從靜載試驗談靜壓PHC管樁施工質量控制-

1、文章編號:1672-4348(200402-0211-04從靜載試驗談靜壓PHC 管樁施工質量控制孫雪峰(廈門市建筑科學研究院,福建廈門361004摘要:通過對靜壓PHC 管樁的靜載Q -s 曲線呈臺階狀之原因分析,提出了相應的施工變量控制措施,以避免樁體上浮、樁節(jié)焊縫開裂處脫節(jié),樁體和樁端密實持力層脫密。關鍵詞:PHC 管樁;擠土效應;超靜孔隙水壓力;樁體上浮中圖分類號:T U473.13文獻標識碼:AAnalysing the problems involved in the control of PHCconstruction quality based on static load t

2、estS UN Xue -feng(X iamen Institute of Architectural and Scientific Research ,X iamen 361004,China Abstract :PHC is a new pile type developed in the past tw o years.The load -settlement curve is m ore often step -shaped than other pile types.Based on the analysing of three typical cases ,constructio

3、n con 2trol methods are offered to decrease the problems during static piling.K eyw ords :prestressed high -strength concrete pipe pile ;extruding effect ;excess pore water pressure ;pile shaft floating up.近二三年,靜壓PHC 管樁以其優(yōu)良的經濟性能指標和可靠的樁身質量逐漸占有了廈門地區(qū)大部分的樁基市場,但PHC 管樁屬于擠土樁,沉樁過程中的擠土效應也引起一系列的工程問題,如樁距過密可能引起

4、場地周邊的道路、管線、房屋等開裂,地基土上浮引起樁體上浮等問題13。從靜載試樁情況看,目前廈門地區(qū)的靜壓PHC 管樁的Q -s 曲線呈臺階狀的所占比例較大,這在其它樁型較少發(fā)現(xiàn)。本文希望通過對這種Q -s 曲線的形成原因分析,提出相應的施工質量控制方法,以確保靜壓PHC 管樁的施工質量。1試樁實例1.1試樁實例1某工程PHC 管樁,樁徑為400mm ,樁長9.0m ,單節(jié)樁,其靜載試驗Q -s 曲線及相應的地質剖面如圖1、圖2 。圖1試樁實例1Q -s 曲線Fig.1Q -s curve of the testing pile in C ase 1該試樁荷載達到430kN 時曲線出現(xiàn)明顯拐點,

5、430645kN 之間曲線陡降,沉降量驟增,645kN收稿日期:2004-01-04作者簡介:孫雪峰(1971-,男(漢,天津薊縣人,工程師,工程碩士,主要從事巖土工程檢測工作.第2卷第2期福建工程學院學報V ol.2N o.22004年6月Journal of Fujian University of T echnologyJun.2004 圖2試樁實例1地質剖面圖F ig.2T h e geo logical cross 2sectio n o f th e testing pile in C ase 1之后沉降增量減小,曲線趨于平緩,該平緩段和正常基樁Q -s 曲線不同,稍稍上翹。1.2

6、試樁實例2某工程PH C 管樁,樁徑為500m m ,樁長28.0m ,其靜載試驗Q -s 曲線及相應的地質剖面如圖3、圖4 。圖3試樁實例2Q -s 曲線Fig.3Q -s curve of the testing pile in C ase 2圖4試樁實例2地質剖面圖F ig.4T h e geo logical cross 2sectio n o f th e testing pile in C ase 2該試樁荷載達到1980kN 時曲線出現(xiàn)明顯拐點,19802310kN 之間曲線陡降,沉降量驟增,2310kN 之后沉降增量減小,曲線趨于平緩。1.3試樁實例3某工程PHC 管樁,樁徑為

7、400mm ,配樁長度28.0m (8.0m +8.0m +12.0m ,其靜載試驗Q -s 曲線及相應的地質剖面如圖5、圖6 。圖5試樁實例3Q -s 曲線Fig.5Q -s curve of the testing pile in C ase 3圖6試樁實例3地質剖面圖F ig.6T h e geo logical cross 2sectio n o f th e testing pile in C ase 3該試樁荷載達到340kN 時曲線出現(xiàn)明顯拐點,340510kN 之間曲線陡降,沉降量驟增,510kN 之后沉降增量減小,曲線趨于平緩。2試樁實例分析以上3個試樁實例的共同特點是Q -

