預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有單樁承載力高、設(shè)計選用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)、造價低、施工速度快等優(yōu)勢,在民用建筑中應(yīng)用比較廣泛,但是實際施工過程中很容易出現(xiàn)如樁身上浮等各種問題。本文結(jié)合項目工程實例分析上浮原因并著重介紹具體處理措施。
關(guān)鍵詞
預(yù)應(yīng)力管樁、鋼護(hù)筒、擠土效應(yīng)、上浮、復(fù)打
工程概況
該項目由10棟住宅樓及地下車庫組成,其中5#樓、6#樓基礎(chǔ)形式采用PHC-AB500-125型預(yù)應(yīng)力管樁,設(shè)計樁端進(jìn)入持力層第(7)卵石層,樁端進(jìn)入持力層≥6.5m,工程樁單樁豎向抗壓承載力特征值取Ra=1820KN,單樁豎向承載力極限值Ra=3640KN。
5#樓為18層,設(shè)計布樁為156根,6#樓為17層,設(shè)計布樁為189根,采用靜壓施工法,設(shè)計有效樁長約14.5~17m。本項目管樁以壓力值為終壓條件,理論有效樁長為輔助條件,同時需滿足樁端進(jìn)入持力層的最低規(guī)范要求。
工程地質(zhì)情況
場地土的類型為中軟土場地類別為Ⅱ類,為建筑抗震一般地段,特征周期值為0.35s。擬建建筑物抗震設(shè)防烈度為6度,可不考慮場地土的液化影響。各地層自上而下描述如下:
①素填土:軟弱土,結(jié)構(gòu)紊亂,土質(zhì)疏松,力學(xué)性質(zhì)極差,工程性質(zhì)極差,層厚0.8m;
②粉質(zhì)粘土:層厚2.9m,軟塑,高壓縮性,強(qiáng)度低,工程性質(zhì)差;
③粉質(zhì)粘土:層厚2m,可塑,中壓縮性,強(qiáng)度一般,工程性質(zhì)一般;
④粉質(zhì)粘土:層厚1.3m,硬塑,中壓縮性,強(qiáng)度較高,工程性質(zhì)較好;
⑤粉質(zhì)粘土:層厚1m,可塑,中壓縮性,強(qiáng)度一般,工程性質(zhì)一般;
⑥粉土夾粉砂:層厚2.2m,中密,局部夾松散狀粉砂,中壓縮性,強(qiáng)度一般,工程性質(zhì)一般;
⑦卵石:層厚8.8m,稍密,中壓縮性,強(qiáng)度較高,工程性質(zhì)較好;
⑧卵石:層厚9.5m,中密,低壓縮性,強(qiáng)度高,工程性質(zhì)良好;
施工情況
2018年5月至6月共計完成展示區(qū)7號樓1根、貨量區(qū)7根試樁施工,根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料地質(zhì)鉆孔揭露報告表明,已進(jìn)入持力層第(7)層卵石層2~4.5m,終壓值區(qū)間為4200KN~4900KN,所有試樁經(jīng)單樁豎向抗拔和抗壓靜載試驗檢測,中間結(jié)果均滿足設(shè)計要求,即靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工及工藝均符合本項目設(shè)計、質(zhì)量要求。
5#樓主樓工程樁按4800KN進(jìn)行終壓、復(fù)壓3次的施工控制原則施工完成后,有效樁長平均11~13m,已進(jìn)入持力層0.5~2.5m。隨機(jī)抽取數(shù)根樁進(jìn)行了回位復(fù)壓,復(fù)壓壓樁值與施工終壓值存在差異,樁體繼續(xù)下沉,下沉量在5cm~9.5cm。隨后召開專題會議,確定6#樓專項施工方案,在嚴(yán)格遵循方案中采取的施工措施的情況下,依舊發(fā)生了和5號樓相同的樁體上浮現(xiàn)象。
