摘要:本文就預(yù)應(yīng)力管樁的發(fā)展歷史、工作性能、施工中出現(xiàn)的偏樁問題、斷樁問題等等進(jìn)行一定程度的探討,總結(jié)前人的研究成果、吸取即成建筑的施工要點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn),在整理有關(guān)的資料同時(shí),給預(yù)應(yīng)力管樁的施工發(fā)展帶來了一定的指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞:應(yīng)力管樁;偏斜;斷樁;打樁施工要點(diǎn)
1 引言
預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁,即PHC樁(Prestressed High Strength Concrete Tube-shaped Piles),用高強(qiáng)混凝土制成,針對(duì)普通混凝土管樁的抗拉能力低的特性進(jìn)行鋼筋預(yù)拉,提前在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓力,以抵消在打樁中產(chǎn)生的拉力,防止管樁過早出現(xiàn)裂縫,提高管樁的使用性能。高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁具有樁材質(zhì)量好、單樁承載力高、樁身耐打、施工快、工程地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、場(chǎng)地文明等優(yōu)點(diǎn)。鑒于這些優(yōu)點(diǎn),預(yù)應(yīng)力管樁被廣泛運(yùn)用于各類建筑物和構(gòu)筑物的基礎(chǔ)工程上,如高層建筑、公共建筑一般工業(yè)與民用建筑、港口、碼頭、高速公路、橋梁、重型機(jī)床、倉(cāng)庫(kù)、護(hù)岸等領(lǐng)域[1]。
2 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的特性
2.1 優(yōu)點(diǎn)
對(duì)于預(yù)制鋼筋混凝土管樁,一般是在打樁時(shí)受到拉應(yīng)力而破壞,因此在管樁中設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋,可以預(yù)先在混凝土中產(chǎn)生部分壓應(yīng)力,以抵消打樁時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力,避免混凝土管樁在打樁時(shí)受力開裂,失去其使用功能。同時(shí),和預(yù)制鋼筋混凝土管樁比,含鋼率低、耐沖擊、耐久性和抗侮蝕性能高,以及穿透力強(qiáng)。
PHC管樁可打入密實(shí)的砂層及強(qiáng)風(fēng)化層,樁尖進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層或密實(shí)砂層后,經(jīng)過強(qiáng)烈的擠壓,樁尖附近的強(qiáng)風(fēng)化層或密實(shí)砂層已不是原始狀態(tài),樁端承載力可比原狀提高80-100%,所以管樁承載力設(shè)計(jì)值要比同樣直徑的沉管灌注樁或鉆孔灌注樁高,如Φ100-500管樁,最高設(shè)計(jì)承載力用到2700kN,相當(dāng)于Φ600和Φ700的鉆(沖)孔灌注樁。
2.2 缺點(diǎn)
預(yù)應(yīng)力混凝土管樁同時(shí)存在著很多缺點(diǎn):
預(yù)壓應(yīng)力可在一定程度上提高管樁的開裂彎炬,但由于管樁采用高強(qiáng)混凝土,容易發(fā)生脆性開裂。因?yàn)槭黔h(huán)形混凝上,因此抗彎能力比一般實(shí)心樁差,容易在水平荷載下發(fā)生撓曲,樁身斷裂和偏位是施工中常見的問題。
(1) 錘擊施工時(shí)噪音大,影響周圍環(huán)境,震動(dòng)劇烈,擠土量大。
(2) 送樁深度受到限制,在深基坑開挖后截去的余樁較多。
(3) 與一般預(yù)制樁類似,管樁在有些地質(zhì)條件下不宣應(yīng)用或慎用。例如孤石和障礙物多的地層,有堅(jiān)硬夾層的地層,石灰?guī)r地層,從松軟突變到特別堅(jiān)硬的地層等。
3 管樁的偏樁產(chǎn)生原因以及解決方案
在沉樁的過程中很容易偏樁,如果不采取相應(yīng)措施繼續(xù)打樁,會(huì)使得樁身開裂,承載能力下降,影響基礎(chǔ)工程的竣工。
3.1 預(yù)應(yīng)力管樁偏斜原因
從管樁的制作、設(shè)計(jì)、施工過程來看,可能產(chǎn)生偏樁的原因以下幾點(diǎn):制作誤差、設(shè)計(jì)失誤、本身地質(zhì)條件(外部環(huán)境)和打樁施工問題,土方開挖等等。
其中,設(shè)計(jì)失誤包括:樁的長(zhǎng)細(xì)比過大,引起樁的縱向失穩(wěn);樁間距過小,承臺(tái)下群樁平面布樁率偏高,從而加劇樁間距擠土影響等。這些設(shè)計(jì)失誤導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力管樁在打樁過程中產(chǎn)生偏斜,影響樁身質(zhì)量。一般而言設(shè)計(jì)失誤是可以避免的,只要選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方案。本身土質(zhì)條件的影響:在軟土地基中,淤泥質(zhì)土層一般較厚,呈流塑飽和狀,強(qiáng)度低,觸變性大,滲透性大,滲透性差。土方施工的原因主要有:土方開挖過早,土體內(nèi)部因打樁引起的超孔隙水壓力尚未消散完畢,擾動(dòng)后土體的固結(jié)程度低。在基坑開挖后,因一側(cè)卸載,原士體被不平衡受力狀態(tài)加劇,引起打入樁隨著士體向基坑方向側(cè)移。
