從靜載試驗(yàn)談靜壓PHC管樁施工質(zhì)量控制-

1、文章編號(hào):1672-4348(200402-0211-04從靜載試驗(yàn)談靜壓PHC 管樁施工質(zhì)量控制孫雪峰(廈門市建筑科學(xué)研究院,福建廈門361004摘要:通過對(duì)靜壓PHC 管樁的靜載Q -s 曲線呈臺(tái)階狀之原因分析,提出了相應(yīng)的施工變量控制措施,以避免樁體上浮、樁節(jié)焊縫開裂處脫節(jié),樁體和樁端密實(shí)持力層脫密。關(guān)鍵詞:PHC 管樁;擠土效應(yīng);超靜孔隙水壓力;樁體上浮中圖分類號(hào):T U473.13文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AAnalysing the problems involved in the control of PHCconstruction quality based on static load t

2、estS UN Xue -feng(X iamen Institute of Architectural and Scientific Research ,X iamen 361004,China Abstract :PHC is a new pile type developed in the past tw o years.The load -settlement curve is m ore often step -shaped than other pile types.Based on the analysing of three typical cases ,constructio

3、n con 2trol methods are offered to decrease the problems during static piling.K eyw ords :prestressed high -strength concrete pipe pile ;extruding effect ;excess pore water pressure ;pile shaft floating up.近二三年,靜壓PHC 管樁以其優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)和可靠的樁身質(zhì)量逐漸占有了廈門地區(qū)大部分的樁基市場(chǎng),但PHC 管樁屬于擠土樁,沉樁過程中的擠土效應(yīng)也引起一系列的工程問題,如樁距過密可能引起

4、場(chǎng)地周邊的道路、管線、房屋等開裂,地基土上浮引起樁體上浮等問題13。從靜載試樁情況看,目前廈門地區(qū)的靜壓PHC 管樁的Q -s 曲線呈臺(tái)階狀的所占比例較大,這在其它樁型較少發(fā)現(xiàn)。本文希望通過對(duì)這種Q -s 曲線的形成原因分析,提出相應(yīng)的施工質(zhì)量控制方法,以確保靜壓PHC 管樁的施工質(zhì)量。1試樁實(shí)例1.1試樁實(shí)例1某工程PHC 管樁,樁徑為400mm ,樁長(zhǎng)9.0m ,單節(jié)樁,其靜載試驗(yàn)Q -s 曲線及相應(yīng)的地質(zhì)剖面如圖1、圖2 。圖1試樁實(shí)例1Q -s 曲線Fig.1Q -s curve of the testing pile in C ase 1該試樁荷載達(dá)到430kN 時(shí)曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn),

5、430645kN 之間曲線陡降,沉降量驟增,645kN收稿日期:2004-01-04作者簡(jiǎn)介:孫雪峰(1971-,男(漢,天津薊縣人,工程師,工程碩士,主要從事巖土工程檢測(cè)工作.第2卷第2期福建工程學(xué)院學(xué)報(bào)V ol.2N o.22004年6月Journal of Fujian University of T echnologyJun.2004 圖2試樁實(shí)例1地質(zhì)剖面圖F ig.2T h e geo logical cross 2sectio n o f th e testing pile in C ase 1之后沉降增量減小,曲線趨于平緩,該平緩段和正常基樁Q -s 曲線不同,稍稍上翹。1.2

6、試樁實(shí)例2某工程PH C 管樁,樁徑為500m m ,樁長(zhǎng)28.0m ,其靜載試驗(yàn)Q -s 曲線及相應(yīng)的地質(zhì)剖面如圖3、圖4 。圖3試樁實(shí)例2Q -s 曲線Fig.3Q -s curve of the testing pile in C ase 2圖4試樁實(shí)例2地質(zhì)剖面圖F ig.4T h e geo logical cross 2sectio n o f th e testing pile in C ase 2該試樁荷載達(dá)到1980kN 時(shí)曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn),19802310kN 之間曲線陡降,沉降量驟增,2310kN 之后沉降增量減小,曲線趨于平緩。1.3試樁實(shí)例3某工程PHC 管樁,樁徑為

7、400mm ,配樁長(zhǎng)度28.0m (8.0m +8.0m +12.0m ,其靜載試驗(yàn)Q -s 曲線及相應(yīng)的地質(zhì)剖面如圖5、圖6 。圖5試樁實(shí)例3Q -s 曲線Fig.5Q -s curve of the testing pile in C ase 3圖6試樁實(shí)例3地質(zhì)剖面圖F ig.6T h e geo logical cross 2sectio n o f th e testing pile in C ase 3該試樁荷載達(dá)到340kN 時(shí)曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn),340510kN 之間曲線陡降,沉降量驟增,510kN 之后沉降增量減小,曲線趨于平緩。2試樁實(shí)例分析以上3個(gè)試樁實(shí)例的共同特點(diǎn)是Q -

