先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的應(yīng)用

先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的應(yīng)用

一、相結(jié)合的phc樁先張法鋼筋混凝土管樁（phc樁）的混凝土強(qiáng)度為80mpa，配備鋼筋混凝土，具有較高的抗壓強(qiáng)度和較好的抗彎強(qiáng)度。在樁頭處有一鋼端頭板,比普通鋼筋混凝土預(yù)制樁耐打,貫入性能好,能打入堅硬的土層,密實的砂層和強(qiáng)風(fēng)化巖層。因此,PHC樁的單樁承載力高,如?500×100管樁,最高單樁承載力設(shè)計值用到2700kN。PHC樁產(chǎn)品規(guī)格多,除可選擇300～600mm的不同樁徑外,還可根據(jù)對樁的承載力和抗彎、抗拉性能不同要求,選用不同壁厚。此外,不同直徑的樁有不同抗壓、抗彎和抗拉強(qiáng)度的多種型號可供選擇,設(shè)計者可根據(jù)地質(zhì)情況和上部荷載選擇不同規(guī)格型號的樁,設(shè)計靈活。PHC樁節(jié)長規(guī)格較多,并可采用專用工具鋸斷,因此,搭配靈活,接長方便,在施工現(xiàn)場可根據(jù)地質(zhì)條件變化調(diào)整樁長,節(jié)省用樁量。PHC樁兩端均設(shè)有鋼端頭板,該端頭板除加強(qiáng)耐打性外,又是接樁時的接頭,接樁時將端頭板對焊即可,靈活快捷。采用PHC樁,尤其是采用閉口樁尖,樁身質(zhì)量及沉樁長度可用直接手段進(jìn)行監(jiān)測,監(jiān)理檢測方便。PHC樁具有上述優(yōu)點,但也有它的局限性:(1)當(dāng)采用錘擊法施工時,噪音大,震動劇烈,擠土量大,會造成一定環(huán)境污染和影響。(2)當(dāng)采用靜壓法施工時,多數(shù)樁機(jī)對邊樁距鄰近建筑物的距離要求不得小于3.85～4.2m,否則壓樁機(jī)無法施工。(3)有些地質(zhì)條件不宜應(yīng)用PHC樁:如有孤石或障礙物較多的地層。二、管樁沉樁設(shè)計中單樁豎向承載力的應(yīng)用廈門地區(qū)1994年開始在高層建筑中應(yīng)用PHC樁,在1998年以后由于管樁市場價格不斷下調(diào),應(yīng)用日益增多。PHC樁按外徑分為300、350、400、450、500、550、600、800和1000mm等規(guī)格,按抗裂彎矩的大小分為A型、B型和AB型。目前較為常用的有300、400、500、600mm直徑。持力層多為花崗巖殘積土層,強(qiáng)風(fēng)化花崗巖埋藏較淺的地層,PHC樁可打入強(qiáng)風(fēng)化層1～2m。部分建成的建筑物應(yīng)用PHC樁的單樁豎向承載力設(shè)計值情況見表1。有的工程利用PHC樁作為抗拔樁。PHC樁施工方法有錘擊法與靜壓法兩種。由于靜壓法施工時無噪音、無震動、無油煙污染,適合在醫(yī)院、學(xué)校、舊房以及居民密集地區(qū)進(jìn)行施工,同時每根樁的承載力可通過壓樁力反映出來,因此靜壓法頗受歡迎。靜壓法使用最多的是液壓靜力壓樁機(jī)。這種壓樁機(jī)運行,轉(zhuǎn)向,升降,夾樁,壓樁等工作全部用液壓操作,自動化程度高。它是利用樁機(jī)自重和樁架上的配重量作反力,施壓部位在樁身側(cè)面。施壓時,先通過液壓夾持機(jī)構(gòu)將樁身夾緊,然后主機(jī)的兩個或四個壓樁油缸作伸程動作,向上力由樁架自重和配重?fù)踝?下向力迫使夾持機(jī)構(gòu)在導(dǎo)向架內(nèi)向下運動,于是將樁身壓入土體內(nèi)約一個行程長度。