浅谈静压预应力管桩引孔施工.doc

精品文档浅谈静压预应力管桩引孔施工浅谈静压预应力管桩引孔施工 摘要：随着我国建筑业的发展以及静压预应力管桩的经济、高效、施工简单、低噪声、低污染等特点，其在工业、民用建筑基础中应用越来越广泛。但由于地质状况复杂多样，对于桩难以穿透土层时，静压沉桩很难满足设计要求，目前国内普遍采用引孔措施来解决这一问题，本文结合实际工程案例，重点阐述引孔措施在静压桩施工中应用的一些施工经验。 关键词：预应力管桩静压桩机引孔深度静载实验单桩承载力 中图分类号：TU378.1 文献标识码： A 1 预应力管桩引孔工艺 近年来，随着混凝土预应力管桩（PHC）的不断推广，城市建设中采用预应力管桩基础的工程越来越多。而在管桩施工中常常会碰到沉桩的压力超过管桩本身的设计极限承载力，但桩尖尚未达到设计标高的现象；或是在有浅层淤泥质土层中施工管桩时，淤泥质土层中的水平挤土效应对工地周边的建筑物、构筑物产生水平挤力，造成周围房屋、道路开裂及下水道等移位等问题。这时就需要采用桩基引孔技术措施来处理。 桩基引孔，即在桩基原位预钻孔，是在桩位原位对浅层土进行钻孔取土，引孔直径小于桩身直径，减少施工阶段桩身上部对浅层土的挤密效应，降低施工难度，使既定的施工机械能达到设计对沉桩标高的要求。 2 工程概况 佳能珠海高新区分工场新建工程位于珠海市金鼎高新区，包括工厂栋、工具栋、动力栋、等单体建筑，总建筑面积160913.23，占地面积145214.02，桩基采用PHC400预应力混凝土管桩，共2663根。考虑到工地临近村庄，为响应绿色、和谐施工，该项目的预应力管桩需采用静压沉桩方式。初步设计桩端入强风化层0.5m，PHC400AB管桩单桩承载力特征值按1350KN考虑，如桩端不能入强风化层，桩承载力按试桩静载试验确定。 根据岩土工程勘察报告，该工程场地自上而下主要由人工填土（Qml）层、冲击土（Qnl）层、残积土（Qel）层和燕山期浸入花岗岩层构成，场地地下水离地表0.2m1.9m。场地地基土工程特性评价如下： 代号的地层为残积土（Qel）层，以砂质粘性土为主，局部砾质粘性土，场区内遍布，厚度2.409.70米，平均厚度4.83米。该土层含水量W=28.3%，空隙比e=0.883，压缩模量2=0.452Mpa-1，标贯击数N=21.5击，修正后标贯击数N=17.6击，呈饱和很湿，可硬塑状态，属中等地基土，不可作基础持力层。 代号1的地层为全风化状的花岗岩，岩芯呈坚硬土状，该层场区内遍布，厚度变化大，层厚2.609.00米，平均厚度5.10米。层顶深度变化为7.5016.50米。该土层含水量W=22%，空隙比e=0.741，压缩模量2=0.392Mpa-1，标贯击数N=41.7击，修正后标贯击数N=31.4击，呈坚硬状，属中等偏低压缩性地基土。 代号2的地层为强风化状的花岗岩，岩芯呈半岩半土状。该层场区内遍布，层厚2.807.80米，平均厚度5.24米。层顶深度变化为13.6022.60米，平均16.17米。标贯击数N=72.5击，修正后标贯击数N=51.8击。 地勘报告显示该工程场地复杂、特殊，持力层标高变化很大，依据本场地地质状况，有静压桩难以穿透土层，如果采用静压沉桩方式施工，则需辅以引孔措施，否则桩端不能进入持力层。 3 引孔方式确定 3.1引孔方案 引孔方式有潜孔锤引孔和螺旋钻引孔两种，如采用潜孔锤引孔，孔直径为450mm，引孔深度穿透全风化层入强风化层0.5m，桩四周缝隙采用注浆处理，单桩承载力特征值1350KN；采用长螺旋钻引孔，孔直径为380mm，引孔深度初步考虑入全风层1.5m，引孔深度和单桩承载力特征值现场试验确定。 