超大長細(xì)比預(yù)應(yīng)力管樁施工質(zhì)量控制
——基于超深厚軟弱地層中

郁 蔥

(中國土木工程(澳門)有限公司 中國澳門 999078)

0 引言

淤泥及淤泥質(zhì)粘土均為軟弱土層，具有含水率高、強(qiáng)度低、流動(dòng)性強(qiáng)、剪切效應(yīng)明顯等特點(diǎn)，在基礎(chǔ)工程施工中軟弱土層為較難處理地層。在以往軟弱土層中施工預(yù)應(yīng)力管樁的實(shí)踐中出現(xiàn)樁位偏移、斷樁、樁身傾斜等問題，在超深厚軟弱地層中施工超長細(xì)比管樁過程出現(xiàn)更為頻繁、嚴(yán)重。因此，在超深厚軟弱地層中施工超大長細(xì)比管樁，對施工質(zhì)量的控制是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。本文結(jié)合工程實(shí)際施工案例，闡述在超深厚軟弱地層中進(jìn)行超大長細(xì)比預(yù)應(yīng)力管樁施工產(chǎn)生的主要質(zhì)量問題，并提出提高成樁質(zhì)量的具體預(yù)控措施，為今后類似的地質(zhì)情況下預(yù)應(yīng)力管樁施工提供參考。

1 工程概況

1.1 工程簡況

珠海橫琴國際生科城項(xiàng)目，位于珠海市橫琴西路北側(cè)、勝洲七路東側(cè)。項(xiàng)目擬建酒店、醫(yī)學(xué)養(yǎng)生中心、會(huì)所等若干棟及兩層地下室。地下室深度為8m，基坑支護(hù)采用排樁結(jié)合高壓旋噴樁止水帷幕+兩道混凝土內(nèi)支撐，基礎(chǔ)采用PHC管樁基礎(chǔ)，樁型為PHC600-130-AB，樁徑為0.6m，樁端持力層為全風(fēng)化花崗巖，單樁承載力特征值為1500kN。管樁平均樁長為56m，最長樁長達(dá)到80m，最大長細(xì)比超過130，采用靜壓方式沉樁。主樓基礎(chǔ)承臺(tái)為多樁承臺(tái)，樁基礎(chǔ)較密，最小樁間距為1.85m，地下室基礎(chǔ)承臺(tái)為三樁承臺(tái)，承臺(tái)內(nèi)樁間距為2.1m，承臺(tái)間距為5.5m(圖1)。

圖1 地下室樁基布置圖

圖2 典型鉆孔剖面圖

1.2 地質(zhì)概況

根據(jù)柱狀圖(圖2)揭示，工程場地內(nèi)各主要土層分布為：①?zèng)_填土(粉細(xì)砂吹填而成，局部含淤泥質(zhì)，含貝類碎屑)；②1淤泥(10～13m)；②2粉砂；②3淤泥質(zhì)粘土(厚度大于30m)；②4中砂；②5粘質(zhì)粉土；②6粗砂；③1全風(fēng)化花崗巖；③2強(qiáng)風(fēng)化花崗巖；③3中風(fēng)化花崗巖。主要地質(zhì)特征為淤泥及淤泥質(zhì)黏土軟弱土層深厚，最大總厚度達(dá)47m。

2 工程特點(diǎn)

特點(diǎn)一：軟弱土層超厚

在超深厚軟弱土層施工過程中，預(yù)應(yīng)力管樁極易產(chǎn)生樁偏位、樁身傾斜、斷裂等質(zhì)量事故。由于樁位比較密集，已施工和正在施工管樁受軟弱土的相互推擠作用導(dǎo)致管樁位移、斷裂；另外，管樁沉樁至軟弱土層時(shí)，若沉樁速度過快，則易產(chǎn)生擠土和土體上涌現(xiàn)象，繼而導(dǎo)致沉樁發(fā)生偏移，難將沉樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高。管樁施工完成后基坑開挖至軟弱土層，重型機(jī)械設(shè)備的碾壓及軟弱土層的流動(dòng)性，將導(dǎo)致樁頭偏斜、樁身斷裂。

特點(diǎn)二：管樁長細(xì)比超大

預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)長細(xì)比超大作為該工程另一特點(diǎn)。由于樁身直徑為0.6m，樁長最長達(dá)80m，其最大長細(xì)比大于130，為細(xì)長構(gòu)件。大長細(xì)比管樁在施工過程中未采取垂直度控制措施容易導(dǎo)致樁身傾斜，同時(shí)，在穿透部分砂層時(shí)沉樁壓力過大，容易導(dǎo)致管樁曲屈破壞。

