高強預應力混凝土管樁基礎在濱海漫灘地貌中的應用

于 亮

(深圳市工勘巖土工程有限公司,廣東深圳518026)

1 工程概況

1.1 工程位置

深圳虛擬大學園院校產業化綜合大樓位于深圳市南山區高新南區填海六區,科苑南路與學府路交匯口,學府路以北,科苑南路以西,總用地面積7771.87m2。擬建1棟平面為L形的研發與生產綜合大樓,地下一層,地上十層,建筑高度46m。

1.2 場地工程地質條件

1.2.1 地形地貌

擬建場地原始地貌單元為后海灣濱海漫灘地貌,后經人工填海形成陸地。

1.2.2 地層巖性

場地內主要分布的地層有:人工填土層(Qm l)、第四系海相沉積層 (Qm)及第四系殘積層 (Qel),下伏基巖為燕山期粗粒花崗巖 (γ53)。現將各地層巖性特點自上而下分述如下:

(1)人工填土層:素填土,黃褐、灰黃色,為人工填海時回填,含較多碎石塊及建筑垃圾,現已基本完成自重固結。稍濕,松散狀態,局部稍密,全場分布。基坑開挖時挖除。

(2)第四系海相沉積層:淤泥,深灰、灰黑色,不均勻,局部為淤泥質粘土,飽和,流塑～軟塑狀態,該層僅在局部缺失。基坑開挖時挖除。

(3)第四系殘積層:礫質粘性土,褐紅、褐黃色,很濕,可塑～硬塑,該層全場地分布。

(4)燕山期粗粒花崗巖:全風化、強風化粗粒花崗巖,全風化粗粒花崗巖為本工程預應力管樁基礎的持力層。

1.2.3 場地不良地質現象

擬建場地發育淤泥層,處于飽和狀態,孔隙大,壓縮性高,工程力學性質差,在荷載作用下會產生較大的變形。施工預應力管樁時,需保持樁身垂直度,防止管樁偏斜。

1.2.4 場地地下水

場地地下水主要為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水,主要靠大氣降水滲入補給,與海水具有一定水力聯系。地下水對混凝土結構不具腐蝕性,在干濕交替條件下具有弱腐蝕性。

2 預應力管樁設計參數

預應力管樁基礎主要采用靜壓法預應力管樁(部分邊樁、角樁采用錘擊法施工),樁徑φ500mm,分為抗壓樁、抗壓兼抗拔樁二種樁型。抗壓樁樁端持力層為強風化花崗巖層,單樁豎向承載力為2300kPa。平均樁長根據地質資料暫定為L=20.0m。抗壓兼抗拔樁樁端持力層為強風化花崗巖層,單樁豎向承載力為2300kPa,單樁抗拔承載力350kPa。平均樁長根據地質資料暫定為L=20.0m。

3 預應力管樁施工參數

樁中心距≤3.5倍樁直徑、排數≥3排時,采取“跳壓”法施工。焊接接樁完畢后,必須自然冷卻8分鐘后方可繼續施壓,嚴禁采用水冷卻和焊接后立即施壓。管樁樁尖采用“平底十字型”鋼樁尖,鋼樁尖制作及焊接符合《建筑鋼結構焊接與驗收規程JGJ81》。在樁施壓 (打)完畢后,立即往管內填灌C30補償收縮砼封底,樁底填灌高度≥2m。

4 預應力管樁施工重點、難點分析

4.1 擠密效應

預應力管樁靜壓施工過程中會對周圍土體進行排擠,使地基的側向應力增加,從而導致土的密度增加,產生擠密效應,造成樁身上浮或壓樁困難,施工中需制訂合理的施工順序,最大限度減小管樁擠密效應的負面影響,是施工中的又一管理重點。

4.2 場地地質條件較復雜,樁端持力層標高變化大,配樁較困難

管樁樁端持力層設計為強風化層,據場地勘察資料,強風化頂面標高為-21.78～16.84m,最大高差約5m,造成管樁長度變化大,給合理配樁造成困難,是施工中的管理難點。

4.3 管樁焊接接樁控制是確保質量的難點

本工程靜壓管樁設計采用焊接接頭技術,其施工過程中對樁身垂直度、端頭板和焊接接縫的質量要求較高。如焊接不密實、焊縫不飽滿,將會造成管樁施工中脫節或出現管樁爛頭;另外,如操作不當,接頭處有可能出現地下水從接樁位置滲入管樁內,造成管樁內積水而影響管樁的質量。因此,管樁焊接質量的嚴格控制,是本次施工的難點。

4.4 邊樁施工距離小

本工程邊樁距基坑壁較近,施工時需采取邊樁器施工,由于邊樁器靜壓力較小,如何保證靜壓力值,確保邊樁施工質量是本次施工的難點和重點。

5 施工工藝

5.1 施工工藝流程圖

靜壓預應力管樁施工工藝流程圖如圖1所示。

5.2 施工工藝要點

(1)場地平整

根據現場的實地踏勘情況,進場后首先進行施工場地的平整工作,主要為基坑底交工面的清理、平整、硬地處理,滿足運輸車輛通行和機械移位,為管樁到場后的吊裝堆放及樁機進場后的就位作好充分準備。場地硬地處理主要鋪墊磚渣,厚度約40～50犮犿；對局部較松軟部位則進行換填、壓實處理。