8、s 曲線呈臺階狀。從曲線上看,應該為樁身或樁端某個位置存在一定間隙,荷載克服了某一段樁身的側阻力后,樁身發(fā)生大的沉降變化,間隙被壓密,樁212福建工程學院學報第2卷端承載力才發(fā)揮作用。試樁實例1是一特例,為單節(jié)樁,不存在接頭問題。參考地勘報告計算其極限側阻力約為470kN,與Q-s曲線第一拐點430kN較為接近。因此可以認為在430kN時樁身側阻力得到了充分的發(fā)揮,該樁主要是樁端持力層問題,即樁端與密實持力層之間有一定厚度的軟弱層或虛土,當樁側阻發(fā)揮至極限時,樁端虛土經過大沉降量被壓實,樁端承載力才發(fā)揮出來。試樁實例2為多節(jié)樁,參考地勘報告計算其極限側阻力約為1960kN,與Q-s曲線第一拐點

9、1980kN較為接近。因此可以認為在1980kN時樁身側阻力得到了充分的發(fā)揮,該樁和試樁實例1一樣也為樁端持力層問題。試樁實例3為多節(jié)樁,參考地勘報告計算極限側阻力約為1400kN,從地面起第一節(jié)樁的極限側阻力約為300kN,和Q-s曲線第一拐點340kN 較為接近,因此可以認為在340kN時只有第一節(jié)樁的側阻力得到了充分的發(fā)揮,該樁主要是第一節(jié)樁接頭問題,即樁節(jié)在接頭處脫開,在第一節(jié)樁極限側阻力充分發(fā)揮后,接頭處兩樁節(jié)間隙在壓力下閉合,之后樁全長度發(fā)揮側阻力和端阻力。從靜載試驗后的低應變動力檢測對上述分析也提供了佐證:試樁實例1樁底反映明顯,樁身無明顯缺陷;試樁實例2樁身無明顯缺陷;試樁實例

10、3顯示,在第一節(jié)樁接樁部位即12m處有明顯缺陷反應。許多人見到Q-s曲線呈臺階狀就認為是樁身接頭問題,靜載試驗后低應變動測反應不出接頭問題,是因為在靜載試驗過程中接頭被壓密對接起來。事實上接頭處間隙會由軟弱土填充,即使再壓密實對低應變動測來說也都是界面的反應。因此靜載試驗后進行低應變動測不會影響動測結果。PHC管樁基礎引起樁端與密實持力層之間或樁節(jié)接頭處存在一定的間隙,不管是持力層問題還是接頭問題,終究可以歸結為樁身上浮問題。3Q-s曲線異常原因分析廈門地區(qū)對沉樁效應起決定作用的土層主要為飽和粘土層,因此主要分析飽和粘土對靜壓沉樁的影響。PHC管樁屬于擠土樁,在靜壓沉樁過程中,樁尖刺入土體使土

11、產生沖剪破壞,樁身周圍土體發(fā)生直接剪切破壞?？紫端跊_剪擠壓作用下,形成了不均勻水頭。由于飽和粘土滲透性差,其瞬時排水固結效應不明顯,因此土體內形成了巨大的超靜孔隙水壓力。飽和粘土具有較強的結構性,在很大的超靜孔隙水壓力作用下土體結構受到破壞,有效應力降低,樁周及樁端一定范圍內土體的抗剪強度大幅度降低?？辜魪姸鹊慕档蜏p小了沉樁阻力,因而能將樁沉入較深的地基土層中。這是超靜孔壓在沉樁過程中對沉樁的貢獻。同時由于飽和粘土中的超靜孔隙水壓力消散緩慢,有效應力降低,土體發(fā)生隆起和側向位移,連帶樁體產生上浮和水平位移,也即“抬樁”現(xiàn)象。另一個樁體上浮的原因是達到終壓力時穩(wěn)壓時間較短,樁周及樁端的土體結構

