论文部分内容阅读
【摘 要】预应力管桩在天津地区建筑工程施工中的应用已十分普遍，由于其造价低、承载力高、环境污染小、进度快等优点而备受设计者们采用。本文从工程地质及打桩施工的角度，来分析静压预应力管桩在某教学楼施工中可能会遇到的问题及应对措施，进而完善预应力管桩施工工艺。
【关键词】预应力工程地质打桩施工静压
0.概述
静压预应力管桩以其独特的单桩承载力大、噪声低、施工进度快、投入造价低，目前广为建设单位及业界所采用。但是，静压预应力管桩也有桩机对场地的耐力要求、适用地质条件比较苛刻、容易产生挤土效应、抗剪能力差等缺点。预制桩桩体的质量、操作工人的技术熟练程度、机长的工程经验以及工程管理人员的技术水平、责任心等等因素又都是保证静压PHC管桩工程质量的重要因素。
1.工程概况
本项目地处天津市河西区，地上4～5层，无地下室，框架结构。本工程设计人拟采用预应力管桩基础，桩基设计等级为乙级，管桩类型为PHC-A500（120），总桩数为916根。有效桩长20m～23m，桩端持力层在粉土中，静压施工。
2.场地土层地质条件
天津地处华北平原，属冲积、海积低平原地貌单元，场地地形较平坦。根据《天津市地基土层序划分技术规程》（DB/T29-191-2009）；《巖土工程技术规范》（DB29-20-2000）第3.2条、附录A及本次勘察资料，该场地埋深45.00m深度范围内，地基土按成因年代可分为以下8层，按力学性质可进一步划分为15个亚层。人工填土层；新近冲积层（Q43Nal）；全新统上组陆相冲积层（Q43al）：包括第一亚层粉质粘土（地层编号4a），第二亚层粉土（地层编号4b）；全新统中组海相沉积层（Q42m）：包括第一亚层粉质粘土（地层编号6a），第二亚层淤泥质粘土（地层编号6b），第三亚层粉质粘土（地层编号6c），局部夹粉土透镜体；全新统下组沼泽相沉积层（Q41h）；全新统下组陆相冲积层（Q41al）：第一亚层，粉质粘土（地层编号8a），第二亚层，粉土（地层编号8b）；上更新统第五组陆相冲积层（Q3eal）；上更新统第三组陆相冲积层（Q3cal）：第一亚层，粉土（地层编号11a），第二亚层，粉质粘土（地层编号11b），第三亚层，粉土（地层编号11c），第四亚层，粉质粘土（地层编号11d）。
根据本次勘察资料，地基土竖向成层分布，部分层位水平方向岩性有所差异，砂粘有所变化，力学性质有所差异，顶（底）板标高有所起伏，主要表现在：8b粉土顶板有所起伏，局部夹粉质粘土透镜体，对预制桩沉桩有一定影响。本场地其它各层土总体上是均匀、稳定的。
3.预制管桩施工
3.1施工准备工作
⑴熟悉图纸，充分理解设计者的意图，做好图纸会审和设计交底工作，收集相关的水文地质资料及地下管网的资料，做好障碍物的清除与管线的保护工作，保证施工场地“三通”通畅。
⑵认真做好轴线的引测工作，现场设置三个以上控制点，用混凝土保护好。将校验的水准点引测到现场较为牢固的位置。
⑶开工前对进场的全液压静力压桩机做全面系统的检查工作，做好各部位的保养和润滑。其他需要准备或校准的仪器、设备有：全站仪、水准仪、长卷尺、米尺、电焊机、焊条、铁钉等。
3.2静压管桩施工工艺
先张法预应力混凝土管桩的运输和压桩应在桩身混凝土龄期14天（混凝土强度达100%）之后，且常压蒸汽养护后在常温下静置7d后方可进行。周围建筑物、地下管线或桩相对密集时打桩应采取必要措施加强保护并做好监测记录。
4.本项目在施工过程中可能产生的问题及其注意事项
4.1挤土效应
挤土效应产生的原因主要有静压预应力管桩的施工方法不符合施工实际，或者是采用了不当的施工程序所致，有时是因为成桩数量过多，致使压桩速率大，布桩密度过高等原因也会导致挤土效应。
