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施工技术 建筑建材装饰 80 静压 PHC 管桩穿越卵石层施工技术探讨 陈游锋 (福建华合现代建筑设计有限公司,福建厦门 361009) 摘要:静压 PHC 管桩具有单桩承载力高、桩身抗裂性好、施工简单等优点,是目前基础工程中应用最广泛的一种基础形式。本 文结合具体工程实例,以静压 PHC 管桩施工技术为背景,主要探讨了先引孔后压桩的施工技术和施工工艺的应用。 关键词:PHC 管桩;静压沉桩;引孔;长螺旋钻孔 中图分类号:TU753.3 文献标识码:A 文章编号:16743024(2016)118003 前言 在福建区域,PHC 管桩广泛运用在各大工业建筑和民用建 筑的桩基工程中。但是在福建区域,持力层以上常常存在厚薄 不均的卵石层,有的厚度达十几米且卵石层内存在一定厚度的 软弱夹层。由于传统的锤击法沉桩在市区已被限制使用,且如 果采用锤击法沉桩强行穿透卵石层, 易出现爆头、 爆桩等问题, 影响桩身质量和施工进度;而普通静压法沉桩往往难以完全穿 透较厚的卵石层,导致桩长过短,影响桩基稳定性。这种地质 情况在一定程度上限制了 PHC 管桩的应用。 与锤击法沉桩和单 纯的静压法沉桩相比,采用先引孔后压桩的方法可保证管桩穿 透卵石层后到达持力层,同时也能保证桩身质量和单桩承载力 满足设计要求,且压桩过程顺畅,节约工期。以下本文结合具 体工程探讨一下当遇到卵石层时, 先引孔后压桩的 PHC 管桩施 工技术和施工工艺。 1 工程概况 福州当地某一住宅项目, 总用地面积 21 万 2 m, 总建筑面 积约 89 万 2 m, 设单层地下室, 地下室建筑面积约 17 万 2 m, 地上 3338 层。该工程地质情况自上而下见表 1。通过对当地 现有桩基施工设备的调查,在分析研究地质条件、荷载及变形 的基础上,基础形式确定为静压 PHC 管桩,持力层选择 9-1、 9-2 或 10 层。桩停止沉桩的控制原则:要求以压桩力和标高双 控,桩端全截面进入持力层应不小于 1m,桩长约 2530m,施 工过程中应合理安排打桩顺序,减小挤土效应的影响。 表 1 地质情况 层号 土层名称 厚度(m) 层号 土层名称 厚度(m) 1 杂填土 0.45.6 7 残积粘性土 1.29.5 2 粉质粘土 0.47.1 8 全风化花岗岩 1.513.1 3 淤泥 0.65.4 9-1 散体状强风化花岗岩 最大 33.8 4 中砂 1.05.0 9-2 碎块状强风化花岗岩 最大 18.9 5 粉质粘土 0.86.5 10 中风化花岗岩 最大 19.3 6 碎卵石 0.216.8 其中碎卵石层:灰色、灰褐色,饱和,稍密中密,上 部局部呈松散状态,少量渐变为砾砂。该层以碎石、卵石为主, 含中砂及粘性土,上部碎石内卵石粒径一般为 24cm 左右, 呈稍密状态,向下逐渐增大,一般在 38cm 之间,最大可达 10cm,整体呈中密状态。 在试桩过程中,发现静压沉桩难以穿透较厚的碎卵石层, 需要考虑调整施工方案。 2 基础选型及引孔方案 结合本工程的特点以及地质勘探报告,本工程高层建筑部 分地勘报告建议采用冲(钻)孔灌注桩或 PHC 预应力管桩。冲 (钻)孔灌注桩优势在于穿透力强,稳定性好,单桩承载力高, 但施工工期偏长,造价偏高;PHC 预应力管桩相比冲(钻)孔 灌注桩,具有施工速度快,造价低,福州地区施工设备多,技 术成熟等优势,最终建设单位确定本工程采用静压 PHC 管桩。 