當(dāng)壓樁油缸行程走滿后(一般為1.5～2.0m),需將夾持機(jī)構(gòu)放松,再使壓樁油缸作回程動作,待夾持機(jī)構(gòu)上升至原來高度處,再將樁身夾住,作壓樁動作,這樣上下來回運動,便可將整根樁壓入地基土層中。液壓靜力壓樁機(jī)設(shè)有液壓步履裝置,能自動作縱橫向行動和原位回轉(zhuǎn),行走轉(zhuǎn)向方便。這種壓樁機(jī)有的還裝有工作吊機(jī),可自行將管樁吊入夾持機(jī)構(gòu)內(nèi)。目前廈門地區(qū)使用的液壓靜力壓樁機(jī)有山東、武漢、湖南等地生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品,其主要技術(shù)參數(shù)見表2。如前所述管樁沉樁的錘擊法與靜壓法各有優(yōu)缺點。在承載力方面,當(dāng)高層建筑需要單樁承載力較高且強(qiáng)風(fēng)花崗巖層埋藏較淺時,由于錘擊法能將管樁打入強(qiáng)風(fēng)化花崗層一定深度,除單樁承載力較高外,還能提高建筑物的穩(wěn)定性,在這種情況下宜采用錘擊法施工。三、phc-樁基本設(shè)計中的一些問題1、管樁設(shè)計參數(shù)的確定對于入土深度10～25m的樁,尤其是強(qiáng)風(fēng)化巖層頂面較淺的地層,這種摩擦端承型管樁,采用國家現(xiàn)行規(guī)范提供的設(shè)計參數(shù),按經(jīng)驗公式估算單樁豎向承載力普遍偏小很多,有時計算值要比現(xiàn)在應(yīng)用值小1/3～1/2。事實上,管樁有其獨特之處,樁端焊有十字型平底樁尖或開口型,管樁穿越土層能力要比預(yù)制方樁強(qiáng)得多,樁端土擠密效果也要比預(yù)制方樁好得多。尤其是采用錘擊法施工時,管樁承受比普通預(yù)制樁大得多的錘擊能量,錘擊能量轉(zhuǎn)化為樁端擠密效應(yīng)使樁端土的力學(xué)性能得到改善而提高了端阻力,這是管樁承載力得以提高的主要原因。廣東省標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的管樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值,是根據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-94中關(guān)于混凝土預(yù)制樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值給出的,并補(bǔ)充了花崗巖殘積土和強(qiáng)風(fēng)化巖的力學(xué)指標(biāo),以及提出了乘1.05～1.35的端阻力修正系數(shù)。通過幾個工程實踐,我們認(rèn)為采用廣東省標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計參數(shù)計算的單樁豎向承載力與靜載試驗結(jié)果比較接近,下面以某工程管樁基礎(chǔ)為例予以說明。該工程采用?400×100PHC樁,樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,單樁豎向承載力設(shè)計值R=1600kN,在樁基設(shè)計前進(jìn)行了單樁承載力的靜載試驗。施工時沉樁采用了錘擊與靜壓二種方法。該工程場地地質(zhì)條件及巖土層設(shè)計參數(shù)見表3。二根樁的地質(zhì)剖面見圖1,靜載試驗結(jié)果與估算的單樁承載力設(shè)計值見表4。