管樁質量控制在彈性體項目中的應用

周國忠

(中國石化上海石油化工股份有限公司,上海 200540)

隨著現代建筑施工工藝的發展,高層建筑、超大廠房等上部受荷載較大的建筑越來越多。建筑物上部受到的荷載變大,導致天然地基不能承受上部荷載,需要使用人工地基提高地基承載力。將上部荷載有效傳遞到下部持力層,提高地基承載力,常用的方法有使用預制鋼筋混凝土管樁、鉆孔灌注樁和鋼管樁等。因預制樁具備適用范圍較廣、易批量生產、樁體成型質量易控制、不受地下水位影響、拼接簡單、承載能力強、沉降變形量小、施工速度快等優點,被廣泛應用于地基處理。文章以上海金山巴陵新材料有限公司250 kt/a熱塑性彈性體項目的管樁質量控制過程和最終的檢測結果為例,探討管樁質量控制對工程質量控制的必要性及重要性。

1 工程概況

上海金山巴陵新材料有限公司250 kt/a熱塑性彈性體項目為上海市2022年重大產業項目,項目的建設單位:上海金山巴陵新材料有限公司;設計單位:湖南百利工程科技股份有限公司;監理單位:上海金申工程建設監理有限公司;樁基施工單位:上海中錢聯合基礎工程有限公司。本項目總樁數約8 000套,樁基礎采用PHC預制管樁,混凝土強度為C80,樁徑為400～500 mm,樁長為25～43 m,管樁型號分別為PHC-400-AB(95)和PHC-500-AB(125)。為保護環境,防止施工擾民,該工程管樁采用“靜壓法”沉樁方式進行施工,單樁承受設計荷載最大為1 000 kN或1 500 kN。

2 預制管樁質量控制要點

根據設計提供的預制管樁設計施工說明,管樁的質量控制主要有以下幾點:

(1)預制管樁樁身質量控制。預制管樁的沉樁應在樁身混凝土強度達到設計強度100%后才能進行,并對預制混凝土進行外觀質量檢查。

(2)預制管樁施工定位控制。預制管樁沉樁前應根據樁位平面圖,準確放線,定出樁位,經復驗合格后方可進行沉樁施工。沉樁過程中如發現沉樁數據異常,樁身傾斜、位移、樁身或樁頭破損等異常情況時,應停止沉樁,查明原因并及時通知業主及設計人員研究解決,待進行必要的處理后,方可繼續施工。沉樁時如發現地質條件與勘察資料明顯不符,應停止沉樁,查明原因并及時通知勘察及設計人員現場研究解決。

(3)預制管樁沉樁過程中垂直度控制。沉樁應確保樁帽、送樁器和樁身在同一中心線上,垂直樁第一節插入地面時的垂直度偏差不得超過0.25%,且最大值不應大于50 mm。沉樁過程中應經常觀測樁身的垂直度和傾斜度,垂直樁樁身垂直度偏差不得超過0.5%。當樁尖進入硬土層后,嚴禁用移動機架等方法強行糾偏,每一根樁應一次性連續壓到底,接樁、送樁應連續進行,中間不得無故停歇。

(4)預制管樁焊接過程控制。接樁采用接頭焊接連接,接樁處鋼零件涂刷快干型水性環氧涂層(50 μm),并在接頭處用膠帶纏繞保護。接樁時,焊接前應先確認預制樁接頭質量合格,上下端板表面應清理干凈,并清除油污和鐵銹。焊接時宜先在坡口周圍對稱電焊4點～6點,待上下節樁固定后拆除導向笸再分層施焊,施焊應對稱進行。焊接采用手工焊接或二氧化碳保護焊,焊接層數不得少于3層,且逐層進行,內層焊渣必須清理干凈后方可施焊外一層,焊縫應飽滿、連續,且根部必須焊透。焊接質量應符合《鋼結構工程施工質量驗收標準》(GB 50205—2020)的有關規定,內部缺陷超聲波探傷評定等級為Ⅲ級,檢驗等級為B級。焊接接頭應在自然冷卻后方可繼續施工,手工焊接時冷卻時間不應少于10 min,二氧化碳保護焊時冷卻時間不應少于8 min。嚴禁用水冷卻或焊好后立即沉樁。

(5)預制管樁施工質量驗收控制。根據《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ 106—2014)和《建筑基樁檢測技術規程》(DGJ 08-218—2003)有關規定,單樁豎向承載力采用靜載試驗進行檢測,樁身完整性檢測采用低應變法檢測。

3 預制管樁施工過程質量控制

上海金山巴陵新材料有限公司250 kt/a熱塑性彈性體項目樁基礎采用PHC預制管樁。

3.1 預制管樁成品和外觀的質量控制

預制管樁施工前的質量控制分為樁身成品和外觀的質量控制。

預制管樁采用的是工廠預制,在工廠中進行支模,編制鋼筋籠、澆筑混凝土。因混凝土強度為C80,采用的是早強混凝土進行澆筑,在養護室養護3～5天就可以出廠,所以對預制管樁的鋼筋和混凝土進行檢測是很有必要的,預制管樁廠家提供的鋼筋和混凝土檢測結果如表1～2所示。

表1 預制管樁鋼筋檢測結果

表2 混凝土檢測結果

根據監理在管樁廠現場的檢查和廠家提供的鋼筋和混凝土試驗檢測結果,可以知道預制管樁的質量合格,滿足出廠條件。

預制管樁出場進入施工場地之后,還需要對預制管樁進行尺寸偏差檢測和管樁外觀質量檢查(見表3)。

表3 預制管樁尺寸偏差檢測結果

根據現場尺寸檢測的結果可知,進場的預制管樁的尺寸滿足設計和規范要求,鋼筋保護層厚度也在規范要求的范圍內。然而從預制管樁的外觀檢查圖片中可以看出,預制管樁端部存在模板不合格導致的混凝土漏縫和漏漿等情況。由于預制管樁外觀檢查不合格,預制管樁需要退場,重整補漿或者改發另一批預制管樁。