3.2两种引孔方式桩基施工经济效益比较 根据地勘报告和桩位图，初步测算地面至强风层0.5m处平均厚度约19.7m， 地面至全风面层土层平均厚度约13.5m；初步测算潜孔锤引孔长度大约 19.7m，桩长大约 19.7 m；长螺旋钻引孔长度大约14.6 m，桩长大约 15.1m。 桩的承载力按1350KN设计，桩端持力层为强风化层，场地桩总根数为PHC400管桩共1950根左右；如果桩端持力层为全风化层，桩的承载力可能降低，按桩的根数增加30%考虑，共计桩根数为2535根考虑。成本比较如下： 潜孔锤引孔及桩周边缝隙注浆单价：220元/m 长螺旋引孔单价：65元/m PHC400AB管桩单价：205元/m 潜孔锤引孔桩基施工成本：195019.7(220+205)=16,326,375元 长螺旋引孔桩基施工成本：2535(15.1205+14.665)=10,252,808元 长螺旋钻引孔桩基施工成本比潜孔锤引孔桩基施工成本节约6，073，567元 通过以上分析比较，本工程沉桩方式选择长螺旋钻引孔静压桩沉桩。 4 试桩施工 通过召开多次技术研讨会，试桩位置选择在残积土（Qel）层较厚，全风化层离地表浅的地勘孔，试桩位置离地勘孔1.0m对称布置，单桩承载力特征值初步按1350KN考虑，压桩终压值按3200KN复压三次施工，场地地下水离地表0.2m1.9m桩尖采用开口桩尖，引孔孔径为380mm，引孔深度离全风化面层1.5m左右，具体引孔深度和单桩承载力特征值试桩结果确定。静压桩机选择YZY600型静力式压桩机，压桩机功率132KW，最大压力6000KN；螺旋钻机选用CFG长螺旋钻机，功率110KW，最大引孔深度24m。 该工程共进行了11根试桩施工，试桩完成后，对其中3根管桩分别进行了单桩竖向抗压静载试验，分别为地勘孔ZK193试桩1#桩，地勘孔ZK259试桩1#桩，地勘孔ZK283试桩1#桩。检测桩的有关设计施工参数具体见表1 表1 检测桩的有关设计施工参数（静压桩） 检测 桩号 试桩 编号 桩径 (mm) 引孔 深度 （m） 桩入土 深度 （m） 设计抗压承载力特值（kN） 配桩情况 下+上 （m） 接桩 方法 终止 压力 （kN） 送桩 深度 （m） 1# ZK193 1# 400 7.0 13.70 1350 10+5 焊接 3200 0 2# ZK259 1# 400 7.0 9.00 1350 9 焊接 3200 0 3# ZK283 1# 400 6.0 10.90 1350 10 焊接 3200 0.9 按照设计要求最大试验荷载为2700kN（单桩设计承载力特征值的2倍），检测桩试验荷载和沉降数据，见检测结果表2。 表2 试验结果汇总表 检测 桩号 试桩 编号 试验 最大荷载 （kn） 最大 沉降量 （mm） 残余 沉降量 （mm） 回弹率 （%） 抗压承载力特征值对应沉降量（mm） 极限抗压承载力（kn） 1# ZK193 1# 2700 13.81 4.27 69.1 6.13 2700 2# ZK259 1# 2700 11.08 3.11 71.9 4.56 2700 3# ZK283 1# 1890 61.74 / / / 1620 注：试验标高约在自然地面下1米处 1#、2#桩在最大试验荷载2700kN作用下，压力均稳定，各桩桩顶总沉降量分别为：13.81mm、11.08mm，沉降量在规范允许范围，Q-s曲线平缓、无陡降段，此2根桩的单桩竖向抗压极限承载力为2700kN。 以下是1#、2#两根检测桩单桩竖向抗压静载试验荷载与沉降关系曲线： 1#检测桩2#检测桩 3#检测桩在试验荷载1620kN作用下，压力稳定，桩顶沉降量累计为10.83mm，在荷载加至下一级1890kN过程中，沉降量急剧增大，压力无法稳定，历时45分钟，桩顶沉降量累积为61.74mm，沉降量超出规范允许范围，终止加载。