廈門地區(qū)已經(jīng)積累了相當(dāng)數(shù)量的PHC樁靜載試驗資料,可作為工程中確定單樁承載力的參考,但是對于地質(zhì)條件比較復(fù)雜特殊的地層,單樁承載力宜通過現(xiàn)場靜載試驗來確定。另外,確定管樁的承載力時,還應(yīng)按下式驗算管樁樁身強(qiáng)度設(shè)計值:Rp=0.3(fce-αpc)A式中:Rp——樁身豎向承載力設(shè)計值:fce——管樁離心混凝土抗壓強(qiáng)度,對于PHC樁,取fce=80MPa;αpc——管樁混凝土有效預(yù)應(yīng)力,可取αpc=5MPa;A——管樁橫截面面積。表1中PHC樁按樁身強(qiáng)度的單樁承載力設(shè)計值,就是按上面公式計算的。2、不設(shè)樁尖、壓入土PHC樁沉入土中的底樁當(dāng)設(shè)置鋼板樁尖時,主要形式為:十字型、圓錐型和開口型,前二者為封口型。穿越砂層時,開口型和圓錐型比十字型好,但十字型樁尖加工容易、價錢便宜、破巖能力強(qiáng),故較廣泛應(yīng)用。近來隨著管樁應(yīng)用的不斷實踐,嘗試不設(shè)樁尖,直接將PHC樁壓入土中,可以減少一道焊接工序,提高工效。由于PHC樁的端部設(shè)有端頭板和鋼套箍,具有很高的強(qiáng)度和剛度,可以較容易地壓入一般殘積土層,且在沉樁過程中樁端土尚能擠塞入PHC樁的內(nèi)腔,擠土作用可以大為減少輕。靜載試驗表明,不設(shè)樁尖時其承載力不會降低。但對于表層填土含有碎石塊,或含有較厚的砂夾層,需要一定的穿透力,以及強(qiáng)風(fēng)化巖埋深較淺時,需要將管樁沉入強(qiáng)風(fēng)化一定深度(破巖能力),則應(yīng)設(shè)置樁尖。3、收錘試驗指標(biāo)收錘標(biāo)準(zhǔn)即對錘擊管樁停止施打的控制條件。它與場地的工程地質(zhì)條件,單樁承載力設(shè)計值,柴油錘的沖擊能量等因素有關(guān)。收錘標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括最后貫入度,樁入土深度,總錘擊數(shù)及最后lm錘擊數(shù),樁端持力層及樁尖進(jìn)入持力層深度等綜合指標(biāo)。一般以入土深度和最后貫入度作為主要控制指標(biāo)。摩擦型樁以樁長為主,端承型樁以貫入度為主。在實際工程中,經(jīng)常在沒有先做靜載試驗的情況下進(jìn)行設(shè)計與施工,因而在試打樁時設(shè)計人員將收錘標(biāo)準(zhǔn)定得非?？量?最后貫入度要求小于10mm/10擊。按照生產(chǎn)廠家的規(guī)定柴油錘的極限貫入度為20mm/10擊,過小的貫入度作業(yè)會損壞柴油錘,減小其使用壽命。根據(jù)工程實踐,最后貫入度可控制在20-50mm/10擊。上面提到的某工程管樁基礎(chǔ),采用6.2t柴油錘沉樁,落距為2.6m,最后貫入度控制≤30mm/10擊。最后lm錘擊數(shù)是收錘標(biāo)準(zhǔn)參考指標(biāo),與最后lm貫入度密切相關(guān)。根據(jù)廈門地區(qū)部分工程施工情況,持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,最后lm錘擊數(shù),對于5.0t柴油錘為240～360擊,對于6.2t柴油錘為200～260擊。4、復(fù)壓不動工況終壓標(biāo)準(zhǔn)即對靜壓管樁停止施壓的控制條件。終壓標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括樁入土深度,終壓力,持荷時間或復(fù)壓次數(shù),樁端持力層及樁尖進(jìn)入持力層深度等綜合指標(biāo)。終壓力控制條件與單樁豎向承載力設(shè)計值,樁周土和樁端土的性質(zhì),以及樁入土深度有關(guān)。