為此，如何在超深厚軟弱土層下施工超大長細(xì)比預(yù)應(yīng)力管樁，減少樁位偏差、樁身傾斜、斷裂，提高成樁質(zhì)量，成為該工程質(zhì)量控制的要點(diǎn)。

3 施工質(zhì)量控制

3.1 樁位偏移、樁身偏斜質(zhì)量問題控制

(1)施工場地處理

場地的堅(jiān)實(shí)平整是控制管樁樁身垂直度的基本條件，而該場地表層土為沖填土(粉細(xì)砂吹填而成，局部含淤泥質(zhì)，含貝類碎屑)承載力差，在施工過程中樁機(jī)立腳處基礎(chǔ)沉降后樁機(jī)傾斜，進(jìn)而導(dǎo)致所施工樁身偏斜。為滿足施工場地要求，根據(jù)采用靜壓樁機(jī)重量算出場地承載力需達(dá)到120kPa，采用真空預(yù)壓方案處理。先鋪設(shè)一層400g/m2土工布，其上在鋪設(shè)0.4m厚度粉砂工作墊層，然后安插塑料排水板，排水板長度6m，間距0.4m×0.4m。按橫向間距2m、縱向間距30m布設(shè)濾管(圖3)，在濾管上鋪設(shè)400g/m2無紡布，鋪設(shè)3層塑料密封膜，滿足真空預(yù)壓施工條件后再進(jìn)行深層真空預(yù)壓處理(圖4)。

圖3 現(xiàn)場真空管網(wǎng)鋪設(shè)施工

圖4 現(xiàn)場真空預(yù)壓施工

(2)合理布置管樁施工順序

軟弱土層具有良好的流塑性，在管樁施工過程中會(huì)產(chǎn)生明顯的擠土作用，使已施工完成的管樁受到泥土的強(qiáng)烈擠壓作用而傾斜破壞，而合理布置管樁施工順序則可以減少擠土效應(yīng)的影響。管樁施工順序布置原則為：分區(qū)段施工，每個(gè)區(qū)段內(nèi)S型推進(jìn)施工(圖5)；同一單體建筑或全樁承臺(tái)先施壓場地中央的樁，后施壓周邊的樁；當(dāng)毗鄰其他建筑物時(shí)，由毗鄰建筑物向另一方向施壓[1]。

圖5 管樁施工順序示意圖

(3)設(shè)置消擠孔

預(yù)應(yīng)力管樁在施工過程中，擠壓土體形成擠壓應(yīng)力對已施工樁和本身造成極大影響，因此，想要減少管樁受擠壓應(yīng)力的影響，就必須盡可能地減少土體受擠壓。為受擠壓的土體預(yù)留出足夠的空間進(jìn)行位移，以使土地受擠壓的程度減輕。為此，該工程采取設(shè)置消擠孔的方式預(yù)留出淤泥土空間，適當(dāng)布設(shè)消擠孔于管樁之間，從而使擠壓應(yīng)力減少甚至是消除。

消擠孔施工采用取土樁方式施工，布設(shè)方法：順著軸線方向在承臺(tái)間空置處設(shè)置消擠孔，孔深為30m，孔徑為0.6m，同一承臺(tái)的管樁之間不得安設(shè)消擠孔(圖6)。同時(shí)，將稻草等透水性能優(yōu)越、壓縮性強(qiáng)的填料填充至孔中，避免出現(xiàn)坍塌孔的問題。

圖6 消擠孔布置示意圖

(4)控制管樁施工速度

沉樁速率之所以會(huì)影響到土體變形，是因?yàn)槌o孔隙水壓力所導(dǎo)致[2]。在沉樁的過程中，超靜孔隙水壓力的增速往往會(huì)超過其消散的速度。在沉樁間隙，超靜孔隙水壓力會(huì)大幅減輕。結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可知，在深淤泥地層中每個(gè)分區(qū)每天成樁量控制在8根以內(nèi)，能有效地減輕大部分超靜孔隙水壓力引起的擠樁效應(yīng)。

3.2 預(yù)制管樁樁身斷裂問題質(zhì)量控制

(1)焊接質(zhì)量控制

預(yù)制管樁節(jié)與節(jié)焊接接頭處為樁身薄弱點(diǎn)，若焊接節(jié)點(diǎn)質(zhì)量差，在受外力作用下容易斷裂。為保證焊接質(zhì)量，節(jié)段焊接采用CO2氣體焊接技術(shù)。管樁對接前應(yīng)用鋼刷將上下端板清刷干凈，用導(dǎo)向箍引導(dǎo)上節(jié)管樁就位，使上下節(jié)順直后才開始施焊。焊接時(shí)，先在坡口圓周上對稱點(diǎn)焊4～6個(gè)點(diǎn)固定，拆除導(dǎo)向箍后再行施焊，分3層對稱施焊，焊縫必須連續(xù)、飽滿、無夾渣氣泡、封閉不滲水、每層焊接頭錯(cuò)開；焊好后，應(yīng)自然冷卻8min以上方可施壓，嚴(yán)禁用水冷卻和焊接后立即施壓。

