在软土地基中进行静压桩施工或基坑开挖时,经常会遇到因工程桩偏移、倾斜、弯折甚至断裂而必须进行纠偏、补强等棘手问题。本文通过软土地基上某工程的预应力管桩静压施工、纠偏和补强实例,介绍和讨论了预应力管桩纠偏、补强的原理和施工方法,并提出了一些建议,以供同类工程设计和施工参考。
该工程是一幢办公楼,位于广州市开发新区,南面紧临珠江,地形为梯形,地质情况复杂。该办公楼为5层框架结构,总建筑面积6924m2。设计采用静压施工PTC550~70预应力管桩,设计要求桩端进入(5)层(粉质粘土)≥2000mm,单桩极限承载力2100k N,单桩设计承载力特征值1050k N。总桩数为190根。
根据区域地质资料,该场地上部主要为填土,中部为海相沉积的粘性土层,下部为陆相沉积物。各土层厚度分布不均匀,自上而下依次为:(1)1杂填土:灰褐色、灰黄色,夹有少量碎砖、石子,层厚0.6~1.1m;(1)2素填土:灰褐色、灰黄色,主要为粘性土的耕植土,含大量植物根茎和有机质,局部含少量碎砖、石子等,厚0.5~0.7m;(2)粉质粘土:灰黄色,软塑,局部流塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,含有机质和腐殖质,层顶高程为0.41~1.23m,层厚0.6~1.1m;(4)淤泥质粉质粘土:灰色,流塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,含有机质和腐殖质,见少量贝壳碎屑,层顶高程为-0.33~0.33m,层厚7.5~9.3m;(5)1粉质粘土:灰黄色、黄褐色,可塑,局部软塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,含氧化铁,微层状~层状,层顶高程为-9.39~-7.53m,层厚0.9~6.0m;(5)2粉质粘土:灰黄色、黄褐色,可塑~硬塑,局部软塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,含氧化铁,微层状~层状,层顶高程为-12.45~-8.47m,层厚3.0~6.5m;(5)3粘土:灰黄色、灰色,可塑,局部软塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,含氧化铁,层顶高程为-15.54~-13.47m,层厚0.8~3.8m;(5)4粉质粘土:灰黄色、黄褐色,硬塑,局部可塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,含氧化铁,微层状~层状,层间局部夹有少量粉土,层顶高程为-19.25~-15.27m,层厚7.2~12.4m;(6)粉质粘土:灰色、黄褐色,软塑,局部可塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,层顶高程为-27.99~-25.53m,层厚1.9~3.2m;(7)粉质粘土:灰黄色、黄褐色,可塑,局部硬塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,含氧化铁,夹有少量钙质结核,微层状~层状,层顶高程为-30.79~-27.53m。各层土的物理性质指标如表1所示。勘察期间地下水位为0.7~1.7m,相当于国家高程的-0.03~1.11m。
工程桩为预应力管桩,采用静力法压桩,施工压桩力为1050k N。施工路线,由北向南往返,从东向西逐排推进。
打桩工程在1个月内结束,平均每天压桩6~7根。压桩深度以设计桩顶标高控制为主。土方开挖采用YW﹣100挖掘机,由中间开始,从北向南反铲挖土,挖土深度小于1.5m,未放坡,且一次性开挖至设计标高。两天后发现局部有斜桩,马上停止挖土,在基坑东南两面用松木桩支护。改变挖土顺序,从东往西分层开挖,预留20~30cm人工开挖。基础开挖结束后发现大批工程桩倾斜,对全部190根基桩进行低应变动测,其中Ⅰ、Ⅱ类桩99根,占52.11%,Ⅲ类桩83根,占43.68%,Ⅳ类桩8根,占4.21%。另外,工程桩倾斜、偏位、断裂问题。