由于廈門地區(qū)應(yīng)用管樁的時間不長,終壓力取值尚沒有成熟的施工經(jīng)驗。我們在部分工程中,終壓力取單樁承載力設(shè)計值的1.6～1.8倍。下面介紹廣東省的經(jīng)驗,其中樁較短,樁端阻力較高時,則要求終壓力較大,供參考,(1)對于摩擦樁,按設(shè)計樁長控制;但最初幾根壓樁,施壓24h后應(yīng)用樁的設(shè)計極限承載力作終壓力進(jìn)行復(fù)壓,復(fù)壓不動可正式施工;(2)對于端承摩擦樁或摩擦端承樁,可按終壓力控制:當(dāng)L≤14m時:Rsm=1.4～1.6Quk;當(dāng)14<L<21m時:Rsm=1.1～1.4Quk;當(dāng)L≥21m時:Rsm=1.0～1.1Quk;如樁周土為粘性土且靈敏度較高時,Rsm=0.8～0.9Quk;式中:Rsm——靜壓樁的終壓力值,Quk——靜壓樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。終壓力持荷時間,國家標(biāo)準(zhǔn)圖《預(yù)制鋼筋混凝土方樁》97G361的要求是:達(dá)到終壓力要求后,必須持荷5min,若5min內(nèi)不能穩(wěn)定,必須再持荷5min一直到穩(wěn)定為止(穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn):5min內(nèi)沉降不超過0.1mm)。表2壓樁機(jī)中只有山東電力設(shè)備檢修制造廠生產(chǎn)的YZY600型抱夾式的壓樁機(jī)具有持荷性能,而其余兩種壓樁機(jī)由于夾樁面積較小,在達(dá)到終壓力時不能持荷。對于不能持荷的壓樁機(jī),要求以終壓力連續(xù)復(fù)壓不少于三次,如果樁沒有沉降,則認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。廣東省標(biāo)準(zhǔn)《靜壓樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》(討論稿)中規(guī)定,復(fù)壓時每次穩(wěn)壓時間:壓樁力小于300kN時不宜超過10s;壓樁力大于300kN時不宜超過5s。復(fù)壓穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)必須從嚴(yán)掌握,否則樁的承載力達(dá)不到設(shè)計要求。有的施工人員未在管樁表面畫線測量沉降量,而是憑肉眼觀察來判斷,就難以確定管樁在終壓力下是否穩(wěn)定。因為管樁在每次瞬間的控制壓樁力作用后,會產(chǎn)生反彈現(xiàn)象,這種反彈現(xiàn)象很容易造成已達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的假象。在靜壓管樁施工中不僅要有合理的終壓標(biāo)準(zhǔn),要求施工人員按規(guī)范操作也是至關(guān)重要的。四、phc-樁基建設(shè)的一些問題1、截樁的注意事項管樁最大樁長為12m,樁節(jié)長4m～10m,級差為1m,因此根據(jù)地質(zhì)條件和設(shè)計要求施工時配樁靈活,調(diào)整方便。但是管樁生產(chǎn)廠家由于短樁生產(chǎn)成本相對較高,供貨時按比例供給部分短樁,不是按需要供給。在工程地質(zhì)變化較大的場地,樁長規(guī)格無法滿足配樁要求時,就會出現(xiàn)配樁過長造成材料浪費,或者配樁過短將無法達(dá)到設(shè)計要求或超送承臺。為解決這個問題,在現(xiàn)場可將部分長樁按所需要的配樁長度進(jìn)行截樁,如將12m長樁截成5m與7m或6m與6m。