摘要:静压预制管桩文章对场地条件、表面土层地质情况及桩身质量要求极其严格,因此在设计及施工过程中如不考虑到浅部断桩、斜桩等桩的质量问题,必然造成不可避免的事故。文章结合实际工程,分析了管桩偏桩、断桩事故的现状和原因,并且针对性地提出了处理方案,经实践证明,处理效果良好。
关键词:预应力管桩;断桩;偏桩;管桩施工;质量事故
中图分类号:TU473 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2009)15-0163-02
近年来,静压预制管桩在建筑工程桩基础设计中被大量采用,其主要优点是在施工过程中噪音小、无振动、无冲击力,桩长度易调整,施工速度快,压力值直观,对周围建筑物影响小,设计取值大,特别适合大吨位静载液压桩机的施工。
由于静压预制管桩的工作原理是桩极限承载力越大,要求静载液压桩机吨位就越大,对场地条件、表面土层地质情况及桩身质量要求越严。因此在设计及施工过程中如不考虑到浅部断桩、斜桩等桩的质量问题,必然造成不可避免的事故发生。以下就某工程管桩浅部断折原因进行分析。
一、工程概况
云山小区二期工程是11层、15层住宅,总用地面积11.2万m2,建筑面积22.18万m2,全部采用预应力混凝土管桩。其中,小区二期工程31#住宅楼地上13层,采用钢筋混凝土剪力墙结构体系,现浇钢筋混凝土楼板,基础部分为钢筋混凝土独立承台,采用PTE(壁厚80)型Φ500预应力管桩,静压法工艺成桩,总桩数为152根,单桩竖向抗压承载力特征值预估值为1100kN,单桩竖向抗压极限承载力为2200kN。
本场地位于长江漫滩,地基土主要为冲洪积、淤积成因地层。地层分布总体较稳定。浅部以软弱土为主,主要分布高压缩性,高灵敏度,低强度淤泥质粘性土,下部沙土分布连续、稳定,自上而下颗粒渐粗,密实度渐好。场地原为菜地,地形简单平坦,无不良地质现象,场地水对混凝土无侵蚀性。地基各土层承载力参数见表1:
二、工程事故状况
桩基施工结束土方开挖后,根据现场测量和低应变检测,桩的平面位置偏差有部分超过规范允许值,桩身质量完整性有部分存在严重缺陷。
(一)桩偏位情况
总桩数152根,发生桩位偏差的桩计125根,其中正常允许偏位的桩计49根。按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》有关规定,三桩以下承台桩允许偏差100mm,大于三桩承台桩允许偏差1/2桩径。超过规范允许偏差的桩计76根,为总桩数的50%,分布见表2:
(二)桩身质量缺陷
总桩数152根,其中有2根桩因成桩桩顶标高下落,难以检测,实检150根发现I、II类桩92根,占总桩数的61.3%;III类桩19根、占总桩数的12.7%;IV类桩39根,占总桩数的26.0%。裂缝位置分布范围约在桩顶以下1.5~7.0m处,比较严重的有1根,可检测到上述两个集中区域上、下两道裂缝,桩位有倾斜、位移现象。
三、事故原因分析及处理方案
处理措施应依据受损实际状态并推断造成受损的可能因素,针对受损的实际状态采取技术措施。
(一)原因分析
该场地自然地面平均高程约为+5.6m,设计±0.00为+7.2m,桩顶高程为+3.7m。开挖深度约为1.9m左右,桩顶以下6.5~7.0m厚为②-2层淤泥质粉质粘土,为流塑状、高饱和、高灵敏弱土层,fak =60 kPa其下③-1层稍中密粉砂夹粉土层,fak=140kPa,桩在③-1具有相对嵌固作用,当挖土程序如有不当,开挖过程中,未开挖面对已开挖面形成高差自重压力,上部软弱土层对桩具有横向挤压作用;压桩机在施压过程中,桩机移位,反复行走、搓支,压桩机自重较大,软土层在竖向荷载碾压下产生对桩的横向挤压。此两种影响在软土层中对桩产生的横向挤压荷载应是上部(桩顶)最大,沿深度衰减,近似于倒三角形颁线性荷载,桩在③-1层较好土层内具有“嵌固”作用,桩类似悬臂梁,桩的变形应是挠曲型的、连续型的。小应变检测桩的裂缝分布范围在桩顶以下1.5~7.0m,均发生在软土层内,III类桩26根有21根均检测出上下两道裂缝,可以佐证。即使IV类桩也有一根发现上下两道裂缝。
(二)处理方案
关于桩的缺陷,根据以上判断,采取内灌芯棒(钢筋笼)砼的补强措施。19根III类桩取土至缺陷位置以下2m处,IV类桩取土至缺陷位置以下2.5m处,取土后对管孔进行冲洗,回填50cm砂石混合料后下钢筋笼(主筋6Φ18、箍筋Φ8@100),浇注C40混凝土,在桩断裂处浇筑混凝土需延长振捣时间,保证混凝土密实。