采用管桩遇到的问题主要是场地土层中第层碎卵石层,该层 分布、厚度不均,较厚处静压管桩较难穿透,另外本层中存在 相对较软的粉质粘土、中砂、淤泥质土夹层,故不宜作为桩端 持力层。施工中拟先用长螺旋钻孔桩机引孔,然后再静压沉桩 的方法保证管桩穿透该碎卵石层。 2.1 静压 PHC 管桩作业特点 静压 PHC 管桩的具有很多优点,例如施工时无噪声、无振 动、无污染,工期短,适合市区作业;单位面积承载力高;施 工时桩身不产生动应力, 桩身应力均匀,减小了对桩的破坏力; 施工工序简单,工效高等等。但是静压 PHC 管桩也有一定的缺 点,例如设备笨重;单桩长度受限,导致接桩处薄弱;较难贯 穿较厚的坚硬土层,例如卵石层;存在挤土效应,当布桩密集 时,容易引起周围地面隆起,对邻近建筑环境和地下管线会产 生不良影响;对场地的地耐力要求高等等 1。 2.2 长螺旋钻孔干作业法特点 长螺旋钻干作业法是采用长螺旋钻孔桩机钻孔至设计标 高,利用混凝土泵将混凝土从钻头底压出,边压灌混凝土边提 升钻头直至成桩,然后利用专门振动装置将钢筋笼一次插入混 凝土桩体,形成钢筋混凝土灌注桩。与普通水下灌注桩施工工 艺相比,长螺旋钻孔压灌桩施工,由于不需要泥浆护壁,无泥 皮、无沉渣、无泥浆污染,施工速度快,造价较低。该技术对 地层适应性强,能够顺利穿透卵石层、强中风化岩石等较硬土 层,并能避免桩易偏斜、桩头破损。 2.3 引孔压桩法作业特点 在卵石层较厚,并存在软弱夹层的地质情况下,基础形式 想要采用静压 PHC 管桩,可以采用先引孔再压桩的施工方案。 先引孔能够把上部地层中的大部分岩土取出,减小了碎卵石对 桩端的阻力和周围土体对桩身的摩擦力,然后再静压沉桩,待 桩端进入持力层深度满足设计要求后,只需控制终压力值并复 压 23 次即可。引孔压桩法能有效解决静压 PHC 管桩难以穿 透坚硬土层的缺点,并减小挤土效应。 施工技术 建筑建材装饰 81 2.4 钻孔设备选型 本工程选用 MCZ26B 型步履式长螺旋钻孔桩机,该设备适 用于 CFG 工程桩、灌注桩、地下连续墙、预制桩引孔、软基加 固等各种基础工程。其主要技术参数为:回转角度180; 最大拔桩力为 300KN;动力头型号为 ZZSH480-60,动力头功率 为 255W,最大输出扭矩为 55KNm;最大钻孔直径为 mm600;最大钻孔深为 26m;整机重量为 52t。 3 施工工艺 3.1 引孔压桩法的施工工艺 其具体的工艺流程: 测量定位长螺旋钻孔桩机就位 钻进至设计深度提升钻杆转移钻机至下个桩位静 压桩机就位调平吊桩、喂桩、对准桩位校准垂直度 静压送桩接桩再送桩结束。 当长螺旋钻孔桩机就位时,应对司机室内悬挂的铅垂进行 检查,合格后方可进行施钻,检查内容包括:桩位对中、垂直 度、进尺位置对照线等,钻杆应对准桩位中心,不能发生位移 或倾斜。 当长螺旋钻进成孔时,需要注意三个方面的内容:一是要控 制钻孔的速度,应由慢到快,若发现钻杆摇晃或难钻时,应放缓 钻孔的速度以避免钻具损坏、桩孔偏移,并且钻进过程中,钻孔 不能发生偏差;二是钻进时,当达到控制深度时应立即停钻;三 是为了方便复核地质情况, 钻进时要记录好每米电流变化及突变 位置;四是合理控制提钻速度,避免发生塌孔影响引孔质量。 由于本工程地质条件相对复杂、工期紧,工作量大,引孔 工作应配合静压桩同步施工,尽量做到随引随压。总的施工部 署:安排调入 MCZ26B 型步履式长螺旋钻孔桩机 1 台,日计划 完成引孔 25 根/台,做到与总体施工进度计划相适应。 3.2 引孔压桩法质量控制要点 首先引孔的垂直度偏差不宜大于 0.5%, 引孔作业和压桩作 业应连续进行,间隔时间不宜大于 12h,在软土地基中不宜大 于 3h。 