錘擊法施工預應力管樁及常見質量問題預防

李志恒

預應力混凝土管樁是一種常用的基礎形式,是深基礎的一種,通常是由基樁和連接于樁頂的承臺共同組成。因為樁基礎具有承載力高、沉降速率低、沉降量小而均勻等特點,能夠承受垂直荷載、水平荷載、上拔力及機器產生的振動或動力作用;故當天然地基的淺基礎承載力不能滿足要求而沉降量過大或地基穩定性不足時,經常采用預應力混凝土管樁基礎。

1 工程概況

本工程地址位于天津市,主樓為五星級大酒店,建筑總面積約67 000 m2。結構形式為框架—核心筒,地下1層,地上12層,地下室層高為4.8 m,地上標準層層高為4.2 m,建筑檐高約59.6 m;建成后將成為天津市地標性建筑。

工程所在場地屬于濱海沖積平原,持力層土層主要為粉質黏土,地下埋深約19.3 m;地表層地下水屬于孔隙潛水類型,以大氣降水補給,蒸發形式排泄為主,水位隨季節略有變化。初見水位埋深1.3 m～3.2 m,標高-0.82 m～1.4 m;穩定水位埋深 0.8 m～1.8 m,標高 0.6 m～1.82 m。

基礎采用高強混凝土預應力管樁承臺基礎。預應力管樁共有3種樁型,共計752根管樁,具體樁型見表1。

表1 五星級大酒店管樁施工參數表

2 方案選擇

預應力管樁施工方法通常有錘擊法和靜壓法,兩種工藝成樁質量都能夠保證,二者區別在于:

靜壓樁:優點是施工速度較快,尤其在軟土地區,無噪聲污染;缺點是對場地承載力要求較高,對電需求量大。

錘擊樁:優點是樁基對場地承載力要求低,動力燃料為柴油,無需電能;缺點是速度較慢,噪聲污染嚴重。

由于本工程所在地土質承載力較低,且沒有正式網電接入;而靜壓樁機對地基承載力要求較高,故本工程采用錘擊法施工管樁。

3 施工方法

1)測量定位:根據樁位圖放出具體的樁位,樁位經復核后才能施工。為了避免因壓樁產生側向和垂直方向的變形,應在遠離壓樁區域(不小于30 m)設置軸線控制點和兩個樁位控制點,施工期間每天對軸線控制點和定位點進行復核。

2)吊樁定位:樁運至現場后,單點起吊樁時,鋼絲繩應綁在樁端0.293L(L為單節樁長)處,用吊機將預制樁吊至樁機的正前方放置,待樁吊直后,放入樁機夾樁箱內扶正就位,然后用兩臺經緯儀呈90°擺放,從正面和側面觀測樁身垂直度,其傾斜度的偏差不得大于傾斜角正切值的15%,調整樁機位置及水平,使樁在鉛垂狀態下,樁尖能準確地對準樁位。

3)打樁:用樁架的導滑夾具或樁箍將樁嵌固在樁架中,垂直對準樁中心,緩緩放下插入土中,待樁位置及垂直度校正后即可將錘連同樁帽壓在樁上,同時應在樁的側面或架上設置標尺,并做好記錄,才可擊樁。開始打樁應起錘輕壓或輕擊數錘,觀察樁身,樁架,樁錘等垂直一致后,即可轉入正常施打,開始打樁時,落距應較小,入地一定深度待樁穩定后,再按需求的落距進行施打。沉樁應用適合樁頭尺寸的樁帽和彈性襯墊,以緩和打樁時的沖擊和使打樁應力均勻分布,延長撞擊的持續時間,以利樁的貫入。

4)接樁:接樁采用焊接法。樁段就位必須和相連接的樁節保持在同一軸線上,連接后樁身保持垂直。管樁拼接成整樁采用端板焊接連接,焊接前樁頭預埋鐵件必須清除污銹,露出金屬光澤。焊接時,應將四角點焊固定,然后對稱同時焊接以減少焊接變形,焊縫要求連續飽滿,焊縫厚度必須滿足設計要求。手工焊接時第一層必須用φ 3.2 mm電焊條打底,確保根部焊透,第二層方可用粗焊條(φ 4 mm 或φ 5 mm),一般采用 E4303或 E4316焊條。拼接處坡口槽的電焊部分應分三層以上對稱進行環縫焊接,并采取措施減少焊接變形,正確掌握焊接電流和速度,每層焊接厚度應均勻,每層間的焊渣必須敲清后方可再焊下一層,坡口槽的電焊必須滿焊,電焊厚度宜高出坡口1 mm,焊縫必須每層檢查,焊縫不宜有夾渣、氣孔等缺陷,滿足二級焊縫的要求,接樁應盡量縮短時間,以避免停打時間過長導致樁周土重固結而影響沉樁。