截樁時應(yīng)注意如下操作:(1)在截樁前檢查樁身外觀質(zhì)量及樁身是否有損傷。(2)管樁應(yīng)用枕木平直墊在地面上進(jìn)行切割,并盡量作到不損傷已截端面。(3)在截樁過程中應(yīng)使斷面保持平整,若有不平整部分需打磨平整。截斷的樁管可作最上一節(jié)樁使用,帶端頭板一端朝下,以便與下節(jié)樁焊接。2、送樁時的注意事項錘擊法與靜壓法施工的管樁送樁深度有差異,前者一般不宜超過3.5m,而后者可達(dá)6—8m。由于送樁器與樁頭是松動的聯(lián)結(jié),錘擊能量的傳遞在這里是不順暢的,送樁器在施打過程中容易左右晃動和上下跳動,所以,送樁太深,樁頭容易被打碎,樁頂也容易偏位,樁的承載難以得到保證。用靜壓法施工,由于傳遞力是靜壓力而不是沖擊力,只要接觸吻合得好,就可避免錘擊法的上述問題,樁的承載力就可以得到保證。送樁時須用經(jīng)緯儀測量送樁器的垂直度。若發(fā)現(xiàn)樁頭不平,可用紙板將樁頭與送樁器接觸面墊平后再送樁。送樁后樁洞應(yīng)立即回填,以保持場地的平整便于施工順利進(jìn)行。3、管樁的施工過程管樁接頭質(zhì)量好壞關(guān)系到整根樁質(zhì)量的好壞,因此焊條質(zhì)量,電流強(qiáng)度,施焊操作和外觀檢查必須符合現(xiàn)行國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。焊接結(jié)束后,焊縫應(yīng)自然冷卻后,才能繼續(xù)打樁,自然冷卻時間一般不宜小于8min。如果焊好即打,高溫的焊縫遇到地下水,如同淬火一樣,焊縫容易變脆而被打裂。例如某工程管樁接頭焊接后,自然冷卻時間較短即進(jìn)入施打,后經(jīng)小應(yīng)變檢測發(fā)現(xiàn)數(shù)根樁接頭處有裂縫,只得進(jìn)行補(bǔ)樁處理。管樁施工中,樁尖與樁端板也應(yīng)注意焊牢。有一工程采用?500×100PHC樁用十字形樁尖,靜壓法施工。在施工過程中,在管樁空腔中用吊錘測量樁長,發(fā)現(xiàn)有7根樁樁長比實配樁長短0.4～4.5m。這7根樁沉樁壓樁力與壓樁速度正常,小應(yīng)變檢測均為Ⅰ和Ⅱ類樁,還進(jìn)行了1根靜載試驗,也達(dá)到了設(shè)計要求。后來分析原因是樁尖未與樁端板焊牢,當(dāng)樁尖遇孤石邊或巖脈被擠出樁端,或樁尖質(zhì)量不好被壓壞,樁管空腔內(nèi)進(jìn)土而產(chǎn)生上述問題。4、管樁需要有較強(qiáng)的私弱層和較小的土層后出現(xiàn)顆粒懸浮點過廈門地區(qū)花崗巖殘積層中常遇到孤石(未完成風(fēng)化球狀體),有的場地孤石含量較多。管樁施工中遇到孤石是較難處理的一個問題。首先要仔細(xì)研究巖土地質(zhì)情況,了解孤石分布位置、埋藏深度,孤石巖質(zhì)情況(強(qiáng)風(fēng)化,中風(fēng)化或者微風(fēng)化巖),孤石上面及下面土層的標(biāo)貫擊數(shù),然后根據(jù)孤石不同情況,采取相應(yīng)的技術(shù)措施。(1)當(dāng)管樁遇強(qiáng)風(fēng)化孤石,孤石厚度不大且下面土層標(biāo)貫擊數(shù)較少時,可以采用提高錘心落距,增大沖擊能量,將其沖斷或擠開使樁尖穿過,繼續(xù)沉樁達(dá)到設(shè)計要求。但要注意在較大沖擊力情況下,管樁貫入度仍很小時,管樁受損較大,容易產(chǎn)生爆樁。(2)對于孤石較多的場地,宜采用靜壓法進(jìn)行管樁施工。遇孤石的管樁,應(yīng)提高其終壓力值,并復(fù)壓幾次,這樣可通過終壓力來判斷管樁的承載力。如果二根或三根管樁落在同一個孤石上,