软土地基中预应力混凝土管桩的选用与施工

软土地基中预应力混凝土管桩的选用与施工

吴学锋

(杭州广厦建筑监理有限公司,浙江杭州　310009)

[摘要]预应力混凝土管桩具有施工进度快、干作业、静压桩的噪声低、造价省、有很高的轴向承载力等众多特点,但

其抗拉、抗裂强度差,在软弱土地基中易断桩和桩位严重偏位,为此提出施工方法及注意点。

[关键词]软土地基;预应力混凝土管桩;施工[中图分类号]T U753165

[文献标识码]A [文章编号]100228498(2008)0120031203

Selection and Construction of Prestressed Concrete Pipe

Piles for Soft Soil Foundation

WU Xue 2feng

(Hangzhou Guangsha Engineering Construction Supervision Co .,Ltd .,Hangzhou ,Zhejiang 310009,China )

Abstract :Prestressed concrete pipe piles have many advantages ,such as fast construction progress ,stem operations ,low noise as well as static piles ,low cost ,and high axial bearing capacity ,however ,its tension strength and anti crack capacity are poor.In the s oft ground ,they could be broken easily ,and may deviate from original position seriously.Therefore ,the anthor puts forward s ome measures.K ey w ords :s oft s oil foundation ;prestressed concrete pipe piles ;construction [收稿日期]2007206206

[作者简介]吴学锋(1974—

),男,江苏如皋人,杭州广厦建筑监理有限公司总师办主任,浙江省杭州市梅花碑8号轻纺大厦7楼　310009,电话:(0571)85672822

软弱土是指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土的统称。由软弱土组成的地基称为软土地基。这类土广泛分布于我国东南沿海和内陆江河湖泊湿地的周围。其特性为:含水量高、抗剪强度低、压缩性高、渗透性小、具有明显的结构性和很大流变性。该类土质往往不能作为天然地基。桩基础工程在该类土层中也存在明显的质量隐患。对灌注桩而言,易发生断桩和缩颈等质量问题。

预应力混凝土管桩具有施工进度快、干作业、静压桩的噪声低、造价省等众多特点,故在地质条件允许及抗震烈度小于7度的地区,目前大多数工程优先选择采用预应力混凝土管桩。但很多设计在软土地基的预应力混凝土管桩选择上往往存在失误,施工单位也未针对软土的特性采取相应的措施,导致桩基完成后动测结果显示有大量的断桩存在,以及桩位严重偏位。

预应力混凝土管桩具有很高的轴向承载力,但其抗拉及抗裂强度很差,且断桩常发生在打桩过程和挖土过程中,当上部结构荷载产生后,由于对桩体的压应力,此时已不易产生断桩。根据对地质条件相近、临近杭州西溪湿地的9个单位工程的预应力混凝土管桩动测结果进行统计归类得出:无基坑的桩的断裂主要在桩顶8m 以内的焊缝位置,因配桩不当引起。而有基

坑的桩的断裂主要在桩顶8m 以内的焊缝位置和桩顶

3～6m 的范围,主要因配桩不当和土方开挖引起。薄

壁桩的断裂是厚壁桩的3倍左右。桩位严重偏位超出规范要求的占总桩数的15182%。

1　桩在软土中的受力特点111　软硬土交界处

由于打桩速度快,土体运动加剧,导致对先成桩的挤压力很大,如果下部土层坚硬或有坚硬夹层,可能导致桩体在软硬土交界部位产生横向裂缝。如图1所示

。

图1　土体挤压使桩在软硬土交界部位

产生的横向裂缝示意

当桩在向下施压下沉的过程中,桩给周边的土施以压应力,土体需要释放应力,就会移动变形,由于上

2008年1月第37卷　第1期施　工　技　术

C ONSTRUCTI ON TECH NO LOGY

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部土层的约束小于下部土层,土体产生水平位移和上升位移,这种位移导致土体对成桩上部的侧向挤压加大,使桩受弯断裂。

当然,也不是越近地表这种压力越大,由于离沉桩越远的部位越近地表的土体向上的变形约束越小,土体可向上位移,土体隆起,对侧向的压力也逐渐减小。具体对已成桩的压应力如图2

