[摘要] 預應力混凝土管樁具有施工進度快、干作業、靜壓樁的噪聲低、造價省、有很高的軸向承載力等眾多特點,但其抗拉、抗裂強度差,在軟弱土地基中易斷樁和樁位嚴重偏位,為此提出施工方法及注意點。
[關鍵詞] 軟土地基;預應力混凝土管樁;施工
[中圖分類號] TU753.65 [文獻標識碼] A [文章編號] 1002-8498 (2008) 01-0031-03
軟弱土是指淤泥、淤泥質土和部分沖填土、雜填土及其他高壓縮性土的統稱。由軟弱土組成的地基稱為軟土地基。這類土廣泛分布于我國東南沿海和內陸江河湖泊濕地的周圍。其特性為: 含水量高、抗剪強度低、壓縮性高、滲透性小、具有明顯的結構性和很大流變性。該類土質往往不能作為天然地基。樁基礎工程在該類土層中也存在明顯的質量隱患。對灌注樁而言,易發生斷樁和縮頸等質量問題。
預應力混凝土管樁具有施工進度快、干作業、靜壓樁的噪聲低、造價省等眾多特點,故在地質條件允許及抗震烈度小于7 度的地區,目前大多數工程優先選擇采用預應力混凝土管樁。但很多設計在軟土地基的預應力混凝土管樁選擇上往往存在失誤,施工單位也未針對軟土的特性采取相應的措施,導致樁基完成后動測結果顯示有大量的斷樁存在,以及樁位嚴重偏位。
預應力混凝土管樁具有很高的軸向承載力,但其抗拉及抗裂強度很差,且斷樁常發生在打樁過程和挖土過程中,當上部結構荷載產生后,由于對樁體的壓應力,此時已不易產生斷樁。根據對地質條件相近、臨近杭州西溪濕地的9 個單位工程的預應力混凝土管樁動測結果進行統計歸類得出:無基坑的樁的斷裂主要在樁頂8m以內的焊縫位置,因配樁不當引起。而有基坑的樁的斷裂主要在樁頂8m 以內的焊縫位置和樁頂3～6m的范圍,主要因配樁不當和土方開挖引起。薄壁樁的斷裂是厚壁樁的3 倍左右。樁位嚴重偏位超出規范要求的占總樁數的15.82 %。
1 樁在軟土中的受力特點
1.1 軟硬土交界處
由于打樁速度快,土體運動加劇,導致對先成樁的擠壓力很大,如果下部土層堅硬或有堅硬夾層,可能導致樁體在軟硬土交界部位產生橫向裂縫。如圖1 所示。
當樁在向下施壓下沉的過程中,樁給周邊的土施以壓應力,土體需要釋放應力,就會移動變形,由于上部土層的約束小于下部土層,土體產生水平位移和上升位移,這種位移導致土體對成樁上部的側向擠壓加大,使樁受彎斷裂。
當然,也不是越近地表這種壓力越大,由于離沉樁越遠的部位越近地表的土體向上的變形約束越小,土體可向上位移,土體隆起,對側向的壓力也逐漸減小。具體對已成樁的壓應力如圖2 所示。
1.2 焊縫位置處
焊縫位置是管樁的薄弱位置,其抗裂彎矩較樁管部位小,且該部位易產生應力集中。故在焊接質量不良、擠土嚴重的地區,管樁的裂縫有60 %發生在焊縫位置。故在軟土地基中,應重視管樁的焊接質量的檢查。做到三人三邊三遍圍焊。焊縫自然冷卻后入土(冷卻時間≥8min) ,防止焊縫脆裂。同時配樁時要參照地質報告,避免接頭在軟硬交界的軟土層2m范圍內。因為堅硬土層具有嵌固作用,軟土的流動擠壓使樁在軟硬交界的軟土層2m范圍內的彎矩很大,極易達到樁的抗裂彎矩。
1.3 樁頭3～6m的范圍內
由于樁工機械、挖土機械的運行以及臨近基坑邊的土體壓力易導致樁頭3～6m 的范圍內發生斷裂,而且這種斷裂往往伴隨樁頭嚴重位移甚至樁體錯位。
1) 樁工機械的重量很大,當樁頭離地表僅有1m 左右時,樁工機械的壓力使表層軟土發生水平位移導致樁上部發生斷裂。另外由于樁機施壓抬機下墜振動,使土體流變后對已成樁的側壓導致斷裂。所以要合理選用樁機,不能太大,防止壓力變形;不能太小,防止樁機抬機下墜振動使土體流變。考慮樁在軟土中的固結強度很大,往往壓樁力僅須選擇單樁設計承載力的1.2～1.8倍即可。
2) 挖土機械的運行對土體形成水平沖擊,使土體產生水平位移對樁頭產生沖擊,而且挖土機械在坑邊運行增加了
對土體的主動土壓力,使靠近挖機部位的土體對樁的壓力加大而產生斷樁。如圖3 所示。
3) 基坑邊坡的土體壓力也導致樁頭3～6m的范圍內發生斷裂, 這主要是邊坡的土體對臨近邊坡的樁產生主動土壓力, 使邊坡與樁之間的土發生擠壓后對樁產生水平推力, 當推力產生的彎矩大于樁的抗裂彎矩后,樁便產生裂縫。如圖4 所示。