圖1 靜壓預應力管樁施工工藝流程圖

(2)樁位測量定位

根據樁位平面圖、業主提供的坐標基準點及高程點,按照樁位進行測量放樣。現場測量時,先確定樁位軸線,并經業主代表、現場監理等驗收復核,然后開始測量樁孔位置,并打入拴有樁號的紅布條標志釘加入標明。

(3)樁機進場及安裝就位

靜壓樁機由專門的大型平板車運輸進場,由吊車卸車,作業時設專人指揮。

(4)管樁的吊運及堆放

管樁吊運采用專用吊鉤起吊,輕吊輕放,避免劇烈碰撞。疊層堆放管樁時,在垂直于管樁長度方向的地面上設置2道耐壓的長木枋或枕木,疊層層數不宜超過3層。

(5)樁尖的焊接

本工程采用平底十字型鋼樁尖,焊接連接。樁尖與管樁圍焊封閉,焊縫厚度為6mm,焊縫要連續飽滿。焊好后的樁接頭自然冷卻后才可以繼續施壓,焊頭自然冷卻時間不小于6min,嚴禁用水冷卻或焊好后即壓,以免焊縫接口變脆而被打裂。

(6)靜力壓樁

壓樁是通過主機的壓樁油缸伸縮之力將樁壓入土中,每一次下壓,樁的入土深度為1m,然后輪夾→上升→再夾→再壓,如此反復,直至將一節樁壓入土中。壓樁時,從兩個互成90°角的方向設立吊錘線,派專人校核樁身垂直度,以防止壓樁時引起樁尖遇到地下不明物或其它原因發生樁身傾斜。

(7)焊接接樁

當需要接長樁管時,其入土部分的樁頭高出地面0.5～1.0m。接樁采用焊接,焊接時先在坡口周圍上對稱點焊4～6點,待上下樁節固定后,再分層施焊,施焊由兩個焊工對稱進行。焊好后的樁接頭應自然冷卻方可繼續錘擊,自然冷卻時間不宜少于8min,嚴禁用水冷卻或焊好后即打。

(8)送樁

因設計樁頂標高不一,部份樁需送樁,最大送樁深度為1m。送樁采用專用送樁器,送樁器用鋼板制作,長約7m。操作時,先吊起送樁器,送樁器的下端面緊挨上管樁的端面,中心線對齊,保證垂直度滿足要求后再加壓,直到送樁至設計標高。

(9)穩樁

當壓樁力已達到兩倍單樁豎向承載力特征值或樁端已到達持力層時,隨即進行穩壓。當樁長小于10m時,穩壓5次,貫入度值不超過20mm;其余的樁穩壓3次,貫入度值不超過25mm。

(10)截樁

施工完成后,按設計樁頂標高對樁進行截樁處理。截樁采用專門的據樁器,由專門人員操作。嚴禁采用大錘橫向敲擊截樁或強行反拉截樁。

(11)樁底封底混凝土澆筑

終樁后立即往樁孔中灌注入不小于2m高的C30混凝土進行封底。混凝土封底前,檢查孔底是否存在積水現象;如出現積水,則排除孔水積水后再進行混凝土封底施工。樁底封底混凝土每臺班按規定留取砼試件。

6 施工結果

本次施工完成錘擊樁58條,靜壓樁266條。施工完成后,根據建設、監理、檢測、質監、設計、勘察等單位的意見,按照相關規定要求,確定了檢測方法及數量、樁號。具體檢測情況如下:

(1)根據相關檢測規范,本次小應變應檢測樁137根,實檢137根,經檢測:判定Ⅰ類樁128根,Ⅱ類樁9根,Ⅰ類樁占檢測的93.4%,沒有Ⅲ、Ⅳ類樁。已檢樁樁身完整性符合設計及規范要求。

(2)靜載試驗分錘擊和靜壓兩種工藝檢測。

①錘擊樁:靜載試驗抗拔應檢測3根,實際檢測3根;豎向抗壓應檢測2根,實際檢測2根;已檢樁承載力滿足設計及規范要求。

②靜壓樁:靜載試驗抗拔應檢測3根,實際檢測4根;豎向抗壓應檢測2根,實際檢測3根;已檢樁承載力滿足設計及規范要求。

單位工程達到施工合同約定的工程質量合格等級,評定合格。

7 結束語

預應力管樁以其成本低、效率高、對周圍環境影響小等優點被建筑工程廣泛采用。特別是在廣東沿海地區,對于濱海漫灘地貌中,下臥較厚淤泥層,采用鉆、沖孔樁基較難成孔,人工挖孔樁危險性較大等因素,預應力管樁有著其獨特的優勢。然而,對于遇到強風化硬夾層、場地內孤石等情況往往容易造成沉樁困難甚至斷樁等質量事故的發生,須謹慎采用。