根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,累計最大水平位移為95mm,最大上浮值為110mm,最大樁偏差值為130mm。根據(jù)單樁豎向抗壓靜載試驗檢測中間結(jié)果顯示,5#樓抽取的6根樁中有4根不滿足設(shè)計要求。
原因分析
1 擠土效應(yīng)
由于沉樁時使樁四周的土體結(jié)構(gòu)受到擾動,改變了土體的應(yīng)力狀態(tài)而產(chǎn)生的。在沉樁過程中,由于樁自身的體積“占用”了土體原有的空間,使樁周的土體向四周排開。樁周土為飽和軟土,土體受擠壓時體積不會收縮或收縮量極小,擠壓應(yīng)力主要通過土體位移來消減,擠土效應(yīng)十分顯著,因此造成管樁上浮。
2 樁的數(shù)量多、間距過小
5#樓為18層,設(shè)計布樁為156根,6#樓為17層,設(shè)計布樁為189根,樁間距為3.5d,僅滿足規(guī)范最低間距要求。
3 沉樁速度快
打樁時,樁周土應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變,在樁土界面附近產(chǎn)生較大的超孔隙水壓力,使樁基承載力具有明顯的時間效應(yīng)。
4 打樁路線不合理
打樁順序及打樁路線不合理,造成沉樁困難,產(chǎn)生擠土效應(yīng)。
處理措施
根據(jù)召開的專題會議,對5#、6#樓345根工程樁進(jìn)行復(fù)打。
5.1 現(xiàn)場準(zhǔn)備
選配一臺YVY800靜壓樁基,現(xiàn)場做好降排水措施,確保樁基行走安全。同時采用機(jī)械聯(lián)合作業(yè)對坑洞回填物進(jìn)行夯實處理。現(xiàn)場復(fù)打場地處理措施如下:
(1)材料:選用磚渣及碎石、砂、混凝土石塊、生石灰、鋼板、鋼護(hù)筒等。
(2)5#樓:場地上層土質(zhì)較好,對入土1m內(nèi)的工程樁進(jìn)行同一軸線上隔樁開挖,只需對每根開挖進(jìn)行復(fù)打后的樁回填土的基礎(chǔ)磚渣鋪墊后硬化即可。對3m內(nèi)開挖面積較大較深時,需要放置鋼護(hù)筒回填砂、碎石后才能進(jìn)行復(fù)打,需要進(jìn)行多次鋪墊硬化。
(3)6#樓:存在廢舊污排遺留的深淤泥質(zhì)土,深度達(dá)2.5m,采用砂、石子及生石灰混合回填碾壓。
5.2復(fù)打施工
(1)施工順序
復(fù)打施工按樁頂標(biāo)高分三類(-1.0m以內(nèi)、-1.0m至-2.0m、-2.0m以上)進(jìn)行復(fù)打,先對樁頂標(biāo)高埋深在-1.0m范圍以內(nèi)的樁復(fù)打一遍,接著按原行走路線利用鋼護(hù)筒對樁頂標(biāo)高在-1.0m至-2.0m之間的樁進(jìn)行復(fù)打。為了避免開挖樁頭與壓樁沖突,樁基間隔回旋施工,確保一邊開挖一邊復(fù)打。由于使用的復(fù)打機(jī)械噸位較大,在行走線路上配備一臺挖機(jī)對場地用磚渣、砼石塊進(jìn)行平整,在已處理后的場地上鋪墊鋼板,以保證樁基二次行走,再考慮1臺挖機(jī)在靜壓機(jī)前方進(jìn)行開挖,埋設(shè)護(hù)筒,以保證靜壓樁機(jī)連續(xù)工作。
(2)樁頭加固
由于部分樁頭高出地面影響樁機(jī)復(fù)打行走,可將部分樁頭截去,為在復(fù)打時避免對樁頭產(chǎn)生較大破壞,故而采取以下方法對樁頭進(jìn)行加固:
①截去樁頭不平整部分,并磨平樁頭;
②在樁頭兩倍樁徑范圍內(nèi),使用C45早強(qiáng)微膨脹混凝土填充;
③制作樁頭抱箍,以加強(qiáng)在復(fù)打時樁頭部位抗壓強(qiáng)度。
(3)施工方法
