錘擊式PHC預(yù)應(yīng)力混凝土管樁貫入度的控制

第5頁(yè)共5頁(yè)淺談錘擊式PHC預(yù)應(yīng)力管樁貫入度的控制xxxx工程概況xxxx工程，有6棟11層~17層的小高層建筑組成。設(shè)計(jì)中全部采用PHC-AB型預(yù)應(yīng)力管樁；樁位數(shù)達(dá)到700多個(gè)。存在施工場(chǎng)地大、地質(zhì)情況差異大、樁的入土深度不同等特點(diǎn)；施工采用柴油錘打樁機(jī)沉樁；所以本工程的樁基施工質(zhì)量管理顯得非常重要。本文主要從打樁過(guò)程的貫入度控制來(lái)分析質(zhì)量要點(diǎn)，提出質(zhì)量管理措施。2.PHC管樁錘擊式沉樁工藝PHC管樁沉樁方法有多種，目前在我國(guó)各地施工打PHC管樁以柴油錘為主。選擇樁錘時(shí)，必須充分考慮樁的形狀、尺寸、重量、入土長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)形式以及土質(zhì)、氣象等條件，并掌握各種錘的特性。樁錘的夯擊能量必須克服樁的貫入阻力，包括克服樁尖阻力、樁側(cè)摩阻力和樁的回彈產(chǎn)生的能量損失等。如果樁錘的能量不能滿足上述要求，則會(huì)引起樁頭部的局部壓曲，難以將樁送到設(shè)計(jì)標(biāo)高。其施工程序：測(cè)量放線、定樁位→打樁機(jī)就位→樁機(jī)調(diào)整→底樁就位、樁尖對(duì)準(zhǔn)樁位，扶正樁身→安好襯墊，套上樁帽，放下樁錘→樁垂直度檢驗(yàn)、調(diào)直→錘擊沉樁（圖2一1）→焊接接樁（圖2一2）再錘擊沉樁→送樁（圖2一3）→打至持力層→收錘→拔送樁器，填樁孔→樁機(jī)移位。錘擊預(yù)應(yīng)力管樁的施工往往會(huì)出現(xiàn)一些質(zhì)量問(wèn)題：樁位偏差及樁身傾斜超過(guò)規(guī)范要求、樁頭破碎、樁身破損斷裂、沉樁達(dá)不到設(shè)計(jì)的控制要求、單樁承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。這些質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生，有廠家制作上的原因，有施工操作上的原因，也有土質(zhì)變化等原因。任何環(huán)節(jié)出了問(wèn)題，都會(huì)影響工程樁的質(zhì)量，本文就如何控制錘擊PHC管樁的貫入度問(wèn)題作一探討。圖2一1圖2一2圖2一33.錘型、錘重與貫入度的關(guān)系錘的沖擊部分的重量和落錘的高度不變時(shí)，樁越長(zhǎng)，錘的總重越大，其貫入度就越??；錘的沖擊部分的重量和樁的長(zhǎng)度不變時(shí)，落錘的高度越大貫入度就越大；這是眾所周知的道理，故在打樁前應(yīng)該認(rèn)真選擇適合的錘重和錘型。地基和基礎(chǔ)工程施工驗(yàn)收規(guī)范GB50202-2002中建議按附錄選擇錘型，但規(guī)范附錄四中的應(yīng)當(dāng)注意。3.1錘型資料中沖擊部分的重量與型號(hào)是基本一致的，但錘的總重根據(jù)生產(chǎn)的廠家不同相差甚多，尤其是柴油錘不分導(dǎo)桿式和筒式，兩者總重相差明顯。3.2規(guī)范附錄四中錘型5t與5.5t常用控制的貫入度均為2~3cm/10擊，而實(shí)際上落錘高度相同時(shí)，錘的沖擊部分的重量越重貫入度就越大。在同一根樁上做了多次現(xiàn)場(chǎng)比較試驗(yàn)；3.2.1先用5t導(dǎo)桿式柴油錘將樁打至設(shè)計(jì)要求的貫入度15mm/10擊；再換用5.5t筒式柴油錘進(jìn)行三陣復(fù)錘，測(cè)得相應(yīng)的貫入度為120~140mm/10擊；3.2.2用5.5t筒式柴油錘將樁打至預(yù)定的貫入度130mm/10擊；然后換用5t導(dǎo)桿式柴油機(jī)進(jìn)行三陣復(fù)錘，測(cè)得相應(yīng)的貫入度為14mm/10擊，經(jīng)上述幾根樁的反復(fù)交換復(fù)打試驗(yàn)后，可以得出這樣的結(jié)論：當(dāng)承載能力不變、落錘高度相等時(shí)，5.5t筒式錘成樁的貫入度值相當(dāng)于用5t導(dǎo)桿式錘成樁的十倍。3.2.3規(guī)范附錄四中沒(méi)考慮樁長(zhǎng)對(duì)貫入度的影響，樁越長(zhǎng)其貫入度就越小，按格氏公式或其它經(jīng)驗(yàn)計(jì)算的貫入度也是不一樣的，這一點(diǎn)與實(shí)際情況不符，切不可用其作為選擇貫入度之依據(jù)。3.2.4在錘型規(guī)格相同、落錘高度相等的情況下，極限承載力與貫入度是成反比的，極限承載力越大，要求最終貫入度就越小。4.