(2)沉樁過程控制

沉樁速度不能過快，沉樁速度控制在平均每分鐘2m左右；沉樁過程中，當(dāng)樁尖遇到硬土層或砂層而發(fā)生沉樁阻力突然增大時(shí)，可采取忽停忽壓的沖擊施壓法，使樁緩慢下沉直至穿透硬土或砂層。嚴(yán)禁持續(xù)提升壓力，防止加載過大使樁身曲屈破壞。

在沉樁過程中，如果壓力值突然下降、沉降量突然增大，或樁身污染傾斜、跑位，可能是斷樁。對于配置封口型樁尖的管樁，可通過吊線垂丈量樁長或吊低壓照明燈直接觀察來判斷是否斷樁。沉樁過程中如有斷樁、樁身混凝土出現(xiàn)裂縫、地面隆起、鄰樁上浮或壓樁至設(shè)計(jì)樁長但仍未達(dá)到收樁的終壓值要求，或終壓值滿足收樁要求但樁長不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)與設(shè)計(jì)、地質(zhì)等有關(guān)單位人員聯(lián)系，分析原因，采取相應(yīng)措施處理后方可繼續(xù)壓樁。壓樁時(shí)如遇地下障礙物，可根據(jù)其深度分別采用除障、引孔、避讓等措施解決。

3.3 土方開挖過程中管樁保護(hù)

施工方不當(dāng)開挖，局部開挖過深，在軟弱土層較厚的上方出現(xiàn)位能差，由于軟弱土層承受的應(yīng)力在開挖一側(cè)得到釋放，而樁的另一側(cè) (靠土側(cè))承受擠壓土集聚的彈性能及超靜水壓力，從而引起土層擾動(dòng)，在軟弱土側(cè)向力的推動(dòng)下使部分樁身向開挖側(cè)出現(xiàn)了位移和傾斜[3]。由此可見，土方開挖施工是減少管樁偏斜的重要管控環(huán)節(jié)。以下為土方開挖控制要點(diǎn)：

(1)首先均勻破除表層經(jīng)真空預(yù)壓后的土層，將土層內(nèi)應(yīng)力向上釋放的約束層先行破除。

(2)先行開挖軟弱土面層較高的部位，使土層面保持水平，減少土層開挖過程的流動(dòng)。

(3)采用長臂挖機(jī)站立于離開挖邊線較遠(yuǎn)處開挖，同時(shí)減少每層軟弱土的開挖厚度，每層開挖厚度控制在1m內(nèi)，層與層之間預(yù)留足夠?qū)挾鹊墓ぷ髅妗?/p>

(4)合理設(shè)計(jì)出土路線，坡道設(shè)計(jì)盡量放緩并隨挖隨降，出土通道布設(shè)于各棟建筑物之間，并鋪設(shè)大片防滑鋼板利于荷載均勻擴(kuò)散。

3.4 樁基檢測結(jié)果

經(jīng)檢測，抽檢的預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)單樁豎向抗壓極限承載力值均能達(dá)到3000kN，采用低應(yīng)變抽檢樁身質(zhì)量，檢測結(jié)果：其中Ⅰ類樁占比79%，Ⅱ類樁占比21%，無三、四類樁，承載力及樁身完整性檢測均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

4 結(jié)語

珠海橫琴國際生科城項(xiàng)目位于珠海市橫琴西路北側(cè)、勝洲七路東側(cè)，工程特點(diǎn)為軟弱土層深厚、預(yù)應(yīng)力管樁長細(xì)比超大，使得預(yù)應(yīng)力管樁施工及基坑開挖帶來很大風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。該工程通過真空預(yù)壓處理表層土保證樁機(jī)站立行走、合理布置樁機(jī)走機(jī)施工線路、設(shè)置消擠孔、控制壓樁速度、接頭焊接采用CO2焊接技術(shù)、合理設(shè)計(jì)土方開挖方案等方法有效地減少了超深厚軟弱地層中超大長細(xì)比預(yù)應(yīng)力管樁施工樁身偏斜、斷裂等問題，為今后類似地質(zhì)情況下預(yù)應(yīng)力管樁施工提供有益參考。