①對需要復(fù)打的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁先以3650KN壓力值復(fù)打,再加壓,最終以4800KN終壓值進(jìn)行復(fù)打。復(fù)打標(biāo)準(zhǔn)為在終壓值復(fù)打時,控制最后兩級復(fù)打后沉降量小于5mm。
②按行走路線完成了樁頂標(biāo)高埋深在-1.0m范圍以內(nèi)的樁后,再按行走路線原路返回,把樁頂標(biāo)高在-1.0m至-2.0m的樁開挖出樁頭后先做一個8mm壁厚鋼護(hù)筒套在樁頭上,鋼護(hù)筒直徑為800mm,高度為1~3.5m。鋼護(hù)筒示意圖如下圖所示。在樁頭以下300~500mm處放置鋼護(hù)筒,護(hù)筒上沿低于地面100mm。設(shè)置鋼護(hù)筒是為了讓開挖出來埋深較深的樁頭在樁機(jī)行走時不被泥土覆蓋,而鋼護(hù)筒的設(shè)置,便于在復(fù)打時開挖出樁頭,使樁頭完全外露,確保送樁器對準(zhǔn)樁頂復(fù)打,減少因未對準(zhǔn)樁頂而造成復(fù)打時樁頭爆裂的風(fēng)險。
③為了避免樁機(jī)在管樁樁頂行走時對已經(jīng)復(fù)打完畢的樁產(chǎn)生更大的影響,復(fù)打施工時樁機(jī)標(biāo)高在-2.0m以下的樁也一并同樁頂標(biāo)高在-1.0~-2.0m的樁一起按原路線返回施工。施工過程中先由測量人員定位,定位后再配合挖機(jī)進(jìn)行鋼板樁支護(hù)及人工配合開挖,確保管樁樁頭完全裸露,讓送樁器可以對準(zhǔn)樁頭進(jìn)行復(fù)打,送樁2m以上的復(fù)打樁,采用2m~3.5m鋼護(hù)筒,護(hù)筒厚度8mm。
處理效果:復(fù)打完畢后,5#樓和6#樓各選取6根樁做靜載試驗,根據(jù)報告顯示,實際累計沉降量為10~15mm,單樁豎向抗壓承載力特征值為1820KN,大于設(shè)計承載力特征值1800KN,滿足設(shè)計要求。檢測結(jié)果表明,采用的處理措施效果顯著,達(dá)到了前期預(yù)想的處理效果,以最小的時間和成本代價解決了樁基上浮的問題。
預(yù)防建議
(1)首先應(yīng)從設(shè)計上把關(guān),優(yōu)選樁型。對于新近填土區(qū)且經(jīng)過強(qiáng)夯或碾壓處理,應(yīng)盡量避免采用高密度、大管徑的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁,優(yōu)先采用其他樁型,如鉆孔灌注樁、沖孔灌注樁等。
(2)樁數(shù)量較多,密度較高,樁距過小都會成樁過程中對樁周土造成擾動,產(chǎn)生浮樁現(xiàn)象。
(3)優(yōu)化打樁順序,從中心向四周對稱打樁。從中心向四周對稱打樁能明顯減小擠土效應(yīng),讓中部的樁有較長時間釋放土應(yīng)力和向外排水。
(4)控制打樁速度,打樁速度過快會使土層中的孔隙水壓力明顯增加,加速臨近土體剪切破壞,使擠土效應(yīng)更加明顯。
結(jié)語
樁身上浮這種質(zhì)量問題可以通過設(shè)計優(yōu)化、提高樁基施工人員質(zhì)量意識、加強(qiáng)施工人員專業(yè)素質(zhì)、強(qiáng)化規(guī)范施工、杜絕違規(guī)操作、以及工程各方人員的共同努力來盡量避免。出現(xiàn)上浮現(xiàn)象后,二次復(fù)打也是常見且有效的處理措施。本文通過工程實例,采用設(shè)置鋼護(hù)筒這一簡單有效的方法來降低預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)打成本并提高復(fù)打效率,可于相關(guān)施工中予以借鑒。
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