为了降低这种影响，我们可以通过在建筑工程施工过程中缩短压桩的停歇时间来实现，因为施工的停歇时间越长，原桩体挤土后所产生的摩擦阻力就会越大，对后续的沉桩施工产生的困难就越大。
4.2沉桩达不到设计图纸要求
沉桩达不到设计要求是由于有些土质结构比较复杂，甚至还存有大石块或者建筑物遗留下来的老地基，这些都是静压预应力管桩沉桩的障碍问题，很多桩机及其配重都比较小，根本无法穿越这样的硬性结构，给施工带来较大困难。所以在沉桩之前要进行土质表层构造的探测，查明后要开挖去除这些障碍物，桩机的选择也要与管桩桩径、桩长相匹配，选择合适的机型和配重的桩机能够收到事半功倍的效果。
4.3压桩时出现桩身破坏，也称爆桩
根据施工情况统计总结，造成爆桩的原因有以下几种：
⑴桩身质量缺陷，分外部缺陷与内部缺陷两种：外部缺陷一般存在尺寸不规范、端头板不平直、管壁厚度不符合规范要求等。内部缺陷主要存在桩身混凝土不密实、风化碎石含量偏高、强度达不到要求或养护期不够。针对桩身质量缺陷而引起的爆桩，应事先选择信誉好、管理制度及质量保证体系健全的制桩单位，并加强对进场管桩的检查验收。
⑵地质问题，由于砂层其沉积规律存在上细下粗的颗粒，沉桩阻力随着进入砂层的深度增加而增大，并且砂层随着不断的压桩越挤越密实，施工时发生爆桩的几率最大。
针对地质问题引起的爆桩，可采取以下措施：对层厚大、密实度高的砂层，针对现场实际情况可采取封闭桩尖、增加桩机吨位、原位引孔等措施；但如砂层太厚，建议更改桩型。
⑶施工不规范，操作不当。在施工过程中，不按照施工规范及设计要求进行操作，也极易引起爆桩，主要有：①桩身垂直度偏差过大，特别是第一节桩身垂直度控制不好，易造成第二、三节偏斜，在压桩过程中桩身偏心受力过大；②端部错口偏差超过规范要求，接桩间隙过大且不均匀等。在压桩过程中，形成桩身偏心受力引起爆桩；③压桩力过大超过桩身极限承载力；④送桩器与桩端头接触不良而引起应力相对集中现象，引起桩端爆裂。
针对施工不规范采取的措施：①加强对施工人员的教育，提高质量意识和责任心；②加强施工过程中垂直度、端部错口、桩端间隙、焊接质量等关键节点的检查，确保符合规范要求，操作人员、质量检查人员做好节点的自检、互检、交接检查工作。
施工中发生爆桩，应及时报告业主单位，请求设计单位出具应对方案；开挖后进行低应变发现的应确定桩身破坏位置，经设计确认后可以采取内加固法或外加固法处理。
4.4剪切破坏
管桩的剪切破坏主要原因是工程桩成桩后，周边受力环境发生变化，产生较大的剪切应力，超过了管桩承受力范围。如单侧增加了极大的堆载产生的剪切应力，靠近水系潮汐产生的剪切应力，砂层的流动产生的剪切应力，施工造成的应力集中等。
防治措施：不得在成桩后单侧大规模堆载，如堆土方；一般砂层可能产生流动主要也是靠近水系，因此靠近水系有较厚砂层的建议不采用管桩，如采用管桩，设计时应考虑加大成桩密度，增强桩基的整体抗剪能力，或在高位整排设置抗剪节点、抵抗砂层流动产生的剪力。桩机施工时应注意同一承台内的群桩，需接桩的接头不宜在同一截面内，应相互错开，避免产生土压力以及水压力效应较大时，对整体桩身产生剪切破坏。
5.总结
前几年在上海发生的管桩由于剪切破坏引起住宅楼倒塌事故一度对预应力管桩的使用产生了质疑，但静压管桩的优势明显的，如何在使用中更好地在经济、质量、安全方面进行合理的设计和施工，就是摆在我们面前急需解决的问题，笔者通过做过几个预应力管桩项目，总结出上边几点经验供大家参考。每个项目都有每一个项目的特殊性，相信本项目也不例外，在本项目施工前笔者对在施工中可能遇到的几点问题做了简单的分析。
参考文献：
[1]JGJ106-2003，建筑基桩检测技术规范[S].