本工程桩基础采用 PHC-500-125-A 静压预应力管桩,要 求引孔直径不大于 400mm,引孔深度根据地勘报告的剖面图, 引孔至碎卵石层底以上约 46m 的深度。为了避免引孔后的塌 孔,对于土层中存在淤泥的勘探孔附近的桩位,引孔应随引随 压,其余区域中间间隔时间不宜超过 6h。 4 PHC 管桩穿越卵石层的其他施工方法介绍及 结合本工程实际情况的分析 4.1 降低竖向承载力特征值取值 对于卵石、中砂、花岗岩等地段,由于基岩面凹凸不平, 往往使桩端阻力作用点偏心,采用预制桩要对承载力折减,通过 降低承载取值,来减少桩端在岩面凸凹面接触应力及桩端阻力 作用点偏心引起的附加弯矩。为了增加桩的抗弯抗裂能力,采 用 AB 型 PHC 管桩。 由于本工程的楼栋基本是 3338 层的高层和超高层建筑, 38 层的超高层建筑基础设计采用桩筏基础,单桩设计承载力特 征值取值为 2400KN。例如一栋 38F 的楼栋,建筑面积 16200 2 m,桩数 172 根,桩中心距 2.02.2m,如图 1 所示。若 降低单桩竖向承载力特征值, 会导致桩距太密,挤土效应严重, 不易保证桩身质量。根据建筑桩基设计规范 (JGJ94-2008) 3.3.13.3.3 条,原设计的桩心距比较合理,对于预应力管桩施 工过程中难以避免的爆桩、 断桩等突发情况也留有补桩的空间。 另外根据地勘报告,土层中碎卵石层粒径较小,在 28cm 之 间,并不会产生较大的偏心,碎卵石层内存在软弱夹层,为保 证基础稳定性设计要求桩基必须穿透该层,减小压桩力更不利 于穿越该层。综合以上原因,决定不降低单桩竖向承载力特征 值取值。 图 1 桩基平面布置图(38F) 4.2 灌芯处理和改进桩尖 第一节管桩压入土中后应立即在管桩内腔底灌 1.52.0 米 高加微膨胀剂的石砼封底,当桩尖在压桩至岩面有损坏时,保 证桩身(桩端)能有足够的强度。 采用井字型桩尖,以便增加抓岩能力,减小桩尖遇斜岩时 偏斜。改进终桩标准:终桩压力值约为承载力特征值的 2 倍或 压力值突然增加(跳表), 以此压力值锁定油压表稳压几秒, 以桩 端能与岩面“零距离”接触为原则。 本工程桩端持力层为 9-2 碎块状强风化花岗岩,岩体坚硬 程度为软岩,完整程度为破碎,岩体基本质量等级为级,并 不属于非常坚硬的岩石,且碎卵石层卵石粒径不大,十字形桩 尖也能满足穿透部分卵石层的要求,股决定不采用以上两种方 案即可满足施工要求。 4.3 施工效果 本工程采用先引孔后压桩的施工方法,一是有效的解决了 静压 PHC 管桩施工难以穿透碎卵石层, 有效桩长和桩基稳定性 不足的问题,不仅保证了桩基施工质量,也节约了造价;二是 在合理安排施工顺序的情况下, 引孔后再压桩并不会延长工期, 而且经过引孔后, 压桩过程会更加顺利,反而能缩短压桩时间; 三是在一定程度上减少了挤土效应,减少了复压、爆桩等现象 的发生。 在桩基质量检查和验收过程中,选取主楼的一部分桩基进 行了单桩竖向抗压承载力试验,其中两根先引孔再压桩的管桩 的 Q-s 和 s-Lgt 曲线图如图 2 所示。可以看出沉降量在各级荷 载下没有明显的增大迹象,桩基承载力能够满足设计要求。 图 2 试验桩 Q-s 和 s-Lgt 曲线图 (下转第 112 页) 案例分析 建筑建材装饰 112 效、对照总体目标客观评价试验区低碳生态建设现状,对评估 结果分析主要原因。 在专项领域,重点对关系低碳生态实际成效的各个专项领 域予以综合分析。立足试验区特色,以“绿色光明”为核心, 对绿色空间、绿色交通、绿色市政、绿色建筑、产业发展等子 系统进行专项评估。 