PTC管樁在軟土路基中的應(yīng)用及施工控制辦法

陳小虎

軟土路基的處理已經(jīng)成為在路基施工中的瓶頸和關(guān)鍵,軟土路基處理的好壞直接影響到整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的質(zhì)量和進(jìn)度。目前,許多在建和擬建項(xiàng)目為了減少建設(shè)資金的投入,加大資金投入回籠的速度,都要求加快在建項(xiàng)目施工進(jìn)度,而PTC管樁具有施工快速、無(wú)噪聲、無(wú)污染環(huán)保、施工質(zhì)量可靠、單樁承載力高、造價(jià)便宜等良好特性,既可以滿足軟土路基處理中的質(zhì)量要求,也可以加快施工進(jìn)度,極大的縮短建設(shè)工期。下面將詳細(xì)的闡述PTC管樁在軟土路基施工中的應(yīng)用及施工過(guò)程中的具體質(zhì)量控制辦法。

1 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PTC管樁)的特點(diǎn)

1)管樁的單樁承載力和造價(jià)是各種樁型中最低的,總體經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)優(yōu)于其他樁型,管樁單樁承載力高,環(huán)形截面耗混凝土量比其他樁基礎(chǔ)的費(fèi)用更節(jié)省。2)管樁穿越土層能力特別強(qiáng),只要有足夠大的壓力,它可以穿越十幾米厚的薄粉砂層甚至是中粗砂層,確保樁基礎(chǔ)嵌固在較好的持力層上,具有理想的有效樁長(zhǎng)度,能獲得非常高的單樁承載力。3)管樁混凝土抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到70 M Pa以上,抗裂彎矩高于方樁,具有高強(qiáng)的工作性能,能確保樁身在惡劣施工環(huán)境中保持完好,大大減少裂樁和斷樁事故的發(fā)生。4)PTC管樁較其他軟基處理方法具有施工進(jìn)度快,無(wú)噪聲污染,施工質(zhì)量可靠,單樁承載力高,鑒于PTC管樁的特點(diǎn),目前被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑基礎(chǔ)施工中,本次S104蕪?fù)吐窓C(jī)電學(xué)院—清水段在神東垃圾場(chǎng)處理中首次采用了PTC管樁處理技術(shù)。

2 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PTC管樁)在工程實(shí)例中的具體應(yīng)用

S104蕪?fù)吐窓C(jī)電學(xué)院—清水段K0+920～K1+150穿越神東垃圾場(chǎng),該垃圾場(chǎng)為蕪湖市多年垃圾堆放地點(diǎn),沉積年數(shù)較為悠遠(yuǎn),且下伏軟基,原設(shè)計(jì)方案為將垃圾全部外運(yùn)后對(duì)地基再進(jìn)行處理,由于垃圾外運(yùn)會(huì)造成當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染且嚴(yán)重影響居民日常生活,施工工期長(zhǎng),施工進(jìn)度緩慢,投資成本加大,因此該方案不能實(shí)施,經(jīng)專家多方論證,并鑒于工民建的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),決定采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁(PTC管樁)加固處理。

本工程中先張法薄壁預(yù)應(yīng)力管樁,直徑為40 cm,壁厚7 cm,混凝土等級(jí)為C60,正方形布置,樁距為3 m,沉樁采用液壓法靜壓方式,預(yù)制樁按標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度成樁。標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度采用8 m,9 m,10 m和12 m進(jìn)行施工接長(zhǎng)組合,接長(zhǎng)采用焊接法接樁,管樁靜壓采用“雙控”即控制樁入土深度和最終壓樁力。靜壓管樁完成后,在管樁頂現(xiàn)澆50 cm厚混凝土樁帽。管樁伸入混凝土樁帽30 cm,與樁帽組成一個(gè)整體,形成復(fù)合地基。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制