以上樁工機械、挖土機械的運行以及臨近基坑邊的土體壓力的影響均在樁的上部,經統計,樁的裂縫往往在3～6m的范圍內。在軟土中配樁時,考慮到焊縫這一薄弱點,最上部決不能配短樁,要求上部樁長≥8m。
2 預應力混凝土管樁注意事項
2.1 設計對樁的選擇
軟土的應變變形很大,成樁對土體的擠壓對相臨樁的影響很大,如果樁的抗裂彎矩小,極易導致斷樁,故在軟土地中基慎用預應力混凝土薄壁管樁,可選用預應力混凝土管樁。如杭州市西湖區蔣村鄉大多數地區地表10～28m范圍內為淤泥質粘土或淤泥質粉質粘土,在該區塊范圍內選用預應力混凝土薄壁管樁的工程平均斷樁率很高,其中45 %為Ⅲ類樁,必須經處理甚至補樁方能保證工程質量,而選用預應力混凝土管樁的工程斷樁率較低且基本為Ⅱ類樁,有些征得設計同意可不做處理。因此,在針對該類土質進行選樁時,應慎用預應力混凝土薄壁管樁,應對沉樁施工的擠土效應對樁及周邊環境的影響充分考慮和計算。雖然同樁徑的預應力混凝土管樁比預應力混凝土薄壁管樁單價高20～30 元/m左右,但預應力混凝土管樁容易保證工程質量,且預應力混凝土薄壁管樁發生質量問題的后期處理費用很高,且影響工期。對工程各方形成負面影響。
2.2 施工配樁的選擇
在軟土中配樁時,考慮到焊縫這一薄弱點,最上部決不能配短樁,要求上部樁長≥8m,如圖5a 所示。同時配樁時要參照地質報告,避免接頭在軟硬交界的軟土2m范圍內,如圖5b 所示。配樁時要求樁頭達到設計標高的要求,防止開挖時樁的一側土被挖除而產生懸臂力,具體如圖6 所示。施工配樁時,盡量選擇長樁,減少焊接接頭。
2.3 打樁速度的控制
由于粘性土、淤泥質土的固結時間較長,且樁體快速壓入會使土的性質劇變,土體的壓縮變形加大,故打樁速度應比其他土質慢,防止樁位偏移和斷樁。一般軟土地基中,在同一區塊每天不超過20 根。壓樁時,要緩慢壓入,壓樁速度控制在≤1.5m/min。當樁進入堅硬土層時應緩慢加載,防止急劇施壓產生的沖擊使樁體開裂。
2.4 土方開挖時的注意事項
大多數工程均采用機械開挖土方,對土方開挖這一分部工程是比較經濟的方法,但它可能給樁基礎帶來很大的危害,正如前所說的斷樁,為此土方開挖應注意以下要點。
1) 考慮到粘性土、淤泥質土的固結時間較長,施工組織設計時,應考慮全部成樁后15d 開挖,讓樁周土固結穩定,嚴禁邊打樁邊挖土。
2) 土方車有10～40t ,局部加壓后易使樁斷裂。故土方車嚴禁駛入樁頂挖土區域內。
3) 嚴禁采用大挖機挖土,選用120t 以下的履帶式挖機輔以鋼墊板開挖(見圖7) ,以減小對土體的壓強。嚴禁挖機在樁頂來回走動,防止對樁頂產生屢次沖擊,且保留基底以上30cm人工開挖。
4) 要求分層開挖,且樁周土的高差≤1m。若樁露出開挖面以上,則必須先掏挖挖機一側的土,以減小側壓,防止斷樁。
5) 坑邊嚴禁堆土和其他建筑材料。
6) 對于基坑,要求基底采用拉錨設計或采用灌注樁及連續墻圍護,防止邊坡滑移對樁體產生側壓。為了減少土體流變,可采取技術措施如下:當表層土的流塑性很大,分層開挖也不能保證樁體質量時,可先分層將表層土剝至樁頂1.5～2m 位置,借助鋼板樁和鋼墊板開挖,以減小對土體的壓強;開挖時應逐軸放鋼板樁和鋼墊板。
2.5 其他注意事項
1) 對樁的齡期要求 管樁混凝土強度達到設計強度,且常壓蒸汽養護后在常溫下靜停7d 后方可沉樁。
2) 配樁時要盡量使樁頂標高達到設計標高,避免土方開挖時產生懸臂。
3) 打樁前,若現場表土松軟、樁頂土層≤1m,應先填40～60cm 碎磚塊或礦渣等堅硬土,防止樁機陷入,同時減小軟土的變形。
3) 加強施工現場排水,減小土體軟化。在雨水多的季節施工時,可在場地表層鋪15cm 粘土。
4) 對樁垂直度要求 沉樁過程中經常檢查樁身垂直度,并及時糾正,當樁進入堅硬土層后,嚴禁采用移動樁架的方法強行回扳,防止斷樁。
5) 對截樁的要求 應采用鋸樁器,或手持電動工具切割,嚴禁采用大錘橫向敲擊或強行扳拉。