3.2 預制管樁的接樁焊縫檢測、樁身垂直度和樁位偏差的控制

根據預制管樁的施工順序,施工過程中預制管樁的質量控制依次為接樁焊縫檢測、樁身垂直度檢測和樁位偏差。

以4#～6#試樁為例,對管樁的接樁焊縫進行檢測。根據設計要求,管樁接樁時根部位置必須焊透,且焊接質量應符合GB 50205—2020的有關規定,內部缺陷超聲波探傷評定等級為Ⅲ級,檢驗等級為B級,現場檢測管樁焊縫時,檢測長度1 570 mm。因為管樁端部法輪盤的厚度為20 mm,焊縫焊接厚度要求不小于12 mm,現場條件限制無法采用二次反射進行探傷掃查,所以焊縫檢測時采用一次反射進行探傷掃查。又因為樁端部位為薄鋼板,所以檢測探頭采用K值較大的5Z8×12K3型斜探頭進行探傷。焊縫檢測結果如表4所示,根據焊縫檢測結果可以知道試樁焊接質量良好。管樁焊縫的質量控制除了焊縫超聲波探傷外,還需要控制焊縫的外觀、焊縫的冷卻時間和焊縫的接頭保護,這些因素都將影響管樁的施工質量。

表4 管樁焊縫檢測結果

管樁焊縫冷卻10 min之后,進行下一步施工,在施工過程中管樁的垂直度采用全站儀進行觀測,判斷管樁的垂直度是否在規范要求的范圍內。施工過程中管樁垂直度的要求為第一節插入地面的垂直偏差不得超過0.25%,且最大值不應大于50 mm,沉樁過程中最終垂直樁樁身垂直度偏差不得超過0.5%。經過現場觀測4#～6#試樁的樁身垂直度偏差的結果如表5所示。

表5 樁身垂直度偏差和傾斜率

根據上述測量結果可以知道,4#試樁和6#試樁的垂直度在設計滿足的要求范圍內,而5#試樁的垂直度偏差大于設計要求的范圍,垂直度不滿足設計要求。

當整個沉樁過程完成后,采用測量儀器對樁位偏差進行測量。檢測結果發現:4#和5#試樁在東平面分別偏差5 cm和2 cm;6#試樁在南平面偏差6 cm。4#～6#試樁在設計文件中同屬于SZ-4組,根據規范,樁數為2～4時,樁位偏差允許范圍為10 cm,故4#～6#試樁的樁位偏差在規范要求的范圍內。

3.3 預制樁的施工結束后的樁身質量驗收

對于預制樁的樁身質量驗收,第一步進行的是樁身完整性的檢測,采用的具體檢測方法為低應變反射波法。250 kt/a熱塑性彈性體項目4#～6#試樁的樁長為43 m,樁徑為500 mm,混凝土強度為C80。靜載荷試驗前后樁身完整性檢測結果如表6所示。

表6 靜載試驗前后試樁樁身完整性檢測結果

根據低應變反射波法的檢測結果,5#試樁的樁身在靜載試驗之后出現嚴重缺陷,該缺陷導致的原因為靜載試驗過程中5#試樁樁身發生嚴重破壞。

第二步為試樁單樁豎向抗壓承載力檢測。對比4#試樁和5#試樁的單樁豎向抗壓承載力試驗曲線,可知5#試樁在靜載試驗最后一級單樁豎向沉降過大,最終的極限承載力判斷為4 500 kN,與設計要求的5 000 kN存在一定的差距。分析原因為在靜載過程中當樁身承受極限荷載5 000 kN時樁身發生破壞,發生破壞的位置為低應變檢測結果顯示的樁頂下2.0 m的距離。因樁身發生脆性破壞,從而導致樁身豎向位移過大,達到破壞停止試驗條件,最終判定樁身極限承載力為4 500 kN,小于設計要求的5 000 kN。

3.4 施工質量驗收注意事項

(1)施工之前的預制管樁鋼筋、混凝土檢測和預制管樁尺寸和外觀檢測,可以在施工之前保證進入施工現場的管樁質量良好,防患于未然。

(2)施工過程中的焊接質量、樁身垂直度和樁偏位的控制對后期的過程質量會產生重要影響,焊接質量的好壞決定了樁身完整性。如果焊接質量不好將會在低應變信號中體現,樁身垂直度會對樁身承載力產生重要影響,5#試樁的垂直度不滿足要求最終導致在承載力試驗過程中樁頭出現破損和承載力降低。

(3)施工之后質量驗收進行的低應變檢測和承載力檢測是質量把控的最后一道關卡,尤為重要。

4 結語

管樁施工之前的質量控制、施工過程中的質量控制和施工之后的質量驗收對提高管樁施工質量起到了至關重要的作用。它能全方面地診斷預制管樁的施工過程和質量結果,做到有跡可查、有據可依,預制管樁質量控制的前后照應、相互印證,給施工質量加上了三道“保險”。管樁基礎施工質量良好,使得上部結構能在良好的施工基礎上進行施工,保證整個工程的施工質量。上海金山巴陵新材料有限公司250 kt/a熱塑性彈性體項目在預制管樁施工全過程的質量控制,值得在后續施工過程中或者其他項目中大面積推廣應用。