單樁豎向承載力的計(jì)算錘擊法施工PHC管樁已大量應(yīng)用于各種工程，然而對(duì)于設(shè)計(jì)中沉樁雙控的要求（即樁長(zhǎng)和貫入度均滿足設(shè)計(jì)要求），在施工中，往往會(huì)有較大的出人，工程技術(shù)人員難以準(zhǔn)確判斷樁的實(shí)際承載力是否與設(shè)計(jì)值一致。因此需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，尤其是最后三陣的平均貫入度值，來(lái)估算出實(shí)際的單樁承載力，以滿足設(shè)計(jì)承載力要求。4.1荷載傳遞機(jī)理樁在荷載作用下，樁身上部首先受到壓縮，一部分荷載往下部樁身傳遞，另一部分則在樁與樁周土之間形成摩阻力。當(dāng)荷載分級(jí)逐步加到樁頂時(shí)，樁身上部受到壓縮而產(chǎn)生相對(duì)于土的向下位移，與此同時(shí)，樁周表面受到土的向上摩阻力，樁身荷載通過(guò)樁周摩阻力傳遞到樁周土層中去，致使樁身荷載和樁身壓縮變形隨深度遞減。隨著荷載的增加，樁身壓縮量和位移量增加，樁身下部的摩阻力隨之進(jìn)一步發(fā)揮出來(lái)。當(dāng)樁周摩阻力全部發(fā)揮達(dá)到極限狀態(tài)后，若繼續(xù)增加荷載，則荷載量將全部由樁端土承擔(dān)。樁的這種傳遞理論，是符合靜壓試樁實(shí)際的，且已為許多樁的荷載試驗(yàn)所證實(shí)。4.2單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：Rk＝u∑qsikli＋qpkAp式中Rk——單樁的豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值；qpk——極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Ap——樁身橫截面面積；u——樁身周邊長(zhǎng)度；qsik——樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；li——按土層劃分的各段樁長(zhǎng)。貫入度的設(shè)計(jì)一般依據(jù)現(xiàn)有的打樁動(dòng)力公式，主要有格爾謝凡諾夫公式、工程新聞修正公式、海利公式等。上述經(jīng)驗(yàn)公式是根據(jù)功能原理和實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出來(lái)的，適用對(duì)象為預(yù)制樁（包括鋼管樁）；而灌注樁與預(yù)制樁在施工方法上有很大區(qū)別，如果套用上述經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)計(jì)灌注樁的貫入度，顯然是不恰當(dāng)?shù)?。在工程?shí)踐上，這種方法往往偏于安全，結(jié)果是使工程成本增加。4.3工程實(shí)例本例為牡丹江市逸品尚城安置小區(qū)工程的樁基實(shí)際工程。該小區(qū)位于牡丹江市區(qū)西北郊。設(shè)計(jì)要求采用錘擊PHC預(yù)應(yīng)力管樁，樁端以圓礫層為持力層，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)L＝22m，樁直徑為400mm，單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1200kN。PHC管樁貫入度計(jì)算：（1）格氏公式:e=式中e——打樁最后階段平均每錘的貫入度，cm；n——樁及樁墊材料系數(shù)，無(wú)樁墊時(shí)，n＝0.5；ε——恢復(fù)系數(shù)，無(wú)樁帽時(shí)ε＝0.25；Q——錘重，kN；q——樁、樁錘的非沖擊部分重量，kN；H——落錘高度，cm；A——樁的橫截面積，cm2；m——安全系數(shù)，永久建筑為2；Rk——單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況和設(shè)計(jì)要求，有關(guān)參數(shù)取值為：Q＝55kN，q＝50kN，A＝910cm2，H＝180cm，Rk＝1200kN將有關(guān)數(shù)據(jù)代入格氏公式后得：e＝0.13cm／擊根據(jù)經(jīng)驗(yàn)由上述計(jì)算結(jié)果可知，該地成功經(jīng)驗(yàn)為：對(duì)于樁直徑為400mm、設(shè)備錘重為55kN、設(shè)定錘落距為1.8m情況，最后三陣錘擊，每陣10錘，貫入度＜2cm.綜合考慮計(jì)算結(jié)果和當(dāng)?shù)爻晒?jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)規(guī)定，最后三陣錘擊，要求貫入度控制在2cm／10擊以下。