3.1 壓樁前的準(zhǔn)備工作

1)合理選擇進(jìn)場(chǎng)施工的樁機(jī)型號(hào)。靜壓樁機(jī)的型號(hào)直接表明了樁機(jī)的總噸位,反映樁機(jī)的壓樁能力。合理選擇進(jìn)場(chǎng)施工的靜壓樁機(jī)型有利于經(jīng)濟(jì)快捷地進(jìn)行壓樁作業(yè)。選擇靜壓機(jī)必須綜合考慮設(shè)計(jì)步樁、單樁承載力要求、地質(zhì)情況、樁間土擠密效應(yīng)和該地區(qū)靜壓施工經(jīng)驗(yàn)等因素。如果選擇的靜壓樁機(jī)噸位偏小,可能出現(xiàn)群樁內(nèi)樁或建筑物中間樁壓不下去的情況,特別易發(fā)生靜壓樁機(jī)被抬起失衡,樁身受彎矩力作用,頂部混凝土發(fā)生碎裂,樁無(wú)法壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高,如果靜壓機(jī)噸位過(guò)大,則易發(fā)生“陷機(jī)”或因此擠斷鄰樁的情況,對(duì)施工場(chǎng)地耐力要求因此而提高。所以應(yīng)該特別重視選擇樁機(jī),不能盲目認(rèn)為樁機(jī)壓樁力越大越好。一般情況下,以樁機(jī)壓樁力的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的1.5倍～1.8倍為宜。2)場(chǎng)地準(zhǔn)備。施工場(chǎng)地如為建筑物舊址或雜填土區(qū),應(yīng)先進(jìn)行釬探,將在樁位處探明的舊基礎(chǔ)、石塊、大體積混凝土、廢鐵等障礙物清除并回填素土夯實(shí)。整塊施工場(chǎng)地經(jīng)平整碾壓,承載力一般不宜低于100 kPa。地下水豐富或雨季施工,必須采取有效的排水措施,以保證樁機(jī)行走和壓樁時(shí)的垂直穩(wěn)固。3)施工定樁位。根據(jù)基礎(chǔ)樁位圖,由專職技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定樁位并打入長(zhǎng)度不小于40 cm的鋼筋或竹釬,樁位偏差不得大于2 cm。同樣,成樁標(biāo)高也需準(zhǔn)確測(cè)定,在場(chǎng)地外圍不受施工影響的構(gòu)筑物上做好標(biāo)記,并向技術(shù)人員做好交代工作。4)對(duì)質(zhì)保材料的檢查。進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的管樁應(yīng)具備原材料質(zhì)量合格證、鋼筋及對(duì)焊接頭的試驗(yàn)報(bào)告,預(yù)應(yīng)力鋼筋的冷拉和張拉蒸汽養(yǎng)護(hù)記錄、混凝土試塊強(qiáng)度報(bào)告、樁身外觀檢查記錄及接樁用電焊條等產(chǎn)品合格證。5)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物的檢查。管樁表面應(yīng)平整、密實(shí)、無(wú)蜂窩、露筋、裂縫,色感均勻。預(yù)應(yīng)力鋼筋不允許斷頭、脫頭;合縫及包箍處不允許漏漿,樁頂處無(wú)孔隙,樁的長(zhǎng)度、端部?jī)A斜度、外徑、壁厚、彎曲度、端板外側(cè)平面度等尺寸均符合要求。6)管樁的堆放。管樁的堆放場(chǎng)地應(yīng)堅(jiān)實(shí)、平整,管樁支點(diǎn)設(shè)墊木,層與層之間用墊木隔開(kāi),每層墊木應(yīng)在同一水平上,各墊木位置應(yīng)在同一垂直線上。堆垛時(shí),必須在兩側(cè)打好防止?jié)L垛的木楔。管樁堆放的層數(shù),應(yīng)根據(jù)其強(qiáng)度、地面承載力等確定。7)靜壓樁機(jī)行走路線的選定。隨著入土管樁數(shù)的增多,各層地質(zhì)構(gòu)造土體密度也隨之增高,土體與樁身表面的摩擦阻力也相應(yīng)增大,沉樁所需的壓力也在增大。為使各樁的壓樁阻力基本接近,樁機(jī)施工線路應(yīng)選擇單向行進(jìn),一次行走完成施工,盡量避免線路重疊。不能從兩側(cè)往中間進(jìn)行(即所謂的打關(guān)門樁),這樣地基土在壓樁擠密過(guò)程中,土體可自由向外擴(kuò)張,既可避免地表土上隆,又不至于因土的擠壓而造成鄰樁樁身傾斜開(kāi)裂,保證了群樁的工作狀態(tài)基本一致并符合設(shè)計(jì)值。8)壓樁速率的控制。對(duì)于布樁過(guò)多且工期緊、進(jìn)場(chǎng)靜壓樁機(jī)多的樁機(jī)工程,在計(jì)劃好每臺(tái)樁機(jī)合理的行走路線后,還應(yīng)合理安排每天壓樁的數(shù)量,避免一天內(nèi)成樁太多,樁間土和臨近區(qū)域土體產(chǎn)生過(guò)大的孔隙水壓力,加劇擠土現(xiàn)象,影響施工質(zhì)量和場(chǎng)地附近建筑物、地下管線的安全使用。

