混凝土管桩桩基施工关键技术研究
桩是一种垂直或微斜埋置于土中,横截面尺寸比其长度小得多的细长构件。桩与连接桩顶的承台组成深基础。本工程混凝土管桩桩基施工的总的施工原则是尽量先大后小、先深后浅、从中间向两边施打。结合本工程量大、工期紧、边设计边施工的特点,为了提高作业效率,长短桩要同时施打。由于设备基础桩出图较晚,所以在实际施工中我们采取了先施打主厂房柱基础桩,之后再施打地坪桩,设备基础桩和部分地坪桩同时施打的方法。
一、沉桩完好率控制
1.严格控制单节桩长度:打桩施工过程中,当桩端在较硬的土层内贯入量较小时,桩身中部即会产生较大的颤动现象,导致桩身损坏,实际施打中,我们同供方紧密联系严格控制单节桩长度在十米以内,施打时桩身比较平稳。
2.改进桩尖结构:本次施工中,设计院吸取了宝钢使用钢管桩的经验,对桩尖结构做了改进也是有好处的。桩尖结构以桩身同等直径的短钢管作为桩尖,在其端部外侧再增焊一管箍作为桩靴。这种结构对改善桩端在较硬土层中的贯入起到了相当大的作用,其工作机理就是因为桩尖略大于桩身,桩身在硬土层中贯入时,减少了桩侧的摩擦阻力。
3.增加桩身的壁厚:本次设计中,设计院将桩的壁厚从90mm增加至100mm,增强了桩的强度,增大了桩的受压面积,减少了施工中桩的损坏。
4.严格控制桩的垂直度:一是严格控制单节桩材的垂直度,避免桩身弯曲变形;二是严格控制桩入土时的垂直度,避免桩在锤击时偏心受压。桩身严重弯曲变形在运输、堆放和起吊时容易造成桩身断裂。桩入土时如不能严格控制垂直度,将会造成桩在土中形成拐点(折线)。施打时桩身容易在土中断裂。另外,桩身垂直度如不能得到严格控制,会造成桩入土后在深层碰桩。
5.经常检查、及时更换桩垫:做到一桩一垫,桩垫厚度大于100mm,材料用蜂窝纸,桩垫的作用可以降低桩的锤击应力,使打桩应力分布均匀,延长撞击时间以利于桩的贯入,传统上桩垫用木垫或纸垫,在本工程中的实践表明,纸垫的效果比木垫好,因为木垫易板结,失去缓冲作用。
6.合理安排打桩的顺序:打桩的顺序应为先里后外,从中间向两边施打,严禁打“封闭桩”以减小桩入土时的难度。
7.增加桩头强度:根据桩锤击应力的分布,在桩入土以后,桩顶端产生较大的锤击应力,从施打情况来看,最后一节桩桩顶容易破碎。故在桩顶端1m范围内加入钢纤维,从该工程的施工实践表明,加入钢纤维对抵抗桩顶锤击应力的破坏有明显的效果。
8.避免打桩作业长时间中断:一套桩从开始施打到结束施打,这一段时间里,最好避免长时间中断。因为随着时间的推移,桩周围的摩擦力就会恢复,这样打桩就会比较困难,实际上,在施工中,这种情况是经常发生的(如设备坏、桩打坏等),一旦遇到这种情况,一定要先用小档位施打,待桩周围的土松动后再根据情况慢慢加大档位。本工程采用CO2气体保护焊也是为了避免打桩作业长时间中断,因为用CO2气体保护焊每道焊口只需7～8分钟,而手工焊则需20～30分钟。
9.施打过程中达不到标高的桩的处理:根据地质报告,持力层分布极不均匀,高差达4m,所以部分桩在施打过程中达不到设计标高是很正常的。如强行施打至设计标高,必将造成桩在土中断裂。经设计院同意,制定了如下停锤标准:锤击数达2500击,贯入度达2mm,距设计标高2m以内。凡满足以上三个条件均可停止施打。
二、桩顶平面位移控制
1.严格控制小样桩定位的准确性:该工程中,我们放弃了大面积施放小样桩的做法,每次所施放的小样桩数量仅满足每台机组一天作业量为限。这就避免了由于打桩排土对小样桩挤压所造成的平面位移。同时,班组测量人员在沉桩之前还对小样桩进行复核,及时纠正小样桩的平面位移。打桩排土容易对已施打桩产生挤压,造成所施打桩产生平面位移,情况严重的还会挤断桩。对此,我们采取了跟踪观测的方法。如发现由于打桩排土挤压导致已施打桩平面位移加大,马上停止打桩作业或限制每天的打桩作业量。
2.沉桩过程中严格控制桩身的垂直度:沉桩时桩的垂直度如得不到严格控制,桩顶平面位移将会超过规范允许值。建筑桩基技术规范和地基基础设计规范中规定,桩位允许偏差为:边桩为1/3桩径,中间桩为1/2桩径。根据此规定,桩长为60m的桩(PHCΦ400AB)垂直度应严格控制在0.33%以内,才能保证桩顶平面位移不超过1/2的桩径。
三、拔送桩器
1.改进送桩器结构:传统送桩器结构如图1所示,送桩器头部台肩,由于土体反作用力F作用在台肩上,拔出时较困难。改进后的送桩器中图和右图所示。中图方案是在原有送桩器头部焊一圈弧形钢板起导向作用,减小拔出时土的阻力。两种方案的优缺点比较如下:中图只是在原有送桩器基础上略作改进,节省材料。右图方案是用与桩同直径的钢管制作而成,投入较大;拔送桩器时,右图方案缓冲垫会从送桩器脱落,增加了缓冲垫的消耗量,中图所示送桩器每4套桩只需一个缓冲垫,而右图所示送桩器每套桩就要用一个缓冲垫;右图方案送桩器拔出时的阻力较小。
2.增大设备能力:在施打设备基础桩时,我们投入了一台50t吊车配合拔送桩器。
只要严格控制桩材质量、严格按照操作规程施工,PHC混凝土长桩施工桩身完整性是能得到有效保证的;通过合理改进送桩器构造,超深送桩是可行的;通过使用复合桩、加强形变监测、调整施工速度,封闭桩施工能顺利进行。本工程中采取超长PHC混凝土管桩代替钢管桩方案是合理、经济且成功的。
参考文献:
[1]李浩军、王伟、李华杰,水下钻孔灌注桩事故实例及静压法处理方法分析[J].工程质量,2006,(09).
[2]张璐琰,预应力混凝土管桩在软土地基处理中的应用[J].建材技术与应用,2009,(01):24-25.
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