在重点片区层面,对于光明凤凰城片区这一近期战略地区 的低碳生态实践进行深入评估。 (3)对国家评估标准进行校核和反馈 住建部对绿色城区的考核指标体系在全国是一致的,并未 考虑到地区特色和差异性,在评估中也对指标的适用性和合理 性进行了分析和判断。 对于绿色城区考核指标体系,按照目前发展趋势光明新区 有四项指标难以达标,分析原因主要有两个方面: (1)新城建 设用地人口密度、 建成区毛容积率和路网密度合理、 街区长度, 这三项指标与光明新区以基本建成区为主有关,指标达标需与 城市更新相结合,并非一蹴而就; (2)可再生能源占比这一指 标,则主要与考核指标(20%)在南方地区偏高有关,国家层 面应针对不同地域出台差异化的考核指标。 可再生能源利用率目标横向比较 (注:香港数据为 2017 年和 2020 年) (4)提出系统推进策略建议 结合评估暴露的问题,从总体统筹、重点领域和重点片区 及重点项目三个方面提出系统推进试验区低碳生态建设的策略 和建议。同时,结合光明新区规划管理的特点,提出建立与低 碳生态相适应的规划管理措施建议。在规划管理方面,结合重 点片区和重点项目建设,围绕规划设计、建筑施工、交通、环 境保护、水资源利用、城市管理等重点领域,探索在规划许可、 土地出让等环节中加强低碳生态技术控制要求,完善从规划编 制到实施全过程的低碳生态城市建设管理机制。 3.4 难点和存在问题 (1)评估对象不明确 深圳市建设低碳生态示范市的一大特点是常态化、渐进性 发展,在试验区建设中低碳生态的理念贯彻在城市建设的方方 面面,包含了政策、规划、建设施工、建成运营等多个方面。 对于低碳生态试验区的建设评估是对建设成效的评估,其对象 也包含了政策、规划、建设施工、建成运营的各个方面,这就 意味着评估对象的模糊和不明确。在具体评估中,结合三层次 评估体系,采取在不同层面选取不同评估对象的方法。 (2)评估标准缺失 全国尚未建立低碳生态试验区建设评估的标准和评估体 系,也没有城市或地区开展过类似的低碳生态建设评估。在具 体评估中,一是采用住建部和深圳市部市共建国家低碳生态 示范市框架协议中的要求作为评估标准,包括示范项目建设 情况的评价和低碳生态常态化建设机制的评价;二是以住建部 绿色城区指标体系作为评估标准;三是建立适应本地区特色的 低碳生态指标体系,并以此作为评估标准。 (3)指标难获取 一方面,部分核心指标缺乏监测或统计,难以判断某些方 面城市低碳生态建设的趋势,如地区能源结构、能耗情况、本 地植物指数等。另一方面,由于数据统计口径不统一等问题, 部分指标难以用于评估或者直接影响评估结果,如职住平衡指 数等。 4 后续建议 4.1 动态评估机制建立 定期在试验区开展低碳生态建设评估,是不断发挥试验区 先行先试和示范引领作用、持续推进试验区建设的重要途径。 地区层面的评估主要通过自我检讨和定期评估及与其他地区的 经验交流与比较研究,找出实践以来的不足之处,并提出一系 列具有针对性的规划指导和政策措施,有效推动试验区各项建 设。 4.2 纵向管理体系的搭建 一是坚持从规划到实施全过程的低碳生态盖城市规划管理 与实施,完善相关机制,理顺并建立从诊断规划实施运 营评估的低碳生态全过程机制。二是在全面的定量评估上, 从机构整合、实施组织、监督管理多方面给出政策与建议,打 通从规划到建设过程中各关节和障碍,搭建从规划编制到实施 管理政策到运营监督全方位的纵向管理体系。 4.3 开展核心数据的监测 开展能耗、自然
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