关于桩的偏位:压桩过程桩的就位原始偏差,应已包含规范允许偏差之内,个别大偏位的桩不排除原始就位误差因素。主要偏位原因系因桩的横向挤压造成。统计桩偏位量分布,不超过1个桩径Φ500的偏位桩占总偏位的92%,在桩的承载能力满足的前提下,偏位对于独立承台,将会造成荷载忠与桩的组合形心偏移过大,发生附加弯矩,可以采取联合承台的方法加以处理。
四、事故处理情况和处理结果
(一)补强效果评价
III、IV类桩采用内灌芯棒砼加固后,采用高应变检测承载能力。因单桩静载荷试验前未做高应变检测,即缺少高应变与静载荷试验相关对比资料,本次高应变检测对I、II类桩及采取补强措施后的III、IV类桩同时采用高应变检验,以期检测补强后的III、IV类桩与桩身质量完整和基本完整的I、II类桩,其竖向承载力是否存在差异或变化幅度。
高应变检测10根桩,结果如下:
I类桩2根:42#,Ru=1803Kn;66#,Ru=1999.7kN
II类桩2根:17#,Ru=2069.5kN 93# Ru:2057.3kN
补强后的III类桩2根:41#,Ru=2045.5kN;138#,Ru=1983.6kN
补强后的IV类桩4根:18#,Ru=2192.0kN;19#,Ru=1820.5kN;53#,Ru=1917.8kN;130# ,Ru=1850kN
I、II类桩共4根,其平均值Ru=1982.4kN
III、IV类桩共6根,其平均值Ru=1944.7kN
两者差异仅为2%,可以认为,经补强后的III、IV类桩竖向承载能力已经达到I、II类桩的要求。
根据I、II类桩及补强后的III、IV类桩计10根综合分析:极差为389<0.3×1968.9=591.67kN,参考JGJ106-2003《建筑桩基检测技术规范》有关规定,Ru可取平均值,即可满足承载要求。
(二)特别加固处理
对6根(88#、121#、147#、149#、150#)偏位大于500mm的桩,其中偏位最大的147#(偏位900mm)、148#(偏位1080mm),位置靠近,集中发生大偏位,因此对此2桩,补做了高应变检测,检测结果:147#、148#,承载力损失较大,建议在147#~150#桩附近合适位置于联合承台上预留2~3个锚杆静压桩孔。根据沉降观测资料,必要时做锚杆静压桩后处理补强,锚杆桩可采Φ19钢管。
(三)沉降观测
经过16次的观测及计算,该楼累计平均沉降量为31.5mm,其中最大沉降量为33.3mm(位于1号观测点),最大沉降量为29.6mm(位于6号观测点)。最后一次观测平均沉降量为6.15mm,最后一次观测平均沉降速度为0.053mm/d。根据规范规定建(构)筑物竣工验收的地基变形标准,其最后一次观测平均沉降速度、基础整体倾斜值、累计平均沉降量等指标均符合建(构)筑物竣工验收的地基变形标准。与相邻同类建筑相比,该楼的各项变形指标量都相对较小。在竣工交付时,对预留桩孔作了封堵处理。
五、结语
1.因PHC桩横向刚度较脆弱而不能受强烈的撞击或震动,故当运输或堆放不适时,易出现结构裂缝;同时在反复施压产生的拉、压力作用下,裂缝会有所发展并造成桩身破损。
2.沉桩路线要合理选定。预应力管桩施工时,随着入桩段数的增多,各层地质构造土体密度随之增高。土体与桩身表面问的摩擦阻力也相应增大,压桩所需的压入力也在增大。为使压桩中各桩的压力阻力基本接近,入桩路线应选择单向行进,不能从两侧往中间进行(即所谓打关门桩),使地基土在入桩挤密过程中,土体可自由向外扩张,以避免因土的挤压而造成部分桩身倾斜,保证了群桩的工作基本均匀并符合设计值。
3.场地要平整坚硬,在较软的场地中适当铺设道渣,不能使桩机在打桩过程中产生不均匀沉降,静压桩桩机对施工场地要求较高,由于桩机及配重达500t以上,为防止桩机下陷而造成桩身倾斜、桩机挤压对桩位的影响,影响施工质量及施工安全,必须对施工场地进行局部回填平整,采取必要的措施提高地基承载力,使其达到静压桩施工要求。
参考文献
[1]建筑桩基础技术规范(JGJ94-94)[S].中国建筑工业出版社,1994.
[2]既有建筑地基基础加固技术规范(JGJ123-2000)[S].中国建筑工业出版社,2002.
[3]胡中雄.土力学和环境土力学[M].同济大学出版社,1997.
作者简介:任建国(1974-),男,宁夏隆德人,宁夏伊斯兰地质工程公司工程师,项目技术负责人,研究方向:桩基、地质工程施工。