為核實(shí)利用格式公式估算的貫入度是否與實(shí)際承載能力相符，一般采用靜載荷試驗(yàn)或動(dòng)載荷試驗(yàn)兩種方法：靜載荷試驗(yàn)需打試驗(yàn)樁及錨樁，有時(shí)需搭設(shè)加荷平臺(tái)，需準(zhǔn)備150t的配重塊，籌備這一套機(jī)具比較費(fèi)工，費(fèi)時(shí)；而使用基礎(chǔ)樁作試驗(yàn)樁和錨樁時(shí)，不僅受到原設(shè)計(jì)布樁的限制；而且加荷不許超過(guò)設(shè)計(jì)的極限載荷，只能判定合格與否，不能得出樁的最大極限值，所以目前許多單位選用垂直動(dòng)測(cè)試驗(yàn)，即利用特制的火箭筒瞬時(shí)激振樁頂，使樁和樁周土產(chǎn)生自由衰減振動(dòng)，通過(guò)拾振器、放大器、示波儀記錄下樁和樁周土的振動(dòng)波形，分析計(jì)算出單樁的允許承載力，這種動(dòng)測(cè)方法是屬無(wú)損檢測(cè)，故可以選擇任何一根基樁來(lái)測(cè)試，不受設(shè)計(jì)布樁的限制，動(dòng)測(cè)試驗(yàn)后還可以用靜荷載試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行校核。因?yàn)榇舜戊o載測(cè)試目的并不是做樁的破壞試驗(yàn)，所以最大試驗(yàn)荷載以滿足設(shè)計(jì)要求為限。至最大試驗(yàn)荷載時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)極限特征。從測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果看出：該地區(qū)的PHC管樁貫入度實(shí)際值是設(shè)計(jì)值的2～8倍（至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)），這時(shí)即使不加長(zhǎng)樁長(zhǎng)或復(fù)打，樁的承載力也完全能達(dá)到設(shè)計(jì)要求?？梢?jiàn)貫入度設(shè)計(jì)值偏小。分析其原因有以下幾點(diǎn)：1）由于構(gòu)造上的原因，錘擊式沉樁的預(yù)制樁靴比樁管外徑大6～8cm，施工時(shí)，土對(duì)管樁的擠壓力減少使管樁下沉阻力減少，因而使沉樁貫入度增大。2）成樁后管樁的實(shí)際樁徑往往比管徑大6%～7%，這是因?yàn)闃堆ブ睆捷^大所致。由于實(shí)際樁徑擴(kuò)大使得樁的承載力相應(yīng)增加，因此盡管施工時(shí)的貫入度相對(duì)較大，但靜載試驗(yàn)加載至最大荷載時(shí)沉降量仍然較小。3）沉樁時(shí)由于連續(xù)錘擊震動(dòng)，土體內(nèi)摩擦角變化很大。4）加送樁器復(fù)打?qū)吨芡梁蜆抖送吝M(jìn)行了擠密，使樁側(cè)摩阻力提高，樁端土的強(qiáng)度提高。5）打樁公式適用于預(yù)制樁估算其打樁阻力，將它用于PHC管樁貫入度的計(jì)算只是權(quán)宜之計(jì)。經(jīng)過(guò)綜合分析試驗(yàn)結(jié)果，以及其成因分析，認(rèn)為可以適當(dāng)加大貫入度的設(shè)計(jì)值。為了安全起見(jiàn)，后續(xù)樁的貫入度控制在2倍設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)；個(gè)別貫入度較大的樁，采用送樁器復(fù)打的方法，將其控制在相同范圍內(nèi)。說(shuō)明貫入度控制原則是安全合理的。5.結(jié)論1）對(duì)于砂土地基，采用送樁器復(fù)打，充分利用其擠密效應(yīng)，是一種經(jīng)濟(jì)有效地減小貫入度的方法。2）簡(jiǎn)單套用現(xiàn)有的打樁動(dòng)力公式設(shè)計(jì)PHC管樁貫入度，有時(shí)與工程實(shí)際情況不符，將造成工程浪費(fèi)。3）PHC管樁貫入度作為一項(xiàng)設(shè)計(jì)施工指標(biāo)，應(yīng)該加以控制，但是應(yīng)該避免盲目性。在無(wú)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定單樁承載力的情況下，可以采用這樣的方法：在地質(zhì)鉆探孔附近，土層分布和各土層的物理力學(xué)指標(biāo)比較準(zhǔn)確，宜先在此打樁，仔細(xì)做好記錄，在設(shè)計(jì)標(biāo)高附近一定范圍內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量每10擊的貫入度。綜合分析貫入度的