预应力管桩在天津滨海地区工程建设中的应用

胡玉山 陈 丰

随着滨海地区基本建设项目的不断增多,预应力管桩大量应用于工民建抗压桩基中。预应力混凝土管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型方法制成的一种空心圆桩型钢筋混凝土预制桩,它可以分为预应力高强混凝土管桩(PHC)、预应力混凝土管桩(PC)、预应力混凝土薄壁管桩(PTC)。施工方法分锤击和静压两种:施工机械中有400 t,600 t和800 t大型压桩机,DD63和DD83以上的柴油锤,天津滨海地区是典型的第四纪滨海相淤泥质软土地基,地质条件较复杂,在预应力混凝土管桩的勘察设计和施工中,存在不少有待解决的问题。

1 勘察方面问题

1)勘察孔间距应比其他地区适当加宽,并配以足够数量静力触探孔,详细探明各土层顶底极起伏情况并对桩长范围内强度较大透镜体分布状况详细了解,为设计选择持力层及沉桩方式打好基础。

2)持力层尽量选择土层强度高、厚度大且顶极起伏不大的土层,为以后施工时桩长控制创造条件。

3)天津滨海地区含盐量高,地下水对混凝土及混凝土中钢筋及钢结构腐蚀性较大,所以在取水样时要特别保证取水样孔质量及水样的质量,且不要在钻孔内混合水取样,以免造成对地下水腐蚀性判断失误。

2 设计方面

2.1 布桩要求及桩型

墙下桩的布置可依据荷载情况和横墙间距大小确定,一般采用单排布置,应尽量使群桩形心和荷载重心重合,务必要使各桩受力基本均匀,不可布置过于零散,造成施工不便。独立桩基承台下桩应采用对称布置,桩间距不应小于3.5d,桩间距过小,在天津滨海地区会引起土体上涌和侧涌现象。上涌有时会使施工现场提高0.5 m以上,这样不仅影响桩的承载力,还可以将薄弱的管桩接头拉脱;土体侧涌会把已成桩桩位偏移直至拉断,造成较大损失,当然较大桩间距可使挤土效应降低,但同时也会增加桩基承台造价,这方面应综合考虑。

2.2 持力层及桩型

预应力管桩同其他桩一样,有一定的适用范围,该桩不能打入中、微风化岩中,持力层应选择强风化岩层、可塑状态以上的粘性及中等以上的砂层,在天津滨海地区地层为第四纪海陆交互沉积,持力层选择主要为粘性土、粉土、砂层;孤石和障碍物多的地层以及有坚硬夹层却不能作为持力层时不宜适用或慎用,否则桩身容易破裂,导致废桩较多。持力层顶板变化不规律或起伏较大,会导致桩尖受力不均匀,以致桩长不好控制,单桩承载力变化大应慎用管桩。若持力层埋深较深,管桩以侧阻力为主,属摩擦或端承摩擦桩,一般采用 PTC桩,根据天津市工程建设标准DB29-110-2004预应力混凝土管桩技术规程长径比不宜大于80。当持力层埋深较浅,桩端承载大,相应要求桩身强度大,管桩宜选用PHC桩,PC桩,以避免沉桩将桩打碎,长径比以30～60为宜。

预应力管桩设计,应保证同时满足单桩承载力和桩身强度两方面要求,尽量以桩身强度控制单桩竖向承载力特征值,满足桩身强度来保证设计经济性。

鉴于天津滨海地区特殊土质、水质条件,受预应力管桩桩径、桩长限制(任一单桩的接头数量不宜超过3个),对下述情况,预应力管桩宜慎用:

1)对单桩竖向极限承载力要求极高的超高层建筑物;2)不能很好解决桩与承台连接、桩与桩连接的抗拔桩;3)抵御水平力较大的基坑开挖护坡桩;4)地下水对钢结构腐蚀大而未做任何防腐处理。

3 施工

天津滨海地区管桩施工目前有两种方法,即静压法和锤击法。

静压法沉桩方式适合于桩长范围内硬夹层少且持力层为粘性土,该沉桩方式优点在于沉桩时对土层扰动破坏小,土层强度易恢复,对桩损害小。

锤击法:该法适合桩长范围内硬夹层多且持力层为砂土的情况。该施工方法应注意以下问题:

1)锤击拉应力对桩的损坏:锤击拉应力大小取决于多种因素:如桩锤质量、桩锤落程及锤击速度,桩垫的软硬度、厚薄情况、现场土质条件及沉桩贯入度要求。如果桩锤较轻,桩锤落程太大及桩垫既薄且硬,桩身土层过硬,须强行打入时,就有可能在桩体引起很大锤击拉应力,以致将桩打坏;相反当桩锤重及落距选择合理,桩垫既软又厚,采用重锤低打时,产生的锤击压应力就不会很高,既可顺利地沉桩到位,又可避免桩破损。为防止将桩打坏,不可一味提高混凝土强度,可结合考虑提高桩截面面积,即增加壁厚来解决这一问题。

2)锤击法对桩承载力的影响:相对静压法,锤击时产生的动强度,对桩周土扰动及持力层桩端土产生破裂松弛效应较大。表现在施工几天后土体强度降低最多而后强度慢慢恢复,但就天津滨海软土层来说,土体强度恢复很慢,短期内很难恢复到原状土水平,所以在计算软土层的侧阻力时,应适当折减,对桩端土产生的破裂松弛效应,随着后期沉降较大,端阻力会上升至与静压法一致的水平。为了减少沉桩时对土层的扰动和破坏可考虑桩端配以桩靴。

3)终孔条件对单桩承载力影响:大量资料表明在桩端进入临界深度前,桩端进入持力层的深度和桩端阻力是成正比的,控制好最后贯入度才能更好的保证桩端阻力值满足设计要求,同时打桩收锤标准应以最终贯入度控制为主,桩长控制为辅。

4 结语

预应力管桩正大量应用于天津滨海地区建设项目,与传统桩型相比,管桩具有设计简洁、施工快捷,对环境污染少等优势。如何保证该桩基的质量,要求勘察、设计、施工三个环节大力配合、缺一不可。

[1]DB 29-110-2004,天津市工程建设标准[S].

[2]JGJ 94-2008,建筑桩基技术规范[S].

[3]邹海江.预应力管桩水平顶拉纠偏与加固技术研究[J].山西建筑,2009,35(2):125-126.