8、s 曲線呈臺(tái)階狀。從曲線上看,應(yīng)該為樁身或樁端某個(gè)位置存在一定間隙,荷載克服了某一段樁身的側(cè)阻力后,樁身發(fā)生大的沉降變化,間隙被壓密,樁212福建工程學(xué)院學(xué)報(bào)第2卷端承載力才發(fā)揮作用。試樁實(shí)例1是一特例,為單節(jié)樁,不存在接頭問題。參考地勘報(bào)告計(jì)算其極限側(cè)阻力約為470kN,與Q-s曲線第一拐點(diǎn)430kN較為接近。因此可以認(rèn)為在430kN時(shí)樁身側(cè)阻力得到了充分的發(fā)揮,該樁主要是樁端持力層問題,即樁端與密實(shí)持力層之間有一定厚度的軟弱層或虛土,當(dāng)樁側(cè)阻發(fā)揮至極限時(shí),樁端虛土經(jīng)過大沉降量被壓實(shí),樁端承載力才發(fā)揮出來。試樁實(shí)例2為多節(jié)樁,參考地勘報(bào)告計(jì)算其極限側(cè)阻力約為1960kN,與Q-s曲線第一拐點(diǎn)

9、1980kN較為接近。因此可以認(rèn)為在1980kN時(shí)樁身側(cè)阻力得到了充分的發(fā)揮,該樁和試樁實(shí)例1一樣也為樁端持力層問題。試樁實(shí)例3為多節(jié)樁,參考地勘報(bào)告計(jì)算極限側(cè)阻力約為1400kN,從地面起第一節(jié)樁的極限側(cè)阻力約為300kN,和Q-s曲線第一拐點(diǎn)340kN 較為接近,因此可以認(rèn)為在340kN時(shí)只有第一節(jié)樁的側(cè)阻力得到了充分的發(fā)揮,該樁主要是第一節(jié)樁接頭問題,即樁節(jié)在接頭處脫開,在第一節(jié)樁極限側(cè)阻力充分發(fā)揮后,接頭處兩樁節(jié)間隙在壓力下閉合,之后樁全長(zhǎng)度發(fā)揮側(cè)阻力和端阻力。從靜載試驗(yàn)后的低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)對(duì)上述分析也提供了佐證:試樁實(shí)例1樁底反映明顯,樁身無明顯缺陷;試樁實(shí)例2樁身無明顯缺陷;試樁實(shí)例

10、3顯示,在第一節(jié)樁接樁部位即12m處有明顯缺陷反應(yīng)。許多人見到Q-s曲線呈臺(tái)階狀就認(rèn)為是樁身接頭問題,靜載試驗(yàn)后低應(yīng)變動(dòng)測(cè)反應(yīng)不出接頭問題,是因?yàn)樵陟o載試驗(yàn)過程中接頭被壓密對(duì)接起來。事實(shí)上接頭處間隙會(huì)由軟弱土填充,即使再壓密實(shí)對(duì)低應(yīng)變動(dòng)測(cè)來說也都是界面的反應(yīng)。因此靜載試驗(yàn)后進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)測(cè)不會(huì)影響動(dòng)測(cè)結(jié)果。PHC管樁基礎(chǔ)引起樁端與密實(shí)持力層之間或樁節(jié)接頭處存在一定的間隙,不管是持力層問題還是接頭問題,終究可以歸結(jié)為樁身上浮問題。3Q-s曲線異常原因分析廈門地區(qū)對(duì)沉樁效應(yīng)起決定作用的土層主要為飽和粘土層,因此主要分析飽和粘土對(duì)靜壓沉樁的影響。PHC管樁屬于擠土樁,在靜壓沉樁過程中,樁尖刺入土體使土

11、產(chǎn)生沖剪破壞,樁身周圍土體發(fā)生直接剪切破壞?？紫端跊_剪擠壓作用下,形成了不均勻水頭。由于飽和粘土滲透性差,其瞬時(shí)排水固結(jié)效應(yīng)不明顯,因此土體內(nèi)形成了巨大的超靜孔隙水壓力。飽和粘土具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性,在很大的超靜孔隙水壓力作用下土體結(jié)構(gòu)受到破壞,有效應(yīng)力降低,樁周及樁端一定范圍內(nèi)土體的抗剪強(qiáng)度大幅度降低?？辜魪?qiáng)度的降低減小了沉樁阻力,因而能將樁沉入較深的地基土層中。這是超靜孔壓在沉樁過程中對(duì)沉樁的貢獻(xiàn)。同時(shí)由于飽和粘土中的超靜孔隙水壓力消散緩慢,有效應(yīng)力降低,土體發(fā)生隆起和側(cè)向位移,連帶樁體產(chǎn)生上浮和水平位移,也即“抬樁”現(xiàn)象。另一個(gè)樁體上浮的原因是達(dá)到終壓力時(shí)穩(wěn)壓時(shí)間較短,樁周及樁端的土體結(jié)構(gòu)