3.2 管樁偏斜的解決方案
管樁偏斜后,一般可以從糾偏、補(bǔ)樁、加固、加強(qiáng)承臺(tái)等幾個(gè)方面下手[2]。
在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面,除滿足規(guī)范對(duì)樁矩的要求外,宜根據(jù)地質(zhì)條件適當(dāng)增大樁矩,獨(dú)立承
臺(tái)當(dāng)樁數(shù)小于9根時(shí),樁間距宜大于3.5d(d為樁徑),當(dāng)樁數(shù)超過30根時(shí),樁間距宜大于4d。承臺(tái)下群樁平面布樁率宜控制在4%~5%.設(shè)計(jì)長(zhǎng)樁時(shí)確定合適的長(zhǎng)細(xì)比。采取有效的降水措施,將基坑周圍地下水位降至開挖面以下,增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性,防治流砂的發(fā)生,控制坑邊荷載,做好排水措施,減少雨水對(duì)土體的滲流作用;又ёo(hù)結(jié)構(gòu)在滿足基坑穩(wěn)定性及自身強(qiáng)度,剛度要求的前提下,設(shè)計(jì)應(yīng)考慮管樁位移因素。開挖施工采用分段分層開挖,控制一次開挖深度,盡可能緩慢釋放土體自重應(yīng)力,減少土體位移,防止樁體受擠壓而樁體偏位,影響工程質(zhì)量。
4 管樁斷樁的產(chǎn)生原因以及解決方法
4.1 管樁在打樁過程中很容易產(chǎn)生斷樁問題
管樁在打樁過程中很容易產(chǎn)生斷樁問題,主要有以下幾個(gè)方面:由于成樁范闈內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)孤石、硬夾層、基巖面坡度大等情況,容易產(chǎn)生管樁斷裂等情況;在靜壓法過程中,等到靜壓結(jié)束后,土體有一定的彈性變形,樁身會(huì)有一定程度的上浮到達(dá)一定程度,使得樁身破壞;錘擊樁身時(shí),未采用“重錘輕擊”,在樁端沒有采取保護(hù)措施樁頭露出過多,使得在基坑開挖時(shí),挖土機(jī)產(chǎn)生碰撞,在樁端產(chǎn)生水平力,使得樁受拉破壞等等。
4.2 斷樁檢測(cè)方法
樁一旦被打入土體之后,不可以直接檢查出樁身的質(zhì)量,一般只能通過專門的器械進(jìn)行測(cè)試,才能得出。一般根據(jù)反射波法曲線測(cè)試得到的曲線式樣進(jìn)行判斷。不同的破壞形式具有不同的特質(zhì):如果樁頭被鐵鉤弄斷,缺陷處為一個(gè)水平突變界面,其余結(jié)構(gòu)仍保持連續(xù),反射波比較單一:復(fù)壓或擠上效應(yīng)產(chǎn)生的斷裂,會(huì)在斷口處產(chǎn)生一定的水平位移。
4.3 斷樁的解決方案
1)采取復(fù)打方式,防止樁體在初打完后上浮,受拉斷裂;
2)在設(shè)計(jì)樁體打入方式時(shí),應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、樁的規(guī)格選擇適當(dāng)?shù)腻N重;
3)在樁頭部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采用樁帽保護(hù)樁頭,或者較軟的樁墊,來減少錘擊拉應(yīng)力;
4)在打樁中,一旦發(fā)現(xiàn)樁身傾斜,即停止施工,采取糾偏措施后繼續(xù)打樁;
5)在打樁過程中,速度不宣過快,不宜過慢,過快容易使得樁基受損,過慢容易使得樁周圍土體固結(jié),不易再次打入土體。因此在打樁過程中應(yīng)控制打樁速度:
6)在土體開挖時(shí),不宜過分?jǐn)噭?dòng)樁端土體,應(yīng)采取人工開挖;
7)一旦確定為斷樁后,需經(jīng)過有關(guān)設(shè)計(jì)部門重新進(jìn)行設(shè)計(jì)樁基,確定補(bǔ)樁數(shù)量以及補(bǔ)樁確切位置。
5 結(jié)語
隨著現(xiàn)在對(duì)于施工技術(shù)、安全性和經(jīng)濟(jì)性要求的提高,人們對(duì)于預(yù)應(yīng)力管樁的研究未曾停止腳步。不斷地在理論與實(shí)踐中間建立起適合現(xiàn)在施工技術(shù)的預(yù)應(yīng)力管樁體系。今后,預(yù)應(yīng)力管樁的使用前景依然很廣泛,它的研究仍需不斷繼續(xù)深入探討,在計(jì)算方面管樁與土體的共同作用,管內(nèi)土體的擠塞,都有深入研究的價(jià)值;在施工方面,徹底解決偏樁問題、斷樁問題、打樁機(jī)械的改進(jìn)、施工組織的優(yōu)化,都會(huì)引起后來者的注意。相信,預(yù)應(yīng)力管樁在日后的研究、施工中真正滿足設(shè)計(jì)使用的要求。
參考文獻(xiàn):
[1] 熊學(xué)玉.預(yù)應(yīng)力工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè).中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003
[2] 張忠苗, 喻君, 張廣興. PHC管樁和預(yù)制方樁受力性狀試驗(yàn)對(duì)比分析[J]. 巖土力學(xué), 2008,29(11).