所示。

图2　后沉桩对已成桩的影响应力及土体位移

112　焊缝位置处

焊缝位置是管桩的薄弱位置,其抗裂弯矩较桩管部位小,且该部位易产生应力集中。故在焊接质量不良、挤土严重的地区,管桩的裂缝有60%发生在焊缝位置。故在软土地基中,应重视管桩的焊接质量的检查。

做到三人三边三遍围焊。焊缝自然冷却后入土(冷却时间≥8m in ),防止焊缝脆裂。同时配桩时要参照地质报告,避免接头在软硬交界的软土层2m 范围内。因为坚硬土层具有嵌固作用,软土的流动挤压使桩在软硬交界的软土层2m 范围内的弯矩很大,极易达到桩的抗裂弯矩。

113　桩头3～6m 的范围内

图3　

挖土机械的运行产生断桩位置及自重对桩体侧压影响线

由于桩工机械、挖土机械的运行以及临近基坑边的土体压力易导致桩头3～6m 的范围内发生断裂,而且这种断裂往往伴随桩头严重位移甚至桩体错位。

1)桩工机械的重量很大,当桩头离地表仅有1m 左

右时,桩工机械的压力使表层软土发生水平位移导致桩上部发生断裂。另外由于桩机施压抬机下坠振动,使土体流变后对已成桩的侧压导致断裂。所以要合理

选用桩机,不能太大,防止压力变形;不能太小,防止桩机抬机下坠振动使土体流变。考虑桩在软土中的固结强度很大,往往压桩力仅须选择单桩设计承载力的112～118倍即可。

2)挖土机械的运

行对土体形成水平冲击,使土体产生水平位移对桩头产生

冲击,而且挖土机械在坑边运行增加了

对土体的主动土压力,使靠近挖机部位的土体对桩的压力加大而产生断桩。如图3所示。

图4　边坡对桩体挤压

产生的裂纹

3)基坑边坡的土体

压力也导致桩头3～6m 的范围内发生断裂,这主要是边坡的土体对临近边坡的桩产生主动土压力,使边坡与桩之间的土发生挤压后对桩产生水平推力,当推力产生的弯矩大于桩的抗裂弯矩后,桩便产生裂缝。如图4所示。

以上桩工机械、挖土机械的运行以及临近基坑边的土体压力的影响均在桩的上部,经统计,桩的裂缝往往在3～6m 的范围内。在软土中配桩时,考虑到焊缝这一薄弱点,最上部决不能配短桩,要求上部桩长≥

8m 。

2　预应力混凝土管桩注意事项211　设计对桩的选择

软土的应变变形很大,成桩对土体的挤压对相临桩的影响很大,如果桩的抗裂弯矩小,极易导致断桩,故在软土地中基慎用预应力混凝土薄壁管桩,可选用预应力混凝土管桩。如杭州市西湖区蒋村乡大多数地区地表10～28m 范围内为淤泥质粘土或淤泥质粉质粘土,在该区块范围内选用预应力混凝土薄壁管桩的工程平均断桩率很高,其中45%为Ⅲ类桩,必须经处理甚至补桩方能保证工程质量,而选用预应力混凝土管桩的工程断桩率较低且基本为Ⅱ类桩,有些征得设计同意可不做处理。因此,在针对该类土质进行选桩时,应慎用预应力混凝土薄壁管桩,应对沉桩施工的挤土效应对桩及周边环境的影响充分考虑和计算。虽然同桩径的预应力混凝土管桩比预应力混凝土薄壁管桩单价高20～30元Πm 左右,但预应力混凝土管桩容易保证工程质量,且预应力混凝土薄壁管桩发生质量问题的后期处理费用很高,且影响工期。对工程各方形成负面影响。

212　施工配桩的选择

在软土中配桩时,考虑到焊缝这一薄弱点,最上部决不能配短桩,要求上部桩长≥8m ,如图5a 所示。同时配桩时要参照地质报告,避免接头在软硬交界的软土2m 范围内,如图5b 所示。配桩时要求桩头达到设计标高的要求,防止开挖时桩的一侧土被挖除而产生悬臂力,具体如图6所示。施工配桩时,尽量选择长桩,减少焊接接头。

32　施工技术第37卷