浅析建筑工程预应力管桩施工与常见问题及措施

摘　要:本文主要对静压桩的沉桩机理,对其挤土效应、桩身破坏、斜桩等施工质量问题进行了简单分析,并以工程实例阐明其施工的技术措施。

关键词:建筑工程 预应力管桩 沉桩机理 施工技术

引言：

静压法施工是通过静力压桩机的压桩机构以压桩机自重和机架上的配重提供反力而将桩压入土中的沉桩工艺。预应力管桩具备单桩承载力高,施工进度快,污染少,穿越土层能力强,现场施工方便,质量好控制,桩身耗材较低、桩基造价低的特点,作者根据这几年的一些经验,对预应力管桩在沉桩过程中常见问题及防治措施提出粗浅建议。

1　静压桩沉桩机理

(1)沉桩施工时,桩尖进入土体中时原状土的初应力状态受到破坏,随着桩贯入压力的增大,当桩尖处土体所受应力超过其抗剪强度时,土体发生急剧变形而达到极限破坏,土体产生塑性流动或挤密侧移及下拖,在地表处黏性土体会向上隆起,砂性土则会被拖带下沉。在地面深处由于上覆土层的压力,土体主要向桩周水平方向挤开,使贴近桩周处土体结构完全破坏。由于较大的辐射向压力的作用也使邻近桩周处土体受到较大扰动影响,此时,桩身必然会受到土体的强大法向抗力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗,当桩顶的静压力大于沉桩时的这些抵抗阻力,桩将继续\"进入\"下沉。反之,则停止下沉。

(2)压桩时地基土体受到强烈扰动,桩周土体的实际抗剪强度与地基土体的静态抗剪强度有很大差异。随着桩的沉入,桩与桩周土体之间将出现相对剪切位移,由于土体的抗剪强度和桩土之间的粘着力作用,土体对桩周表面产生摩阻力。当桩周土质较硬时剪切面发生在桩与土的接触面上;当桩周土体较软时剪切面一般发生在邻近于桩表面处的土体内。黏性土中随着桩的沉入,桩周土体的抗剪强度逐渐下降,直至降低到重塑强度。砂性土中(除松砂外) ,抗剪强度变化不大,各土层作用于桩上的桩侧摩阻力是一个随着桩的继续下沉而显著减少的变值,桩下部摩阻力对沉桩阻力起显著作用,其值可占沉桩阻力的50%～80%。

(3)黏性土中桩尖处土体在扰动重塑、超静孔降水压力作用下,土体的抗压强度明显下降。砂性土中密砂受松驰效应影响土体抗压强度减少,松散砂受挤密效应影响使土体抗压强度增大,在成层土地基中,硬土中的桩端阻力还将受到分界处黏土层的影响。上覆盖层为软土时,在临界深度以内桩端阻力将随压入硬土内深度增加而增大。下卧为软土时,在临界厚度以内桩端阻力将随压入硬土的增加而减少。

(4)施工中因接桩或其它因素影响而暂停压桩的间歇时间的长短虽对继续下沉的桩尖阻力无明显影响,但对桩侧摩阻力的增加影响较大;桩侧摩阻力的增大值与间歇时间长短成正比,并与地基土层特性有关,因此在静压法沉桩中,应合理设计接桩的结构和位置,避免将桩尖停留在硬夹层中进行接桩施工。

2　静压沉桩的常见问题及防治措施

2. 1　挤土效应和振动影响

原因分析:静压法施工预应力管桩属于挤土类型,往往由于沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动,改变了土体的应力状态,产生挤土效应;桩机施工过程中焊接时间过长;桩的接头较多而且焊接质量不好或桩端停歇在硬夹层;施工方法与施工顺序不当,每天成桩数量太多、压桩速率太快、布桩过多过密,加剧了挤土效应。

防治方法: ①控制布桩密度,对桩距较密部分的管桩可采用预钻孔沉桩方法,孔径约比桩径小50～100 mm,深度宜为桩长的1 /3～1 /2,施工时应随钻随打;或采用间隔跳打法,但在施工过程中严禁形成封闭桩。②控制沉桩速率,一般控制在1 m /min左右;制定有效的沉桩流水路线,并根据桩的入土深度先压持力层较深的桩,后压较浅的桩;若桩较密集且距建筑物较远,场地开阔时,宜从中间向四周进行;若桩较密集而场地狭长,两端距建筑物较远时,宜从中间向两端进行;有围护结构的深基坑中的静压管桩,宜先压桩后再做基坑的围护结构;同时应对日成桩量进行必要的控制。③若桩较密集且一侧离现有建筑物较近时,宜从相邻建筑物的一侧开始,由近向远进行;并布设应力释放孔及开挖防震沟以消除部分超孔隙水压力,及时从释放孔及防震沟中将水不断抽出,在打桩期间一直保持最低水位,缓解孔隙水压力的上升趋势,有效消除挤土效应,控制土体位移;同时控制每日沉桩数量,根据工程实际情况可停打数日使应力逐渐消散后再打。④沉桩过程中应加强临近建筑物、地下管线的观测监护,在可能受影响的范围内布设监测点,监测各点水平与竖向位移增量与累计值,并绘制时间、位移曲线,发现有较大问题应及时采取措施。对靠近特别重要的管线及建筑物处可改用其它桩型。⑤控制施工过程中的停歇时间,避免由于停歇时间过短而摩阻力增大影响桩机施工,造成沉桩困难。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而对整体桩身产生剪切破坏;同时应认真查看地质报告,了解土层分布情况,合理确定桩体组合长度,避免接头处于土层分界处及土层活动较多处,以防土层活动时对桩身的破坏。

2. 2　桩身破坏

原因分析: ①施工过程中由于斜桩现象的出现或桩端、送桩杆不平整导致桩端应力集中,使桩帽滑落或桩头爆裂。②桩机施工压力值超高。③桩机施工过程中桩机擅自移动机架进行校正桩位、桩身垂直度,导致桩身断裂;施工结束后人工凿桩野蛮施工以及桩机施工后不合理的土方开挖。④桩身材料质量问题。防治方法: ①选用桩机合理有效的施工方法,控制桩身的垂直度,避免斜桩的发生。②控制好桩机施工终止条件,对纯摩擦桩终止条件宜以设计桩长为控制条件;对长度大于21 m的端承摩擦桩,宜以设计桩长控制为主, 终压力值作对照; 对长14 ～21 m静压桩,应以终压力达满载值为控制条件,开挖后采用截桩处理;当压力值未能达到设计要求但

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