樁尖在大厚度砂層靜壓法施工中的應(yīng)用

樁尖在大厚度砂層靜壓法施工中的應(yīng)用錢家飛（揚(yáng)州市樁基有限公司，江蘇揚(yáng)州225000）摘要:在預(yù)應(yīng)力管樁施工過程中，遇到需穿越厚度平均厚度16.09m的密實(shí)砂土層時，在既滿足設(shè)計要求，又不影響周邊居民正常生活的情況下，采用樁端增設(shè)樁尖的方法進(jìn)行樁徑500mm，樁長為43m的管樁靜壓法施工。關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力管樁砂層靜力壓樁樁尖1、工程概況揚(yáng)州市環(huán)洲船用材料有限公司船舶裝備-軸舵系項(xiàng)目建筑面積19444m2，結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)單層廠房，共5跨，最大跨度33m，檐口高度24m。地基基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。因廠方高跨采用200t的行車吊，使用荷載較大且地基土層分布特殊，選⑥層粉砂層為持力層，設(shè)計樁徑為500mm，樁長43m局部44米。低跨和圍護(hù)為400mm，樁長24m、26m、30m不等，選④層粉砂層為持力層。2、地質(zhì)條件整個場地各土層厚度分布①、②、⑤、⑥土層分布較均勻，③土層為由南至北層厚減小，④土層為由南至北層厚增大。土層物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)如表1所示。土層平均厚度/m重度/(kN/m3))孔隙比壓縮模量/Mpaa承載力/kPa土的狀態(tài)①填土1.5518.40.8694.850可塑、較松散②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土12.4817.21.1693.950流塑③粉砂夾粉土8.9917.90.9139.7150中密、局部稍密④粉砂16.0917.90.87711.5180中密⑤粉砂夾粉土1.9817.41.0207.090稍密、局部中密⑥粉砂未鉆穿18.10.85413.9200密實(shí)、局部中密表1土層物理力學(xué)指標(biāo)等參數(shù)圖1典型地質(zhì)剖面圖3、工程施工難點(diǎn)3.1、設(shè)計要求單樁極限承載力要求達(dá)3518kN，根據(jù)本地區(qū)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，最終壓樁力為單樁極限承載力的1.3～1.6倍。而設(shè)計樁型為PHC500AB100,樁身材料允許極限為4678KN。3.2、500mm設(shè)計樁長為43m，局部44m。需穿越平均厚16.09m，度最大厚度達(dá)23.10m厚的④層粉砂土層，施工難度較大。4、機(jī)械選型④粉砂層平均厚度約16.09m標(biāo)貫擊數(shù)N為17.9擊屬中密狀態(tài)，單橋靜力觸探錐頭阻力平均值為9.19MPa，這樣的土層通常作為較好的樁端持力層，因該廠房采用200t吊車，對沉降要求高，設(shè)計要求穿過④粉砂和⑤粉砂夾粉土層，選第⑥粉砂層作為持力層。預(yù)應(yīng)力管樁的施工方法可采用錘擊樁法和靜力壓樁法，在樁的承載力較大且土層較密實(shí)時常采用錘擊樁法進(jìn)行樁基施工。經(jīng)過專題討論后一致認(rèn)為：錘擊樁機(jī)施工振動和噪聲對周邊居民影響較大，不能采用錘擊樁法施工，采用靜力壓樁法施工。5、試樁施工正式壓樁施工開始前，按照預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)施工規(guī)范和設(shè)計要求，根據(jù)地質(zhì)資料選擇了三根壓樁難度較大的樁位進(jìn)行工藝性試壓樁，以確定樁基施工的參數(shù)。結(jié)果當(dāng)樁長達(dá)到35～37m時，樁端已進(jìn)入④層粉砂約15.5m，樁的終壓力值已達(dá)到4854KN，且樁身局部出現(xiàn)裂紋、破損，無法繼續(xù)下壓穿越此層。6、方案比選經(jīng)各方協(xié)商并結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗(yàn)可采用如下幾套方案：增大壁厚調(diào)整樁型、引孔法、樁尖法。（1）增大壁厚調(diào)整樁型。預(yù)應(yīng)力空心管樁在沉樁過程中,樁端土受擠壓后有一部分進(jìn)入管樁內(nèi),隨著沉樁的繼續(xù)深入,涌入管樁內(nèi)的土芯不斷增高,當(dāng)?shù)竭_(dá)一定高度后,由于管樁內(nèi)壁與土芯間的摩阻力作用,產(chǎn)生封閉效應(yīng),即形成了土塞。土塞提供的端阻力取決于土塞高度的增長率，當(dāng)土塞高度的增長率較小時，土塞提供的端阻力接近甚至大于平均端阻力。增大壁厚能提高樁身的極限承載力，但由于壁厚加厚，管樁內(nèi)徑變小，土塞效應(yīng)增大[2]，其遇到的樁端阻力較原樁型也越大。同時不能完全確保增大壁厚調(diào)整樁型后能穿越④層粉砂土層，沉樁至設(shè)計標(biāo)高，且樁基材料費(fèi)用要大量增加，PHC500(125)價格比本工程選用的PHC500(100)要多約35.0元/米。（2）引孔法即用鉆機(jī)在樁位上預(yù)鉆一小于設(shè)計樁徑的土孔，鉆穿沉樁過程中不易穿透的土層，并取出部分土壤形成孔洞。