锤击法施工预应力管桩及常见质量问题预防

李志恒

预应力混凝土管桩是一种常用的基础形式,是深基础的一种,通常是由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。因为桩基础具有承载力高、沉降速率低、沉降量小而均匀等特点,能够承受垂直荷载、水平荷载、上拔力及机器产生的振动或动力作用;故当天然地基的浅基础承载力不能满足要求而沉降量过大或地基稳定性不足时,经常采用预应力混凝土管桩基础。

1 工程概况

本工程地址位于天津市,主楼为五星级大酒店,建筑总面积约67 000 m2。结构形式为框架—核心筒,地下1层,地上12层,地下室层高为4.8 m,地上标准层层高为4.2 m,建筑檐高约59.6 m;建成后将成为天津市地标性建筑。

工程所在场地属于滨海冲积平原,持力层土层主要为粉质黏土,地下埋深约19.3 m;地表层地下水属于孔隙潜水类型,以大气降水补给,蒸发形式排泄为主,水位随季节略有变化。初见水位埋深1.3 m～3.2 m,标高-0.82 m～1.4 m;稳定水位埋深 0.8 m～1.8 m,标高 0.6 m～1.82 m。

基础采用高强混凝土预应力管桩承台基础。预应力管桩共有3种桩型,共计752根管桩,具体桩型见表1。

表1 五星级大酒店管桩施工参数表

2 方案选择

预应力管桩施工方法通常有锤击法和静压法,两种工艺成桩质量都能够保证,二者区别在于:

静压桩:优点是施工速度较快,尤其在软土地区,无噪声污染;缺点是对场地承载力要求较高,对电需求量大。

锤击桩:优点是桩基对场地承载力要求低,动力燃料为柴油,无需电能;缺点是速度较慢,噪声污染严重。

由于本工程所在地土质承载力较低,且没有正式网电接入;而静压桩机对地基承载力要求较高,故本工程采用锤击法施工管桩。

3 施工方法

1)测量定位:根据桩位图放出具体的桩位,桩位经复核后才能施工。为了避免因压桩产生侧向和垂直方向的变形,应在远离压桩区域(不小于30 m)设置轴线控制点和两个桩位控制点,施工期间每天对轴线控制点和定位点进行复核。

2)吊桩定位:桩运至现场后,单点起吊桩时,钢丝绳应绑在桩端0.293L(L为单节桩长)处,用吊机将预制桩吊至桩机的正前方放置,待桩吊直后,放入桩机夹桩箱内扶正就位,然后用两台经纬仪呈90°摆放,从正面和侧面观测桩身垂直度,其倾斜度的偏差不得大于倾斜角正切值的15%,调整桩机位置及水平,使桩在铅垂状态下,桩尖能准确地对准桩位。

3)打桩:用桩架的导滑夹具或桩箍将桩嵌固在桩架中,垂直对准桩中心,缓缓放下插入土中,待桩位置及垂直度校正后即可将锤连同桩帽压在桩上,同时应在桩的侧面或架上设置标尺,并做好记录,才可击桩。开始打桩应起锤轻压或轻击数锤,观察桩身,桩架,桩锤等垂直一致后,即可转入正常施打,开始打桩时,落距应较小,入地一定深度待桩稳定后,再按需求的落距进行施打。沉桩应用适合桩头尺寸的桩帽和弹性衬垫,以缓和打桩时的冲击和使打桩应力均匀分布,延长撞击的持续时间,以利桩的贯入。

4)接桩:接桩采用焊接法。桩段就位必须和相连接的桩节保持在同一轴线上,连接后桩身保持垂直。管桩拼接成整桩采用端板焊接连接,焊接前桩头预埋铁件必须清除污锈,露出金属光泽。焊接时,应将四角点焊固定,然后对称同时焊接以减少焊接变形,焊缝要求连续饱满,焊缝厚度必须满足设计要求。手工焊接时第一层必须用φ 3.2 mm电焊条打底,确保根部焊透,第二层方可用粗焊条(φ 4 mm 或φ 5 mm),一般采用 E4303或 E4316焊条。拼接处坡口槽的电焊部分应分三层以上对称进行环缝焊接,并采取措施减少焊接变形,正确掌握焊接电流和速度,每层焊接厚度应均匀,每层间的焊渣必须敲清后方可再焊下一层,坡口槽的电焊必须满焊,电焊厚度宜高出坡口1 mm,焊缝必须每层检查,焊缝不宜有夹渣、气孔等缺陷,满足二级焊缝的要求,接桩应尽量缩短时间,以避免停打时间过长导致桩周土重固结而影响沉桩。

