深厚軟土中PHC樁可行性試驗研究

李樹潤

1 試樁目的

上海某鋼廠1 780 mm熱軋廠,根據場地勘察揭示,場地內主要是深厚層狀的軟土,根據場地的地層條件及上部荷載的情況,擬采用PHC樁基礎,大部分建筑物的樁端持力層需選擇埋深55 m以下的⑧3層(粉質黏土夾粉土)、⑨1-1(砂質粉土)、⑨1-2(粉細砂),由于場地附近以前未做過類似的預制樁施工,故需要進行試樁,試打PHC400型的長樁,目的是確定其是否可用作熱軋廠工程的樁型,確定樁端持力層,并取得打樁施工的各項參數,確定合適的沉樁工藝。

2 試樁處的場地地層概況

試樁場地的地層分布如表1所示。

3 試樁的設定

3.1 試樁的樁型和規格

1)試樁采用PHC400型樁,其高強度混凝土為C80級。2)樁尖均采用“加靴”鋼樁尖。3)樁身的長度根據鉆探的地質資料設定。每節的最大長度,第一次試打采用12 m,第二次試打采用10 m。

3.2 試樁用樁錘

試樁分兩次進行,第一次試打選用4.5 t的柴油樁錘施工,當第一根樁打入困難時,即改用6 t級的柴油樁錘施工。第二次試打選用6.2 t的柴油樁錘施工。

3.3 試樁的停打

第一次試樁的停打要求當最后10擊的貫入度小于1 mm/擊時或樁身出現損壞時均為可停錘。

第二次試樁的停打要求當最后10擊的貫入度小于4 mm/擊時或樁身出現損壞時均可停錘。

4 打樁結果

4.1 打樁入土與錘擊狀況

1)根據打樁情況繪制出試樁的入土深度、土層分布、進入土中不同深度的總錘擊數和每米的錘擊數關系曲線。

2)第一次試樁施打,用4 t柴油錘施打,四根樁樁端均入土至68.1 m,達到了設計的要求。

打樁的總錘擊數為1 838擊～1 912擊,平均為1 879擊,最終10擊的平均貫入度為4 mm/擊～5 mm/擊。樁端在第⑧2層粉質黏土層中的錘擊數平均為27.9擊/m,進入第⑧3層粉質黏土夾粉土層中的錘擊數平均為64.8擊/m,進入第⑨1-1層砂質粉土層中的錘擊數平均為114.7擊/m。

因設定樁長時參考的工程地質鉆孔資料鉆入第⑨1-1層7.65 m未鉆透,故確定將樁端進入第⑨1-1層砂質粉土層中4 m～5 m。

3)第二次試樁施打,用6.2 t柴油錘施打,五根樁樁端的入土深度為67.8 m～72 m。除BM1樁達到了距要求深度0.8 m時,平均每擊貫入度小至1.6 mm而停打外,其余四根樁均達到了設計要求的深度。

打樁的總錘擊數為639擊～1 603擊,平均為957擊,最終10擊的平均貫入度為1.8 mm/擊～18 mm/擊。樁端在進入第⑧3層粉質黏土夾粉土層中的錘擊數平均為29.8擊/m,進入第⑨1-1層砂質粉土層中的錘擊數平均為50.3擊/m,當樁端進入第⑨1-2層粉細砂層中時,錘擊數可達100擊/m以上。

表1 各主要土層的頂面深度 m

4.2 樁的工程質量前提保證

1)打入土中的樁,均有出廠產品質量合格證。樁接頭的焊接材料有產品證書。2)施工過程中,由施工監理人員在現場進行檢查。打樁前,對樁身的質量進行了檢查,接頭焊縫的質量也經過了檢查。3)第一次試樁完成后,對露出基礎中的1.2 m長樁身進行目視檢查,未發現有裂紋或破損現象。第二次試樁完成后,露出地面的樁身經目視檢查,也未發現有裂紋或破損現象。

4.3 樁身高應變檢測

1)第二次試打五根樁,在最后0.7 m～1.0 m長的樁身入土前,均按有關規定進行了高應變檢測,判定樁身的完整性。2)檢測單位根據檢測結果認為,BM1樁、BM2樁、BM4樁和 BM5樁均屬完整樁;BM3樁在距樁頂3 m附近存在輕度缺陷,該處的完整系數為0.91。

5 試樁成果的分析

5.1 試樁的代表性

兩次試樁均在距1 780 mm熱軋廠房周圍的場地上,其工程地質狀況已涵蓋了熱軋工程的土質性能,且第⑨1-1層砂質粉土層和⑨1-2層粉細砂層的頂面深度比較接近,故試樁的結果具有一定的代表性。

