PTC管樁在軟土路基中的應用及施工控制辦法

陳小虎

軟土路基的處理已經成為在路基施工中的瓶頸和關鍵,軟土路基處理的好壞直接影響到整個建設項目的質量和進度。目前,許多在建和擬建項目為了減少建設資金的投入,加大資金投入回籠的速度,都要求加快在建項目施工進度,而PTC管樁具有施工快速、無噪聲、無污染環保、施工質量可靠、單樁承載力高、造價便宜等良好特性,既可以滿足軟土路基處理中的質量要求,也可以加快施工進度,極大的縮短建設工期。下面將詳細的闡述PTC管樁在軟土路基施工中的應用及施工過程中的具體質量控制辦法。

1 先張法預應力混凝土管樁(PTC管樁)的特點

1)管樁的單樁承載力和造價是各種樁型中最低的,總體經濟效益指標優于其他樁型,管樁單樁承載力高,環形截面耗混凝土量比其他樁基礎的費用更節省。2)管樁穿越土層能力特別強,只要有足夠大的壓力,它可以穿越十幾米厚的薄粉砂層甚至是中粗砂層,確保樁基礎嵌固在較好的持力層上,具有理想的有效樁長度,能獲得非常高的單樁承載力。3)管樁混凝土抗壓強度可以達到70 M Pa以上,抗裂彎矩高于方樁,具有高強的工作性能,能確保樁身在惡劣施工環境中保持完好,大大減少裂樁和斷樁事故的發生。4)PTC管樁較其他軟基處理方法具有施工進度快,無噪聲污染,施工質量可靠,單樁承載力高,鑒于PTC管樁的特點,目前被廣泛應用于工業和民用建筑基礎施工中,本次S104蕪屯路機電學院—清水段在神東垃圾場處理中首次采用了PTC管樁處理技術。

2 先張法預應力混凝土管樁(PTC管樁)在工程實例中的具體應用

S104蕪屯路機電學院—清水段K0+920～K1+150穿越神東垃圾場,該垃圾場為蕪湖市多年垃圾堆放地點,沉積年數較為悠遠,且下伏軟基,原設計方案為將垃圾全部外運后對地基再進行處理,由于垃圾外運會造成當地環境污染且嚴重影響居民日常生活,施工工期長,施工進度緩慢,投資成本加大,因此該方案不能實施,經專家多方論證,并鑒于工民建的相關經驗,決定采用先張法預應力混凝土薄壁管樁(PTC管樁)加固處理。

本工程中先張法薄壁預應力管樁,直徑為40 cm,壁厚7 cm,混凝土等級為C60,正方形布置,樁距為3 m,沉樁采用液壓法靜壓方式,預制樁按標準長度成樁。標準長度采用8 m,9 m,10 m和12 m進行施工接長組合,接長采用焊接法接樁,管樁靜壓采用“雙控”即控制樁入土深度和最終壓樁力。靜壓管樁完成后,在管樁頂現澆50 cm厚混凝土樁帽。管樁伸入混凝土樁帽30 cm,與樁帽組成一個整體,形成復合地基。

3 現場施工質量控制

3.1 壓樁前的準備工作

1)合理選擇進場施工的樁機型號。靜壓樁機的型號直接表明了樁機的總噸位,反映樁機的壓樁能力。合理選擇進場施工的靜壓樁機型有利于經濟快捷地進行壓樁作業。選擇靜壓機必須綜合考慮設計步樁、單樁承載力要求、地質情況、樁間土擠密效應和該地區靜壓施工經驗等因素。如果選擇的靜壓樁機噸位偏小,可能出現群樁內樁或建筑物中間樁壓不下去的情況,特別易發生靜壓樁機被抬起失衡,樁身受彎矩力作用,頂部混凝土發生碎裂,樁無法壓至設計標高,如果靜壓機噸位過大,則易發生“陷機”或因此擠斷鄰樁的情況,對施工場地耐力要求因此而提高。所以應該特別重視選擇樁機,不能盲目認為樁機壓樁力越大越好。一般情況下,以樁機壓樁力的單樁豎向極限承載力標準值的1.5倍～1.8倍為宜。2)場地準備。施工場地如為建筑物舊址或雜填土區,應先進行釬探,將在樁位處探明的舊基礎、石塊、大體積混凝土、廢鐵等障礙物清除并回填素土夯實。整塊施工場地經平整碾壓,承載力一般不宜低于100 kPa。地下水豐富或雨季施工,必須采取有效的排水措施,以保證樁機行走和壓樁時的垂直穩固。3)施工定樁位。根據基礎樁位圖,由專職技術人員在現場測定樁位并打入長度不小于40 cm的鋼筋或竹釬,樁位偏差不得大于2 cm。同樣,成樁標高也需準確測定,在場地外圍不受施工影響的構筑物上做好標記,并向技術人員做好交代工作。4)對質保材料的檢查。進入施工現場的管樁應具備原材料質量合格證、鋼筋及對焊接頭的試驗報告,預應力鋼筋的冷拉和張拉蒸汽養護記錄、混凝土試塊強度報告、樁身外觀檢查記錄及接樁用電焊條等產品合格證。5)對現場實物的檢查。管樁表面應平整、密實、無蜂窩、露筋、裂縫,色感均勻。預應力鋼筋不允許斷頭、脫頭;合縫及包箍處不允許漏漿,樁頂處無孔隙,樁的長度、端部傾斜度、外徑、壁厚、彎曲度、端板外側平面度等尺寸均符合要求。6)管樁的堆放。管樁的堆放場地應堅實、平整,管樁支點設墊木,層與層之間用墊木隔開,每層墊木應在同一水平上,各墊木位置應在同一垂直線上。堆垛時,必須在兩側打好防止滾垛的木楔。管樁堆放的層數,應根據其強度、地面承載力等確定。7)靜壓樁機行走路線的選定。隨著入土管樁數的增多,各層地質構造土體密度也隨之增高,土體與樁身表面的摩擦阻力也相應增大,沉樁所需的壓力也在增大。為使各樁的壓樁阻力基本接近,樁機施工線路應選擇單向行進,一次行走完成施工,盡量避免線路重疊。不能從兩側往中間進行(即所謂的打關門樁),這樣地基土在壓樁擠密過程中,土體可自由向外擴張,既可避免地表土上隆,又不至于因土的擠壓而造成鄰樁樁身傾斜開裂,保證了群樁的工作狀態基本一致并符合設計值。8)壓樁速率的控制。對于布樁過多且工期緊、進場靜壓樁機多的樁機工程,在計劃好每臺樁機合理的行走路線后,還應合理安排每天壓樁的數量,避免一天內成樁太多,樁間土和臨近區域土體產生過大的孔隙水壓力,加劇擠土現象,影響施工質量和場地附近建筑物、地下管線的安全使用。