5)送桩:送桩时必须采取送桩器,可采用插销式送桩器。送桩杆送桩时,应根据设计要求计算好送桩深度,并在送桩杆上做好醒目标记。当送桩至距设计标高1 m左右时,测量人员指挥桩机操作工减小速度,并跟踪观测送桩情况,直到送桩至设计标高时,发出信号停止送桩。送桩过程中如有异常情况时,应及时向设计和建设部门反映,以便及时采取措施。桩顶标高允许偏差为±50 mm。桩顶位移偏差控制在允许范围以内,桩位允许偏差为平行轴线方向150+0.01H,垂直轴线方向100+0.01H,承台中间的桩位偏差允许半径为1/3,承台边桩允许桩径为1/2。

6)检测:工程桩完整性采用低应变法,检测数量不少于总桩数的20%且不少于10根,柱下三桩或三桩以下承台不少于1根。

4 常见质量问题预防及处理方法

4.1 桩身断裂

问题产生原因:桩身弯曲过大、强度低、不能承受锤击的作用力;桩的堆放、运输、起吊过程中产生的断裂,植桩前没有发现,受力后导致断裂。

预防和处理方法:桩的强度必须达到100%后,方可植桩和沉打桩,打桩区域地下障碍物必须清理干净,以防止桩尖位移不在桩的纵横轴线上。为此,打桩前必须严格检查桩身的外观质量,防止将断桩就位使用。

4.2 桩顶碎裂

问题产生原因:桩锤选用不合理,不适用于桩断面尺寸及形状;桩顶平面不垂直轴线,不符合规范规定;桩帽与桩接触面不平整;沉桩时桩不垂直。

预防和处理方法:根据地质条件,桩断面尺寸及形状,合理选择桩锤;桩顶平面是否垂直桩的轴线,不符合规范规定的不得使用,或经修补后才能使用;及时检查桩帽与桩的接触面处是否平整,如不平整应进行处理后,方可施打;沉桩时稳桩要垂直,桩顶应加草帘、胶皮等缓冲垫。

4.3 桩顶位移

问题产生原因:基坑开挖过早或土层分布不均匀,造成挤土效应,导致桩顶偏移;地下水位较浅,在锤击打桩顶过程中,水压力导致桩身滑动。

预防和处理方法:同“桩顶断裂”的顶控对策;采用井点降水、砂井或盲沟等降水及排水措施,沉桩期间不得同时开挖基坑,需待沉桩完毕后相隔适当的时间方可开挖;采用“植桩法”(先钻孔,钻透硬夹层,将桩插入孔内,打至设计要求)以减少土的挤密及孔隙水压力的上升。

4.4 桩身倾斜

问题产生原因:桩机就位的场地不平整或地基承载力不均匀,造成桩机产生倾斜,致使桩机无法稳固。

预防和处理方法:打桩作业区的场地必须平整,不平整的应该先进行场地硬化及平整;桩机就位后,底盘应水平稳固,稳桩必须垂直;桩尖与桩身一定要保持在同一轴线上,当桩尖在地下遇到硬物等时应及时处理后,方可施打。

4.5 接桩脱裂

问题产生原因:在接桩的时候采用焊接连接,焊缝质量控制不当,未按照技术要求施焊。

预防和处理方法:链接处表面应干净,连接铁件要保持平整,焊区质量必须符合技术要求和质量标准的规范,接桩应严格控制上下桩中心线在同一轴线上。

4.6 沉桩达不到设计要求

问题产生原因:施工前未了解工程地质条件或选用桩机不合理,致使桩身贯入度未满足要求。

预防和处理方法:施工作业前必须熟悉现场的工程地质情况,根据地质条件、桩断面及自重,合理选择施工机械及施工方法。

5 结语

预应力混凝土管桩作为桩基础的一种形式,控制其施工质量是至关重要的。通过本工程预应力管桩的施工,我们也在施工过程发生过一系列的质量问题,接受了因以上质量问题造成的教训。通过不断总结,并强化管桩施工过程中质量控制意识,在酒店预应力管桩的施工中,最终保证了管桩施工的质量。同时,为以后管桩的组织施工积累了一定的经验。