 94-2008,建筑樁基技術規(guī)范[S].

[2] JGJ 106-2003,建筑樁基檢測技術規(guī)范[S].

[3] GB 50007-2002,建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[4] GB 50202-2002,建筑地基基礎工程施工質量驗收規(guī)范[S].