3.2 壓樁過程中的質量控制

1)管樁的吊立和底端對位。管樁吊點位置應按要求設置(見圖1)。如果改變吊點位置,應進行驗算。管樁吊立應輕吊慢拖,嚴防碰撞(見圖2)。

2)樁身垂直度控制。當樁底端準確對位,扣好樁帽后,緩慢將樁壓入土中0.5 m,此時應先校正樁機平臺水平度,再調整樁的垂直度,保證樁的縱橫雙向垂直偏差不超過 L/200(L為樁長)。因靜壓樁機平臺上堆放了很多的配重妨礙了雙向垂直視線,加上樁機行走,實際操作可采用簡易的方法來校準樁垂直度。可在樁機平臺上懸掛兩根土建使用的吊垂線,分別由開機手和另一工人從兩個互相成直角的方向,以這兩根吊垂線來控制樁的垂直度。當樁在兩個方向都已經垂直的情況下,方允許壓樁,而且在壓樁過程中要經常觀察樁身垂直度的變化情況。這種吊錘控制垂直度的方法,使用簡單,易操作,同時還可以用來調整樁機平臺的水平度。

3)接樁及焊縫控制。管樁接樁時,應使用接樁導向箍,保證上下樁中心的錯位偏差不大于2 mm。管樁接樁主要采用焊接法,在焊接前應該把兩節樁的端頭板用鋼刷清刷干凈,甚至坡口露出金屬光澤,而且應該保證上節樁的垂直度偏差符合規范要求后方可焊接。上下樁端板間如有縫隙,應用弧形楔狀鐵片全部墊密焊牢,采取對稱施焊,以減少焊縫變形引起節點彎曲,焊縫應自然冷卻8 min～10 min,外露鐵件刷防腐漆后,才可以壓入土中。

4)終壓標準及終壓的控制。終壓標準應由設計、施工、勘察、監理等有關方面,根據本地區靜壓管樁用樁經驗和具體工程的試樁情況共同確定,一般情況下實行“雙控”,除保證樁長及樁底入持力層的深度必須滿足設計要求外,還要控制終壓值Q的大小,終壓值 Q可以通過壓樁機上油壓表讀數來控制,施工單位應搞清楚油壓表讀數值與壓樁力之間的計算關系,并如實告之設計、監理各方。油壓表宜采用精密壓力表,且應定期送技術監督部門檢驗。在同一地區類似土質中,終壓值 Q與單位樁豎向承載力Qu之間存在較穩定的比例關系。

4 結語

S104蕪屯路預應力管樁工程已經結束,而且通過了小應變的檢測,檢測結果均為一類樁,復合地基承載力達到設計要求。結果表明:預應力管樁較其他軟基處理方法,無論是在造價還是在質量、進度、環保方面都有著明顯的優勢,但是預應力管樁在施工過程中也不可避免的經常出現各類質量問題和工程事故。目前,各地推廣使用預應力管樁的已經越來越多,隨著管樁技術的廣泛應用,相信只要嚴格按照施工質量控制標準來操作,其在軟基處理方面的獨特優勢將得到更大的彰顯。

[1] JC 888-2001,先張法預應力砼薄壁管樁[S].

[2] 戴松柏,陳小兵,許帶兵.改進PTC管樁處理軟弱地基施工工藝的研究[J].山西建筑,2008,34(2):112-113.