3.2 壓樁過(guò)程中的質(zhì)量控制

1)管樁的吊立和底端對(duì)位。管樁吊點(diǎn)位置應(yīng)按要求設(shè)置(見(jiàn)圖1)。如果改變吊點(diǎn)位置,應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)算。管樁吊立應(yīng)輕吊慢拖,嚴(yán)防碰撞(見(jiàn)圖2)。

2)樁身垂直度控制。當(dāng)樁底端準(zhǔn)確對(duì)位,扣好樁帽后,緩慢將樁壓入土中0.5 m,此時(shí)應(yīng)先校正樁機(jī)平臺(tái)水平度,再調(diào)整樁的垂直度,保證樁的縱橫雙向垂直偏差不超過(guò) L/200(L為樁長(zhǎng))。因靜壓樁機(jī)平臺(tái)上堆放了很多的配重妨礙了雙向垂直視線,加上樁機(jī)行走,實(shí)際操作可采用簡(jiǎn)易的方法來(lái)校準(zhǔn)樁垂直度。可在樁機(jī)平臺(tái)上懸掛兩根土建使用的吊垂線,分別由開(kāi)機(jī)手和另一工人從兩個(gè)互相成直角的方向,以這兩根吊垂線來(lái)控制樁的垂直度。當(dāng)樁在兩個(gè)方向都已經(jīng)垂直的情況下,方允許壓樁,而且在壓樁過(guò)程中要經(jīng)常觀察樁身垂直度的變化情況。這種吊錘控制垂直度的方法,使用簡(jiǎn)單,易操作,同時(shí)還可以用來(lái)調(diào)整樁機(jī)平臺(tái)的水平度。

3)接樁及焊縫控制。管樁接樁時(shí),應(yīng)使用接樁導(dǎo)向箍,保證上下樁中心的錯(cuò)位偏差不大于2 mm。管樁接樁主要采用焊接法,在焊接前應(yīng)該把兩節(jié)樁的端頭板用鋼刷清刷干凈,甚至坡口露出金屬光澤,而且應(yīng)該保證上節(jié)樁的垂直度偏差符合規(guī)范要求后方可焊接。上下樁端板間如有縫隙,應(yīng)用弧形楔狀鐵片全部墊密焊牢,采取對(duì)稱施焊,以減少焊縫變形引起節(jié)點(diǎn)彎曲,焊縫應(yīng)自然冷卻8 min～10 min,外露鐵件刷防腐漆后,才可以壓入土中。

4)終壓標(biāo)準(zhǔn)及終壓的控制。終壓標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)由設(shè)計(jì)、施工、勘察、監(jiān)理等有關(guān)方面,根據(jù)本地區(qū)靜壓管樁用樁經(jīng)驗(yàn)和具體工程的試樁情況共同確定,一般情況下實(shí)行“雙控”,除保證樁長(zhǎng)及樁底入持力層的深度必須滿足設(shè)計(jì)要求外,還要控制終壓值Q的大小,終壓值 Q可以通過(guò)壓樁機(jī)上油壓表讀數(shù)來(lái)控制,施工單位應(yīng)搞清楚油壓表讀數(shù)值與壓樁力之間的計(jì)算關(guān)系,并如實(shí)告之設(shè)計(jì)、監(jiān)理各方。油壓表宜采用精密壓力表,且應(yīng)定期送技術(shù)監(jiān)督部門檢驗(yàn)。在同一地區(qū)類似土質(zhì)中,終壓值 Q與單位樁豎向承載力Qu之間存在較穩(wěn)定的比例關(guān)系。

4 結(jié)語(yǔ)

S104蕪?fù)吐奉A(yù)應(yīng)力管樁工程已經(jīng)結(jié)束,而且通過(guò)了小應(yīng)變的檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果均為一類樁,復(fù)合地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。結(jié)果表明:預(yù)應(yīng)力管樁較其他軟基處理方法,無(wú)論是在造價(jià)還是在質(zhì)量、進(jìn)度、環(huán)保方面都有著明顯的優(yōu)勢(shì),但是預(yù)應(yīng)力管樁在施工過(guò)程中也不可避免的經(jīng)常出現(xiàn)各類質(zhì)量問(wèn)題和工程事故。目前,各地推廣使用預(yù)應(yīng)力管樁的已經(jīng)越來(lái)越多,隨著管樁技術(shù)的廣泛應(yīng)用,相信只要嚴(yán)格按照施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)來(lái)操作,其在軟基處理方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)將得到更大的彰顯。

[1] JC 888-2001,先張法預(yù)應(yīng)力砼薄壁管樁[S].

[2] 戴松柏,陳小兵,許帶兵.改進(jìn)PTC管樁處理軟弱地基施工工藝的研究[J].山西建筑,2008,34(2):112-113.