5)送樁:送樁時必須采取送樁器,可采用插銷式送樁器。送樁桿送樁時,應根據設計要求計算好送樁深度,并在送樁桿上做好醒目標記。當送樁至距設計標高1 m左右時,測量人員指揮樁機操作工減小速度,并跟蹤觀測送樁情況,直到送樁至設計標高時,發出信號停止送樁。送樁過程中如有異常情況時,應及時向設計和建設部門反映,以便及時采取措施。樁頂標高允許偏差為±50 mm。樁頂位移偏差控制在允許范圍以內,樁位允許偏差為平行軸線方向150+0.01H,垂直軸線方向100+0.01H,承臺中間的樁位偏差允許半徑為1/3,承臺邊樁允許樁徑為1/2。

6)檢測:工程樁完整性采用低應變法,檢測數量不少于總樁數的20%且不少于10根,柱下三樁或三樁以下承臺不少于1根。

4 常見質量問題預防及處理方法

4.1 樁身斷裂

問題產生原因:樁身彎曲過大、強度低、不能承受錘擊的作用力;樁的堆放、運輸、起吊過程中產生的斷裂,植樁前沒有發現,受力后導致斷裂。

預防和處理方法:樁的強度必須達到100%后,方可植樁和沉打樁,打樁區域地下障礙物必須清理干凈,以防止樁尖位移不在樁的縱橫軸線上。為此,打樁前必須嚴格檢查樁身的外觀質量,防止將斷樁就位使用。

4.2 樁頂碎裂

問題產生原因:樁錘選用不合理,不適用于樁斷面尺寸及形狀;樁頂平面不垂直軸線,不符合規范規定;樁帽與樁接觸面不平整;沉樁時樁不垂直。

預防和處理方法:根據地質條件,樁斷面尺寸及形狀,合理選擇樁錘;樁頂平面是否垂直樁的軸線,不符合規范規定的不得使用,或經修補后才能使用;及時檢查樁帽與樁的接觸面處是否平整,如不平整應進行處理后,方可施打;沉樁時穩樁要垂直,樁頂應加草簾、膠皮等緩沖墊。

4.3 樁頂位移

問題產生原因:基坑開挖過早或土層分布不均勻,造成擠土效應,導致樁頂偏移;地下水位較淺,在錘擊打樁頂過程中,水壓力導致樁身滑動。

預防和處理方法:同“樁頂斷裂”的頂控對策;采用井點降水、砂井或盲溝等降水及排水措施,沉樁期間不得同時開挖基坑,需待沉樁完畢后相隔適當的時間方可開挖;采用“植樁法”(先鉆孔,鉆透硬夾層,將樁插入孔內,打至設計要求)以減少土的擠密及孔隙水壓力的上升。

4.4 樁身傾斜

問題產生原因:樁機就位的場地不平整或地基承載力不均勻,造成樁機產生傾斜,致使樁機無法穩固。

預防和處理方法:打樁作業區的場地必須平整,不平整的應該先進行場地硬化及平整;樁機就位后,底盤應水平穩固,穩樁必須垂直;樁尖與樁身一定要保持在同一軸線上,當樁尖在地下遇到硬物等時應及時處理后,方可施打。

4.5 接樁脫裂

問題產生原因:在接樁的時候采用焊接連接,焊縫質量控制不當,未按照技術要求施焊。

預防和處理方法:鏈接處表面應干凈,連接鐵件要保持平整,焊區質量必須符合技術要求和質量標準的規范,接樁應嚴格控制上下樁中心線在同一軸線上。

4.6 沉樁達不到設計要求

問題產生原因:施工前未了解工程地質條件或選用樁機不合理,致使樁身貫入度未滿足要求。

預防和處理方法:施工作業前必須熟悉現場的工程地質情況,根據地質條件、樁斷面及自重,合理選擇施工機械及施工方法。

5 結語

預應力混凝土管樁作為樁基礎的一種形式,控制其施工質量是至關重要的。通過本工程預應力管樁的施工,我們也在施工過程發生過一系列的質量問題,接受了因以上質量問題造成的教訓。通過不斷總結,并強化管樁施工過程中質量控制意識,在酒店預應力管樁的施工中,最終保證了管樁施工的質量。同時,為以后管樁的組織施工積累了一定的經驗。