摘要:结合工程实例,探讨了预应力砼管桩桩尖处理技术和引孔辅助静压法施工技术,在管桩穿过中密砂层时的应用效果。
关键词:预应力砼管桩;静压;桩尖;引孔
1工程概况及问题
本工程为珠海航空产业园区中拖机道8.0×3.1m箱涵。设计桩基础采用PHCΦ500-125AB型预应力砼管桩。单桩容许承载力特征值Ra=2000kN,设计有效桩长≥30m,桩数量为18根。
桩基采用静力压桩法施工,施工1号桩基,压桩荷载为4000kN,有效桩长为12.1m。加大压桩荷载到4800kN,有效桩长为12.8m。
在2号桩原位地质钻探,地质主要特征由上至下大致如下:
①粉砂,松散状,4.5m;
②淤泥,流塑-软塑,2.8m;
③粉砂,松散状,3.9m;
④中砂,中密,3.3m;
⑤淤泥质土,软塑,7.7m;
⑥粉质粘土,可塑,8.8m;
⑦粗砂,中密,2.1m;
⑧砂质粘性土,可塑-硬塑,5.7m;
⑨全风化花岗岩,坚硬状,2.5m。
由钻孔可知,1号桩进入中密状态的中砂层1.6m。由于中砂层下面就是7.7m厚软塑状态的淤泥质土,若桩基持力层置于该土层之上,箱涵日后的沉降将会非常之大,所以管桩必须穿透淤泥质土层以全风化花岗岩作为持力层。
文献[1]7.4.9指出“静力压桩适用于软弱土层,当存在厚度>2m的中密以上砂夹层时,不宜采用静力压桩”。而且根据珠海市其它工程的经验,3~5m的砂层在锤击桩下轻易穿透。但由于桩基位置距机场起飞跑道不到10m,不可能采用大吨位打桩锤进行施工。若改用钻孔灌注桩,因造价增加和工期紧也不易实现。怎么样才能在不改变桩基形式和管桩施工方法的同时,既保证桩基工程施工质量,又保证工期,值得探讨。
2桩尖处理施工
因1号桩的压桩荷载已增大到4800kN,如果继续加大压桩荷载反而会因土阻力确定的单桩极限承载力标准值大于桩身强度确定的单桩极限承载力标准值,造成桩顶或桩身被压碎,无法完成桩基施工。由此单纯增大压桩荷载并不能够使桩穿过砂层。
鉴于此,可以尝试改变桩尖形式为包边棱锥形桩尖,该桩尖针的包边桩尖直径底边比管桩大,锥体由6块侧板组成,呈棱锥状。其主要原理为包边结构扩大管桩的入土孔口,利用管桩与土(岩)中存在收缩恢复的时间差的时效性,减少瞬间的摩擦力从而增强桩的穿透能力。由以上可知桩尖改变后如能成功无疑是最经济、最省时的方法。
改变桩尖后,施工2号桩基,压桩荷载为4000kN,有效桩长为12.7m。加大压桩荷载到4800kN,有效桩长为13.5m。2号桩进入中密状态的中砂层2.3m。桩侧摩阻力和桩端阻力过大使管桩依然不能穿过中密状态的中砂层。
3引孔施工
利用引孔机在原桩位上引孔后再压桩,可以减小管桩在施工过程中对土壤的挤压效应,因为在静压桩施工前,引孔机已经把桩孔的土壤取出来,形成一个孔洞,在桩施工时桩对土壤的摩擦挤压力大大减小。结合多方面工程实例和相关研究成果认为:当引孔直径<1/2桩径时,引孔对挤土效应和减小压桩力方面效果不明显,但过大的孔径又会造成承载力的下降,故设计引孔直径为400mm,深度以穿透中砂层为宜,初步确定深度为15m。
3.1 成孔机械,选用直径400mm的长螺旋钻机悬挂于打桩架上。
3.2 测量放线及施工顺序,钻孔桩位编号与压桩编号一致,钻孔速度与压桩速度保持协调一致。
3.3 施工过程。①准确测放桩位。②钻头对准桩位,偏差不得大于50mm,垂直度偏差在1%内。③钻至终孔深度时,一般不停钻、反钻,仍采用正钻转动1min后,开始提钻。钻杆提出地面,钻机移开后,及时清理钻孔周围的泥土,以防塌孔。引孔完毕,立即压桩,不得拖延。
4检(监)测成果
4.1 余下的16根桩加上补充的2根桩均顺利穿过砂层到达全风化花岗岩。在穿过中砂层期间,最大压桩力均未超过3000kN,保证静压桩施工顺利进行,有效地保护了桩身质量。
4.2 通过对抽检的5根桩,采用高应变动测法检测单桩竖向承载力,采用低应变动测法检测桩身质量。检测结果表明,均能够满足设计和规范要求。
5结语
在尝试了改变桩尖形式和引孔辅助静压两种施工技术后,发现采用引孔方法辅助静压施工技术,使预制管桩更容易穿透中密砂层。对比钻孔灌注桩和锤击管桩,节约成本、缩短工期、减少场地污染,优势明显,值得今后类似工程借鉴。
参考文献:
[1]中国建筑科学研究院.JGJ94-94建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,1994.
[2]广东省标准.DBJ/T 15-22-2008 锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程[S].2009.
[3]王士国,周相国,范喜峰,等.引孔技术在静压预制管桩施工中的应用[J].施工技术,2007.
[4]王吉明,蔡建.预应力管桩穿过中密粉砂夹细砂层的静力压桩法施工技术[J].施工技术,2008.