此法以減少預(yù)應(yīng)力管樁沉樁過程中的的擠土效應(yīng)，從而減小樁身側(cè)壁的摩擦阻力。因本工程土層分布局限，④層土埋深較深，平均埋深24.5m，若鉆穿④層土需引孔達(dá)40m。由于引孔深度過深，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度考慮此法實(shí)施可能性較小，另沿江漫灘地下水位較高，容易造成孔壁坍塌，導(dǎo)致土孔再次密實(shí)，樁機(jī)達(dá)不到預(yù)期效果，且對施工周期影響較大。（3）樁尖法顧名思義此方案為在樁端放置樁尖，增加樁施打時對土層的穿透能力。樁尖的存在改變了土中應(yīng)力場的分布，在樁尖下小范圍土體中引起豎向應(yīng)力、剪應(yīng)力和徑向應(yīng)力集中，使其下土體更易進(jìn)入塑性和側(cè)向擠出，且土質(zhì)越好，樁尖的作用越明顯[3]?？紤]到在試樁施工中，未穿透④層粉砂土層厚度約為3.5米，僅為④層粉砂土最大厚度的15%，施工時在預(yù)應(yīng)力管樁樁端增加樁尖后，可用樁尖破土，減少樁端土層對樁在徑向上的阻力，提高樁對砂土的穿透能力。為減小沉樁阻力，方便壓樁，工程中也經(jīng)常采用開口型樁尖。考慮本工程管樁在穿越④層粉砂土層時，極易出現(xiàn)土塞高度增長率較小的情況，所以優(yōu)先選用閉口型樁尖。本工程采用尖底十字型閉口樁尖（見圖2、3），樁尖做法為在圓形鋼板上十字交叉焊接三塊三角形鋼板，并在樁尖的中心植入B25L=250的鋼筋一根，鋼板厚度均為16mm。圖2圖37、方案實(shí)施工藝和注意要點(diǎn)7.1、施工工藝流程圖測量放線定位測量放線定位樁機(jī)就位喂樁、對位、樁尖焊接壓第一節(jié)樁焊接接樁起吊第N節(jié)樁壓第N節(jié)樁送樁復(fù)核樁位起吊送樁器壓樁結(jié)束水準(zhǔn)儀控制標(biāo)高樁身垂直度控制樁機(jī)移位7.2、施工注意要點(diǎn)7.2.1、嚴(yán)格控制沉樁的垂直度，減少壓樁力的豎向分解。在第一節(jié)樁插入土中0.5～1.0m后，用兩臺經(jīng)緯儀（在接近90度的夾角方向）雙向控制樁的垂直度，垂直度偏差不得超過樁長的0.5%，確保管樁垂直度符合要求后方可壓樁。7.2.2、減少接頭數(shù)量，在保證質(zhì)量的前提下盡量減少焊接時間，避免不必要的停歇。一般將樁摩阻力從上到下分成三個區(qū)：上部柱穴區(qū)，中部滑移區(qū)，下部擠壓區(qū)。施工中因接樁或其他因素影響而暫停壓樁的間歇時間的長短對繼續(xù)下沉的樁尖阻力無明顯影響，但對樁側(cè)摩阻力的增加影響較大，樁側(cè)摩阻力的增大與間歇時間長短成正比，并于地基土層特性有關(guān)，因此在靜壓法沉樁中，應(yīng)合理設(shè)計接樁的結(jié)構(gòu)和位置，避免將樁尖停留在硬土層中進(jìn)行接樁。本工程采用三節(jié)配樁需做兩次接樁焊接，接樁采用CO2氣體保護(hù)焊。此焊接技術(shù)具有穿透能力強(qiáng)，變形小，效率高的特點(diǎn)。焊接效率比普通電弧焊高2～3倍，同時CO2氣體有隔絕空氣和給焊縫降溫的雙重功效，可有效縮短焊接和冷卻時間。8、方案實(shí)施效果增加樁尖后再次進(jìn)行試壓，樁身均施壓至設(shè)計樁頂標(biāo)高。且最大壓樁力得到控制，低于樁身的極限承載力。28天后經(jīng)現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)，其單樁豎向承載力均滿足設(shè)計要求，且最大沉降量僅為9.05mm。3根試樁的壓樁力隨深度變化如表2所示：深度/m7.2910.812.614.416.21819.821.6試樁4/KN49245949252559059075411481181118112461312試樁5/KN59049249249252555862312791181131214101476試樁6/KN5254924925254925905255581246137813121509深度/m23.425.22728.830.632.434.23637.839.641.443.2試樁4/KN190223622460255827222821298529523838393632144428試樁5/KN150917062394252627882886295232143936419832804362試樁6/KN180420012296262426902886298531163050380538054592表2試樁壓力記錄9、結(jié)語預(yù)應(yīng)力管樁樁端增加樁尖后，可穿越中密砂層，且穿越時的壓樁力不大于樁身強(qiáng)度確定的單樁承載力，樁頂和樁身不會被壓碎，能保證樁身質(zhì)量和單樁豎向承載力。在今后采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，若遇密實(shí)狀的砂土，可建議采用此型樁尖進(jìn)行施工。參考文獻(xiàn)[1]JGJ94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范．[2]李琪，李嵩，費(fèi)康.PHC管樁土塞效應(yīng)分析.水利與建筑工程學(xué)報.2009,06.[3]HYPERLINK"/Search.aspx?q=author:%E6%9D%8E%E9%95%9C%E5%9F%B9"李鏡培，HYPERLINK"/Search.aspx?q=author:%E4%BD%95%E5%BB%BA%E9%9