5.2 樁錘的選擇

兩次試打的實施表明,在地基條件基本相同的條件下,用4.5 t柴油錘和6.2 t柴油錘施打入土中約70 m深的PHC400型樁,其效果差異頗大。以6.2 t柴油錘施打的錘擊數,幾乎為以4.5 t柴油錘施打的1/2。以較大的6.2 t柴油錘施打,不僅沒有對樁身造成損壞,反而因打擊次數少,且打擊能量迅速轉化為樁的貫入,降低了樁身損壞的可能。同時,重錘施打也縮短了打樁時間,可以加快施工速度,充分顯示了打樁工作采用重錘輕擊的效果。因此,工程施打PHC400型樁宜采用 6.2 t柴油錘,施打PHC500型樁和PHC600型樁時,也可借鑒采用類似的方法加大錘重。

5.3 樁身的構造

本次試樁樁身入土比較順利的原因與所用樁尖的構造有密切的關系。以與樁身同等直徑的短鋼管作為樁尖,在其端部外側再增焊一管箍作為樁靴,是吸取了寶鋼使用鋼管樁的經驗設計的。在寶鋼鋼管樁的施工中,這種構造對改善樁端在較硬土層中的貫入曾起到相當大的作用。其工作機理就是因為樁尖略大于樁身,樁身在硬土層中貫入時,減小了樁側的摩阻力。

5.4 持力層的選擇

表2 樁端進入不同土層中的平均錘擊數(m/擊)和進入持力層的最終貫入度

1)打樁樁端進入土層時的貫入狀況,直接反映出土質軟硬的程度,故可以作為確定或檢測樁端持力層的依據之一。2)表2列出了各樁樁端進入不同土層中,每貫入1 m的平均錘擊數,以及進入持力層的最終貫入度。3)從表2及依打樁情況繪制的曲線都可以看出,樁端進入第⑧3層粉質黏土夾粉土層中的錘擊數,大致相當于在第⑧2層粉質黏土層中的兩倍;而在進入第⑨1-1層砂質粉土層中的錘擊數,又大致相當于在第⑧3層粉質夾粉土層中的兩倍。表明第⑨1-1層砂質粉土層的土質要比第⑧3層粉質黏土夾粉土層和第⑧2層粉質黏土層好得多,選擇的樁錘是順利施工的重要因素之一。

從表2中的BM1樁和BM3樁可能進入第⑨1-2層粉細砂層的錘擊數,比在第⑨1-1層砂質粉土層中又高出甚多的結果來看,在第⑨1-2層粉細砂層應為最好的長樁持力層。第⑨1-1層砂質粉土層的土質比第⑨1-2層粉細砂層略差,可作為第二位選擇的長樁持力層。

6 結語

1)兩次試樁證明,報告書建議采用PHC型預應力高強度混凝土離心管樁,作為1 780 mm熱軋工程中長度為65 m～75 m的長樁使用是可行的。2)樁端持力層的選擇。⑧3層作為對荷載大且變形要求敏感的建筑物采用預制樁(PHC樁)的樁端較好持力層,但由于該層均勻性差,屬不均勻的地基土,樁端應進入該層一定深度為宜,樁的停打原則應同時考慮貫入度和樁端設計標高。

平均頂板埋深在65 m以下的粉(砂)性土(⑨1-1,⑨1-2,⑨2)層性能好,分布連續,累計厚度大可作為對荷載大且對變形要求嚴格的建(構)筑物采用預制樁(PHC樁或鋼管樁)的樁端理想持力層。

但由于上部粉質黏土夾粉土⑧3層的存在,故樁端不易穿透該層而進入⑨層,設計和施工時均應根據地層分布規律采取有效措施。3)沉樁的可行性分析。當選用⑧3層作為預制樁的樁端持力層時,若采用與之相匹配的樁機、樁錘以及合適的施工順序,通常不會對沉樁帶來難度,但由于⑥,⑦1層的存在,故宜采用高強度預應力管樁(PHC樁)。根據試驗結果,當選用⑨層作為預制樁或鋼管樁的樁端持力層時,則樁基施工中,打樁宜選用6.2 t柴油錘重錘輕擊施工,尤其對⑧3層厚的地段更應如此。在設計時應考慮樁身強度能否滿足要求,并考慮錘型與地質條件關系,選擇合適的沉樁設備,提高樁與樁之間焊接質量,以免截樁、碎樁給施工帶來困難。打入困難時,建議采取樁尖端加“靴”等措施。4)每樁節的長度不宜超過10 m。樁端宜選用帶“靴”樁尖。5)嚴格監督和檢查制度,以保證樁的工程質量。

[1] 吳曉霞.PHC管樁施工方案[J].山西建筑,2009,35(8):128-130.