工程桩倾斜会降低基桩承载力,同时使桩身产生初始弯矩。将倾斜桩纠偏扶直,使基桩恢复承载力,消除初始弯矩,是较为理想的处理办法。桩身断裂会在断裂处产生横向变形,破坏桩的整体性,降低承载力。应对桩身裂缝部位进行加固,保持桩身整体工作特性。
根据参考文献,桩在土体中的理论变形有3种情况:(1)上节桩桩身弯折;(2)上节桩倾斜;(3)整桩倾斜。该桩基工程桩长21m,由10m(上节),11m(下节)两节桩联结而成。根据地质情况分析,下节桩下部大都嵌于(5)4粉质粘土层,上端嵌于(5)2粉质粘土,基坑挖土偏载不可能影响下节桩的位移,所以整桩倾斜可以排除。上节桩下端少量嵌于(5)1粉质粘土层,上部桩身大部分处在(4)淤泥质粘土层中,侧向约束小,出现(1)和(2)变形均有可能,特别是预应力管桩截面惯性矩小(外径550mm,壁厚70mm),出现上节桩桩身弯折变形的可能性较大。低应变动测证实上述分析和实际情况基本相符,桩身裂缝位置绝大部分在基坑面以下5~8m,最浅在3.4m处,最深在9.4m处。桩的倾斜发生在(4)淤泥质土层中,一个外力使桩上部倾斜反之,借助反方向的另一个外力使倾斜桩复,位也是可能的。
淤泥质粘土压缩性强,孔隙比大,含水量高,从表1可看出(4)淤泥质粘土层的液性指数IL=1.483>1,土体呈流塑状态。该状态下的粘性土,其原状结构一经扰动破坏,强度即降低。利用软土的这一工程特性,在现场选择反力支点,架设水平施力工具(通常为50k N或80k N手动倒链),将倾斜桩多次循环往复拉放,使土层在循环应力作用下产生扰动而减少桩复位的阻力,同时结合应力释放孔,将倾斜桩纠正扶直。纠偏步骤和方法(见图1):(1)确定纠偏桩的先后顺序,架设工作平台与机器设备,并设计运输路线;(2)沿纠偏方向清理地面和地下障碍物(浅层石块);(3)根据工程地质资料和低应变动测资料,在需要纠偏桩的前侧打应力释放孔,直径300mm,以减少纠偏阻力;(4)用前方远端2或3根正常桩作锚桩,纠偏后方1根倾斜桩;(5)拉动水平施力工具,使倾斜桩桩顶向正位方向位移,控制施力速度和大小,待位移达到30~50mm即可放松施力工具,让桩回弹,基本稳定后再次拉动施具,重复上述过程,直到倾斜桩扶直;(6)最后一次拉动施力工具不放松或加临时支撑恒定水平力,24h并在纠偏桩周围空隙中填入密实的中粗砂以,保持桩位稳定。
1-钢丝绳;2-水平施力工具;3-应力释放孔;4-待纠偏桩;5-枕木或槽钢。
尽管设计桩基主要承担竖向荷载但桩在土层中,断裂面不可能都与桩轴垂直。对断裂桩进行纠正和调节就是要使得断裂部位同心接触面重合使上节桩,的竖向力能顺利传至下一节桩,充分发挥下节桩的竖,向承载作用,通过桩芯补强,提高桩的抗弯能力。
根据动测报告,对倾斜的工程桩,将其扶直后,在桩芯用钢筋混凝土补强;对于直桩(倾斜度小于1%)的断裂处直接补强。补强步骤(见图2):(1)钻桩芯至上下节桩焊接面下2m(即12m),清洗桩芯,抽干桩内水;(2)插放钢筋笼,浇注C40微膨胀混凝土,做桩内补强;(3)混凝土浇注3d后,撤除施加的水平力,观测桩位反弹量。
为了检测纠偏扶直后桩的承载力,该工程抽检了根纠偏扶直后的桩,对其进行静载荷试验,这2根桩均为Ⅲ类桩,原倾斜度分别为4%和8%,断裂深度分别为7.8m和7.5m。纠偏后倾斜度<1%,经当地建筑工程质量测试中心现场测试,单桩承载力为2100k N,桩顶总沉降量分别为13.48mm和10.25mm,满足设计要求。可以说倾斜桩经纠偏扶直后,承载力恢复了,基本和正常桩一样。
为尽量减少软土地基中工程桩施工发生偏移、倾斜、弯折和断裂等问题,对预应力管桩的施工提出如下建议:
(1)为避免打桩过程中桩机发生下陷,产生不均匀沉降,静压桩施工场地应平整,桩机及配重应以满足沉桩要求为宜,不宜过重,并尽量避免桩机行走时扰动软土的原状结构。
(2)在软土地基中,基坑开挖时,应高度重视各类基坑(包括浅基坑)的开挖程序和方法,尤其是对挤土的静压预制管桩工程应分层均匀进行,必须加强围护,采取预防挖土时可能产生桩位移和弯折的有效措施。
(3)施工中应严格控制预应力管桩的桩身质量,在桩身混凝土强度达到100%、桩身混凝土龄期达到28d以上后方可施打。
摘要：本文结合工程实例,介绍了预应力管桩纠偏、补强的原理和施工方法,并对预应力管桩的施工提出了一些建议,给工程施工提供参考。
关键词：软土地基,预应力管桩,施工工艺