12、未被充分破壞,土體未發(fā)生充分重塑,因而卸載后回彈量較大,樁體上浮。樁體上浮使得樁體與密實持力層之間形成間隙,間隙被軟土或虛土所填充。上部土體上浮位移大于下部土體上浮位移,因而當管樁接頭焊縫開裂時上段樁體上浮位移大于下段樁體上浮位移,接頭處也會脫開一定的間隙。靜載試驗時,間隙以上的樁側阻力先發(fā)揮,待側阻力充分發(fā)揮后必然引起沉降量驟增。當間隙處的軟土或虛土被壓密實后其端阻力才得到發(fā)揮,樁的支承條件才發(fā)生改變。因而靜載試驗的Q-s曲線呈臺階狀。試樁實例1工程的其它基樁配樁長度基本都在20m以上,該樁恰巧落在孤石上,其它基樁的施工引起地基土體上抬,連帶該樁上浮,造成樁端與孤石的脫節(jié)。由于間隙較小,樁端

13、與孤石間的軟土或虛土被很快壓密及側向擠出,因而端承力很快發(fā)揮,陡降之后的Q-s曲線呈上翹的趨勢。試樁實例2主要為后施工的基樁引起地基土體上抬,連帶該樁上浮,造成樁端與密實持力層之間產生一定間隙。試樁實例3質量問題為樁接頭處焊縫開裂,主要有兩個原因:下節(jié)樁垂直度不符合要求,上節(jié)樁在接樁時作了相應的調整,使得焊縫不均,在沉樁過程中因應力集中造成焊縫開裂;電焊焊縫飽滿,但由于趕時間,未經自然冷卻就立即施壓,造成接頭處遇地下水開裂。4相應施工質量控制措施綜合以上分析,靜載試驗Q-s曲線呈臺階狀的主要問題是樁接頭處或樁端與密實持力層之間存在間隙,其根本原因是飽和粘土中超靜孔壓不312第2期孫雪峰從靜載試

14、驗談靜壓PHC管樁施工質量控制易消散導致地基土體上浮連帶樁體上浮,因此施工過程中應從減少間隙及超靜孔壓角度來解決問題4。4.1樁接頭處施工質量控制措施1應嚴格控制第一節(jié)樁入土時的垂直度,垂直度偏差應小于0.5%。2電焊焊縫飽滿,焊接完畢后應自然冷卻一定時間,一般二氧化碳保護焊不少于5min,普通電弧焊不少于8min。4.2減少樁端與密實持力層間隙的施工措施1在達到終壓力時,應進行適當的持荷及復壓。持荷時產生的超靜孔隙水壓力會進一步使得土體的結構性破壞及損傷,使土體強度降低并發(fā)生重塑,這樣可以減小在卸荷時樁身的回彈量。再次復壓會鞏固持荷時取得的效果。從這一意義上講,持荷比超壓沉樁更合理。2加大樁

15、間距,或加大樁徑以減少基樁總數,降低超靜孔隙水壓力,從而減少土體上浮。3制定合理的沉樁順序,應遵循由內及外、由近及遠、先長后短、先大后小等沉樁原則。4控制施工進度,后續(xù)沉樁應保證前期沉樁有一定的超靜孔壓消散時間,必要時可進行孔壓監(jiān)測。5土體上浮作用及側向擠壓作用明顯時,可布置防擠溝和應力釋放孔,以減少土體上浮和側向擠壓。6采用預鉆孔方式輔助沉樁,降低擠土效應。7對工程樁上浮進行監(jiān)測,尤其對于先施工的樁及短樁,上浮嚴重的應進行復壓。5結語廈門地區(qū)靜壓PHC管樁部分靜載試驗Q-s 曲線呈臺階狀這一特殊現(xiàn)象在以往的沉管灌注樁、人工挖孔樁、大直徑沉管灌注樁、深層攪拌樁、沖鉆孔灌注樁中還是較少遇到,其根本原因是:靜壓樁屬于擠土樁,沉樁過程在飽和粘土中產生了巨大的超靜孔壓,引起有效應力降低,地基土體上浮,從而連帶樁體上浮,引起樁節(jié)焊縫開裂處脫節(jié)、樁體和樁端密實持力層脫離。靜載Q-s曲線呈臺階狀是脫離處間隙被荷載壓密后樁端承載力才得以發(fā)揮的結果。樁體上浮會引起過大的沉降量和不均勻沉降。因此,應在施工過程中對每個施工環(huán)節(jié)