淺談靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工技術(shù)

呂曉斌

近十幾年來,隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的普及,預(yù)制混凝土管樁在山西建筑領(lǐng)域應(yīng)用逐漸增多,并因其具有工藝簡明、質(zhì)量可靠、強(qiáng)度高、造價(jià)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(diào)峰熱源廠 5號(hào)廠房擴(kuò)建工程中便采用了靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PC樁)的施工工藝。根據(jù)《太原市東山熱源廠巖土工程勘察報(bào)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(jí)為 2級(jí)自重濕陷,場地類別為 3類,可以采用該施工技術(shù),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(dòng)對(duì)周邊居民和建筑的影響。靜壓法施工是通過靜力壓樁機(jī)依靠壓樁機(jī)自重及樁架上的配重作反力將預(yù)制樁壓入土體中的一種沉樁工藝。樁在壓入土體時(shí),樁尖“刺入”土體中,原狀土的初應(yīng)力狀態(tài)受到破壞,造成樁尖下土體的壓縮變形,土體對(duì)樁尖產(chǎn)生相應(yīng)阻力,隨著樁貫入壓力的增大,當(dāng)樁尖處土體所受應(yīng)力超過其抗剪強(qiáng)度時(shí),土體發(fā)生急劇變形而達(dá)到極限破壞,土體產(chǎn)生塑性流動(dòng)或擠密側(cè)移和下拖,此時(shí),樁身必然會(huì)受到土體的強(qiáng)大法向抗力所引起的樁周摩阻力和樁尖阻力的抵抗,當(dāng)樁頂?shù)呢炄雺毫Υ笥诔翗稌r(shí)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(shí)度增加,樁體逐步到達(dá)持力層上,使地基條件得以改善。

靜壓法施工的主要優(yōu)點(diǎn):1)低噪聲、無振動(dòng)、無污染,可以 24h連續(xù)施工,縮短建設(shè)工期,創(chuàng)造時(shí)間效益,從而降低工程造價(jià)。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(zhì)量易于保證和檢查。樁身混凝土的密度大,抗腐蝕性能強(qiáng)。4)打樁的施工工序比較簡單,施工工效高,同時(shí)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(huì)左右晃動(dòng)和上下跳動(dòng),因而可以送樁較深。6)施工中由于壓樁引起的應(yīng)力較小,且樁身在施工過程中不會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力,樁頭一般都完好無損,復(fù)壓較為容易。7)根據(jù)壓樁力、土質(zhì)特征及施工經(jīng)驗(yàn),可初步估算單樁極限承載力。

靜壓法施工的主要缺點(diǎn):1)預(yù)制樁是擠土樁,施工時(shí)易引起周圍地面隆起,有時(shí)還會(huì)引起已施工鄰樁上浮,對(duì)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(jī)。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(shè)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(shí),接頭處形成薄弱環(huán)節(jié),打樁時(shí)有可能在此處出現(xiàn)斷樁。5)不易穿透較厚的堅(jiān)硬地層,不宜在有地下障礙物或孤石較多的場地施工。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,該工程所用樁基采用靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PC樁),編號(hào)為PC-AB 400(95)-33a,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及試樁報(bào)告樁端持力層為粉土,單根樁承載力特征值取600 kN,則根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(zhì)影響系數(shù),取1.1～1.3;Quk為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

忽略側(cè)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(jī)大于 312 t,滿足施工機(jī)具要求。

靜壓樁的施工工藝流程:測量定位→壓樁機(jī)就位→復(fù)核樁位→起吊插樁→樁身對(duì)中調(diào)直→靜壓沉樁→接樁→再靜壓沉樁→送樁→終止壓樁→切割樁頭→樁質(zhì)量檢測。具體流程見圖 1。

1)測量定位。依據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)高程計(jì)算出水準(zhǔn)儀高程,根據(jù)有效樁頂標(biāo)高計(jì)算出樁頂?shù)剿疁?zhǔn)視線基點(diǎn)的距離,并在送樁器上標(biāo)記作為控制樁頂標(biāo)高的依據(jù)。在預(yù)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(jī)就位。在樁位復(fù)核無誤后,樁機(jī)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(yù)應(yīng)力混凝土管樁的長度為 11m,直接用壓樁機(jī)上自帶的工作吊車自行吊裝喂樁。在此之前應(yīng)將樁體運(yùn)至距離樁機(jī)較近的適當(dāng)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(dòng)過大或者磕碰。在喂樁前應(yīng)仔細(xì)檢查樁的型號(hào)及質(zhì)量。

4)樁對(duì)位調(diào)直。樁機(jī)就位后,直接將樁吊入井口,用抱樁器將樁抱緊,將樁尖對(duì)準(zhǔn)樁位插入,用扳手調(diào)正樁面,第一節(jié)樁起吊就位插入地面時(shí)的垂直度偏差不得大于 0.5%,并用長條水準(zhǔn)尺或者其他儀器校正,必要時(shí)宜拔出重新插。在樁體相互垂直的兩個(gè)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(diào)整打樁機(jī)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(zhǔn)確記錄沉樁過程中的各種情況和變化,詳細(xì)記錄沉樁每一行程的壓力讀數(shù),壓樁時(shí)間,樁位編號(hào)及樁的質(zhì)量情況。

5)壓樁。啟動(dòng)壓樁油缸,把樁體緩慢下壓,控制施壓進(jìn)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(dāng)樁需要接長時(shí),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(shè)導(dǎo)向箍以方便上節(jié)樁就位。接樁時(shí)上下節(jié)樁段應(yīng)保持順直,錯(cuò)位偏差不宜大于 2mm,樁對(duì)接前,上下端板表面應(yīng)用鐵刷子清刷干凈,破口處應(yīng)刷至露出金屬光澤,上下節(jié)樁之間的間隙應(yīng)用鐵板填實(shí)焊牢。每層焊渣應(yīng)及時(shí)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(yīng)自然冷卻才可連續(xù)壓入,靜壓法冷卻時(shí)間最少不應(yīng)少于 2min,嚴(yán)禁用水冷卻或者焊好即壓。

7)送樁。在打樁時(shí),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(shè)計(jì)位置,樁壓力達(dá)不到規(guī)定的數(shù)值,需要用打樁機(jī)將現(xiàn)場的預(yù)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(dāng)樁體被壓入達(dá)到設(shè)計(jì)深度且壓力表讀數(shù)符合規(guī)定數(shù)值時(shí)可停止壓樁。

樁檢測要求:a.靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工前先作試樁并進(jìn)行豎向承載力靜載荷試驗(yàn),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(jìn)行低應(yīng)變檢測,以檢測樁身質(zhì)量,然后按總樁數(shù)的1%(且不小于3根)進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)。c.樁驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行承臺(tái)施工。

隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),我市將大力發(fā)展清潔環(huán)保型供熱,爭取在 2012年年底實(shí)現(xiàn)綠色供熱全覆蓋,這其中需要新建熱源廠和熱力站達(dá)到擴(kuò)網(wǎng)的目的,如果靜壓樁施工技術(shù)運(yùn)用到這些施工建設(shè)中,必將縮短基礎(chǔ)工程的施工進(jìn)度,進(jìn)一步保證工程質(zhì)量。與此同時(shí),在其他建設(shè)領(lǐng)域科學(xué)合理的應(yīng)用靜壓樁施工技術(shù)也會(huì)帶來環(huán)境上和經(jīng)濟(jì)上的巨大收益。

[1] JGJ 94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JGJ 106-2003,建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[3] GB 50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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