[2]杨志武，刘国亮，杨雄健.静压预应力管桩施工中的常见问题分析与防治[J].山西建筑，2009
[3]庄少坚.静压PHC管桩施工问题分析与讨论[J].福建建筑，2010
【关键词】预应力工程地质打桩施工静压
0.概述
静压预应力管桩以其独特的单桩承载力大、噪声低、施工进度快、投入造价低，目前广为建设单位及业界所采用。但是，静压预应力管桩也有桩机对场地的耐力要求、适用地质条件比较苛刻、容易产生挤土效应、抗剪能力差等缺点。预制桩桩体的质量、操作工人的技术熟练程度、机长的工程经验以及工程管理人员的技术水平、责任心等等因素又都是保证静压PHC管桩工程质量的重要因素。
1.工程概况
本项目地处天津市河西区，地上4～5层，无地下室，框架结构。本工程设计人拟采用预应力管桩基础，桩基设计等级为乙级，管桩类型为PHC-A500（120），总桩数为916根。有效桩长20m～23m，桩端持力层在粉土中，静压施工。
2.场地土层地质条件
天津地处华北平原，属冲积、海积低平原地貌单元，场地地形较平坦。根据《天津市地基土层序划分技术规程》（DB/T29-191-2009）；《巖土工程技术规范》（DB29-20-2000）第3.2条、附录A及本次勘察资料，该场地埋深45.00m深度范围内，地基土按成因年代可分为以下8层，按力学性质可进一步划分为15个亚层。人工填土层；新近冲积层（Q43Nal）；全新统上组陆相冲积层（Q43al）：包括第一亚层粉质粘土（地层编号4a），第二亚层粉土（地层编号4b）；全新统中组海相沉积层（Q42m）：包括第一亚层粉质粘土（地层编号6a），第二亚层淤泥质粘土（地层编号6b），第三亚层粉质粘土（地层编号6c），局部夹粉土透镜体；全新统下组沼泽相沉积层（Q41h）；全新统下组陆相冲积层（Q41al）：第一亚层，粉质粘土（地层编号8a），第二亚层，粉土（地层编号8b）；上更新统第五组陆相冲积层（Q3eal）；上更新统第三组陆相冲积层（Q3cal）：第一亚层，粉土（地层编号11a），第二亚层，粉质粘土（地层编号11b），第三亚层，粉土（地层编号11c），第四亚层，粉质粘土（地层编号11d）。
根据本次勘察资料，地基土竖向成层分布，部分层位水平方向岩性有所差异，砂粘有所变化，力学性质有所差异，顶（底）板标高有所起伏，主要表现在：8b粉土顶板有所起伏，局部夹粉质粘土透镜体，对预制桩沉桩有一定影响。本场地其它各层土总体上是均匀、稳定的。
3.预制管桩施工
3.1施工准备工作
⑴熟悉图纸，充分理解设计者的意图，做好图纸会审和设计交底工作，收集相关的水文地质资料及地下管网的资料，做好障碍物的清除与管线的保护工作，保证施工场地“三通”通畅。
⑵认真做好轴线的引测工作，现场设置三个以上控制点，用混凝土保护好。将校验的水准点引测到现场较为牢固的位置。
⑶开工前对进场的全液压静力压桩机做全面系统的检查工作，做好各部位的保养和润滑。其他需要准备或校准的仪器、设备有：全站仪、水准仪、长卷尺、米尺、电焊机、焊条、铁钉等。
3.2静压管桩施工工艺
先张法预应力混凝土管桩的运输和压桩应在桩身混凝土龄期14天（混凝土强度达100%）之后，且常压蒸汽养护后在常温下静置7d后方可进行。周围建筑物、地下管线或桩相对密集时打桩应采取必要措施加强保护并做好监测记录。
4.本项目在施工过程中可能产生的问题及其注意事项
4.1挤土效应
挤土效应产生的原因主要有静压预应力管桩的施工方法不符合施工实际，或者是采用了不当的施工程序所致，有时是因为成桩数量过多，致使压桩速率大，布桩密度过高等原因也会导致挤土效应。
为了降低这种影响，我们可以通过在建筑工程施工过程中缩短压桩的停歇时间来实现，因为施工的停歇时间越长，原桩体挤土后所产生的摩擦阻力就会越大，对后续的沉桩施工产生的困难就越大。