12、未被充分破壞,土體未發(fā)生充分重塑,因而卸載后回彈量較大,樁體上浮。樁體上浮使得樁體與密實(shí)持力層之間形成間隙,間隙被軟土或虛土所填充。上部土體上浮位移大于下部土體上浮位移,因而當(dāng)管樁接頭焊縫開裂時(shí)上段樁體上浮位移大于下段樁體上浮位移,接頭處也會(huì)脫開一定的間隙。靜載試驗(yàn)時(shí),間隙以上的樁側(cè)阻力先發(fā)揮,待側(cè)阻力充分發(fā)揮后必然引起沉降量驟增。當(dāng)間隙處的軟土或虛土被壓密實(shí)后其端阻力才得到發(fā)揮,樁的支承條件才發(fā)生改變。因而靜載試驗(yàn)的Q-s曲線呈臺(tái)階狀。試樁實(shí)例1工程的其它基樁配樁長(zhǎng)度基本都在20m以上,該樁恰巧落在孤石上,其它基樁的施工引起地基土體上抬,連帶該樁上浮,造成樁端與孤石的脫節(jié)。由于間隙較小,樁端

13、與孤石間的軟土或虛土被很快壓密及側(cè)向擠出,因而端承力很快發(fā)揮,陡降之后的Q-s曲線呈上翹的趨勢(shì)。試樁實(shí)例2主要為后施工的基樁引起地基土體上抬,連帶該樁上浮,造成樁端與密實(shí)持力層之間產(chǎn)生一定間隙。試樁實(shí)例3質(zhì)量問題為樁接頭處焊縫開裂,主要有兩個(gè)原因:下節(jié)樁垂直度不符合要求,上節(jié)樁在接樁時(shí)作了相應(yīng)的調(diào)整,使得焊縫不均,在沉樁過程中因應(yīng)力集中造成焊縫開裂;電焊焊縫飽滿,但由于趕時(shí)間,未經(jīng)自然冷卻就立即施壓,造成接頭處遇地下水開裂。4相應(yīng)施工質(zhì)量控制措施綜合以上分析,靜載試驗(yàn)Q-s曲線呈臺(tái)階狀的主要問題是樁接頭處或樁端與密實(shí)持力層之間存在間隙,其根本原因是飽和粘土中超靜孔壓不312第2期孫雪峰從靜載試

14、驗(yàn)談靜壓PHC管樁施工質(zhì)量控制易消散導(dǎo)致地基土體上浮連帶樁體上浮,因此施工過程中應(yīng)從減少間隙及超靜孔壓角度來解決問題4。4.1樁接頭處施工質(zhì)量控制措施1應(yīng)嚴(yán)格控制第一節(jié)樁入土?xí)r的垂直度,垂直度偏差應(yīng)小于0.5%。2電焊焊縫飽滿,焊接完畢后應(yīng)自然冷卻一定時(shí)間,一般二氧化碳保護(hù)焊不少于5min,普通電弧焊不少于8min。4.2減少樁端與密實(shí)持力層間隙的施工措施1在達(dá)到終壓力時(shí),應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)某趾杉皬?fù)壓。持荷時(shí)產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力會(huì)進(jìn)一步使得土體的結(jié)構(gòu)性破壞及損傷,使土體強(qiáng)度降低并發(fā)生重塑,這樣可以減小在卸荷時(shí)樁身的回彈量。再次復(fù)壓會(huì)鞏固持荷時(shí)取得的效果。從這一意義上講,持荷比超壓沉樁更合理。2加大樁

15、間距,或加大樁徑以減少基樁總數(shù),降低超靜孔隙水壓力,從而減少土體上浮。3制定合理的沉樁順序,應(yīng)遵循由內(nèi)及外、由近及遠(yuǎn)、先長(zhǎng)后短、先大后小等沉樁原則。4控制施工進(jìn)度,后續(xù)沉樁應(yīng)保證前期沉樁有一定的超靜孔壓消散時(shí)間,必要時(shí)可進(jìn)行孔壓監(jiān)測(cè)。5土體上浮作用及側(cè)向擠壓作用明顯時(shí),可布置防擠溝和應(yīng)力釋放孔,以減少土體上浮和側(cè)向擠壓。6采用預(yù)鉆孔方式輔助沉樁,降低擠土效應(yīng)。7對(duì)工程樁上浮進(jìn)行監(jiān)測(cè),尤其對(duì)于先施工的樁及短樁,上浮嚴(yán)重的應(yīng)進(jìn)行復(fù)壓。5結(jié)語廈門地區(qū)靜壓PHC管樁部分靜載試驗(yàn)Q-s 曲線呈臺(tái)階狀這一特殊現(xiàn)象在以往的沉管灌注樁、人工挖孔樁、大直徑沉管灌注樁、深層攪拌樁、沖鉆孔灌注樁中還是較少遇到,其根本原因是:靜壓樁屬于擠土樁,沉樁過程在飽和粘土中產(chǎn)生了巨大的超靜孔壓,引起有效應(yīng)力降低,地基土體上浮,從而連帶樁體上浮,引起樁節(jié)焊縫開裂處脫節(jié)、樁體和樁端密實(shí)持力層脫離。靜載Q-s曲線呈臺(tái)階狀是脫離處間隙被荷載壓密后樁端承載力才得以發(fā)揮的結(jié)果。樁體上浮會(huì)引起過大的沉降量和不均勻沉降。因此,應(yīng)在施工過程中對(duì)每個(gè)施工環(huán)節(jié)