Q-s曲线呈陡降型特征，有明显陡降段，该桩单桩竖向抗压极限承载力即=1620kN，不满足设计要求。 以下是3#检测桩单桩竖向抗压静载试验荷载与沉降关系曲线： 3#检测桩 5 试桩总结 通过试桩数据及静载试验报告，总结如下： 若本场地不引孔，静压桩不能穿透残积土（Qel），所以必须引孔施工。 场地地下水离地表0.2m1.9m，因此桩尖宜采用开口桩尖。 引孔深度进入全风化层1.5m，若静压桩压桩深度不能超过引孔深度，则该引孔方式不成功。原因为全风化岩层土层侧阻力大，压桩过程中孔壁土体掉落及孔底沉渣、地下水的影响导致静压桩深度不能超过引孔深度，桩的设计承载力由于孔底水、土的存在而形成土塞效应，桩端水土压力的消散将会导致桩身受荷后沉降过大而达不到承载力的设计要求。 引孔深度离全风化面层12m，静压桩全部进入全风化层，压桩深度超过引孔深度，则该引孔沉桩方式成功，桩基正式施工时按引孔深度离全风化层12m控制。 当桩静载试验结果出现异常，但压桩过程中监理、业主、设计、地勘、施工单位对压桩全过程监控，不存在施工质量问题，压桩压力值是特征值的2.37倍，同地勘报告结论场地复杂吻合，则全风化层可作为桩的持力层，单桩承载力特征值可按810KN考虑。 单栋建筑物占地面积大，场地复杂特殊地质条件，根据试桩结果及业主意见，确定的单桩承载力特征值按810KN设计。 6 引孔及静压桩施工注意事项 孔位放线应精确，反复校核各桩位点，钻机钻杆应垂直，垂直度0.5%，确保引孔的垂直度偏差0.5% 引孔作业和压桩作业应连续进行，间歇时间不得超过4小时。在应用桩基引孔技术后，工程桩沉桩的速率也应进行控制，以免沉桩过快导致桩尖的阻力超高，降低桩基引孔的效果。 引孔机施钻引孔过程中，必须根据桩顶标高和工程地质资料，准确控制好引孔深度，同时不得超钻而穿透桩端持力层。观察取土土壤的状况和色泽，分辨土质、测量引孔深度是否达到要求 压桩施工前，桩的长度配置必须同时考虑桩的引孔深度和工程地质资料反映的桩端持力层深度，合理的配置桩长。 终压成桩时，当油压值达到终压值3200kN后，复压3次，每次为510s，在复压时设专人测量没降量，当累计沉降量不大于10mm时，即可成桩，否则，继续复压，直到满足沉降量要求为止 施工完成的引孔，应用木板遮盖，防止坠落。 由于静压桩机功率132KW，CFG长螺旋钻机功率110KW，用电量大，临时变压器及临时电缆应根据桩机及螺旋钻机数量合理设置，否则无法满足施工。 7 桩基施工及检测结果 我司按照试桩总结全面组织施工，YZY600型静力式压桩机配备5台，CFG长螺旋钻机配备5台，2012年3月22日开始施工，2012年4月24日结束，共施工管桩2663根，桩的有效长度6.0m24m，桩入土深度为7.7m24.5m，桩长变化很大，整个场地断桩12根。 桩身完整性检测1246根，其中类桩1094根，类桩152根，类桩占检测总数的87.8%，类桩占检测总数的12.2%。 静载力试验检测31根桩，试验桩入土深度为7.7m20.4m，最大试验荷载1620KN，桩顶沉降量大部分为2.17mm10.82mm，仅一根桩入土深度7.7m沉降量为31.6mm，沉降量在规范允许范围，Q-S曲线平缓，无陡降段，S-1gt曲线呈平缓规则排列，此31根桩的单桩竖向抗压极限承载力均为Qu1620KN。 该项目在实施引孔技术后，减小了桩尖穿透地表硬壳层的阻力，提高了施工效率，同时保证桩身完整和管桩设计承载力的要求。 8 结束语 对于场地复杂特殊地质条件的场地，静压桩有难以穿透土层时，可通过先引孔后压桩施工措施解决，压桩深度需超过引孔深度，PHC管桩桩端需进入持力层；当单栋建筑物占地面积大，静压桩入土深度较浅时，由于桩长较短，单