4.2沉桩达不到设计图纸要求
沉桩达不到设计要求是由于有些土质结构比较复杂，甚至还存有大石块或者建筑物遗留下来的老地基，这些都是静压预应力管桩沉桩的障碍问题，很多桩机及其配重都比较小，根本无法穿越这样的硬性结构，给施工带来较大困难。所以在沉桩之前要进行土质表层构造的探测，查明后要开挖去除这些障碍物，桩机的选择也要与管桩桩径、桩长相匹配，选择合适的机型和配重的桩机能够收到事半功倍的效果。
4.3压桩时出现桩身破坏，也称爆桩
根据施工情况统计总结，造成爆桩的原因有以下几种：
⑴桩身质量缺陷，分外部缺陷与内部缺陷两种：外部缺陷一般存在尺寸不规范、端头板不平直、管壁厚度不符合规范要求等。内部缺陷主要存在桩身混凝土不密实、风化碎石含量偏高、强度达不到要求或养护期不够。针对桩身质量缺陷而引起的爆桩，应事先选择信誉好、管理制度及质量保证体系健全的制桩单位，并加强对进场管桩的检查验收。
⑵地质问题，由于砂层其沉积规律存在上细下粗的颗粒，沉桩阻力随着进入砂层的深度增加而增大，并且砂层随着不断的压桩越挤越密实，施工时发生爆桩的几率最大。
针对地质问题引起的爆桩，可采取以下措施：对层厚大、密实度高的砂层，针对现场实际情况可采取封闭桩尖、增加桩机吨位、原位引孔等措施；但如砂层太厚，建议更改桩型。
⑶施工不规范，操作不当。在施工过程中，不按照施工规范及设计要求进行操作，也极易引起爆桩，主要有：①桩身垂直度偏差过大，特别是第一节桩身垂直度控制不好，易造成第二、三节偏斜，在压桩过程中桩身偏心受力过大；②端部错口偏差超过规范要求，接桩间隙过大且不均匀等。在压桩过程中，形成桩身偏心受力引起爆桩；③压桩力过大超过桩身极限承载力；④送桩器与桩端头接触不良而引起应力相对集中现象，引起桩端爆裂。
针对施工不规范采取的措施：①加强对施工人员的教育，提高质量意识和责任心；②加强施工过程中垂直度、端部错口、桩端间隙、焊接质量等关键节点的检查，确保符合规范要求，操作人员、质量检查人员做好节点的自检、互检、交接检查工作。
施工中发生爆桩，应及时报告业主单位，请求设计单位出具应对方案；开挖后进行低应变发现的应确定桩身破坏位置，经设计确认后可以采取内加固法或外加固法处理。
4.4剪切破坏
管桩的剪切破坏主要原因是工程桩成桩后，周边受力环境发生变化，产生较大的剪切应力，超过了管桩承受力范围。如单侧增加了极大的堆载产生的剪切应力，靠近水系潮汐产生的剪切应力，砂层的流动产生的剪切应力，施工造成的应力集中等。
防治措施：不得在成桩后单侧大规模堆载，如堆土方；一般砂层可能产生流动主要也是靠近水系，因此靠近水系有较厚砂层的建议不采用管桩，如采用管桩，设计时应考虑加大成桩密度，增强桩基的整体抗剪能力，或在高位整排设置抗剪节点、抵抗砂层流动产生的剪力。桩机施工时应注意同一承台内的群桩，需接桩的接头不宜在同一截面内，应相互错开，避免产生土压力以及水压力效应较大时，对整体桩身产生剪切破坏。
5.总结
前几年在上海发生的管桩由于剪切破坏引起住宅楼倒塌事故一度对预应力管桩的使用产生了质疑，但静压管桩的优势明显的，如何在使用中更好地在经济、质量、安全方面进行合理的设计和施工，就是摆在我们面前急需解决的问题，笔者通过做过几个预应力管桩项目，总结出上边几点经验供大家参考。每个项目都有每一个项目的特殊性，相信本项目也不例外，在本项目施工前笔者对在施工中可能遇到的几点问题做了简单的分析。
参考文献：
[1]JGJ106-2003，建筑基桩检测技术规范[S].
[2]杨志武，刘国亮，杨雄健.静压预应力管桩施工中的常见问题分析与防治[J].山西建筑，2009
[3]庄少坚.静压PHC管桩施工问题分析与讨论[J].福建建筑，2010