有关管桩基础的几个问题——摘录

linxiaoyun 2018.11.22 18:27 24 0
结构设计 基础

有关管桩基础的几个问题摘录

王    离

(教授级高工)

广东省土木建筑学会

(2011年3月 广州)

入岩能力

根据经验,估算打桩深度时则应采用修正后的标准贯入击数N。锤击式管桩可打入N≥50的强风化岩层1~2m,静压管桩可压入N=40~50的强风化岩层。

终压标准

对于端承摩擦桩或摩擦端承桩,终压标准可按下列规定执行:

1)当桩入土深度L > 25m时,终压力值可取桩的竖向抗压承载力特征值的2.0倍,终压次数为1~2次;但桩周土为黏性土且灵敏度较高时,终压力值则可取桩的竖向抗压承载力特征值的1.7~1.9倍,终压次数为1~2次;

2)当16m < L ≤ 25m时,终压力值可取桩的竖向抗压承载力特征值的2.0~2.4倍,终压次数为2~3次;

3)当9m < L ≤ 16m时,终压力值可取桩的竖向抗压承载力特征值的2.2~3.0倍,终压次数为3次;

4) 当6m ≤ L ≤ 9m时,终压力值可取桩的竖向抗压承载力特征值的2.8~3.2倍,终压次数为3~5次。

终压时的终压施工尚应符合下列规定:

1)终压次数应符合上面的规定,每次终压施工的间隔时间一般不宜大于2 min;

2)每次终压的压桩力应取终压力值,且不宜大于桩身抱压允许压桩力;当送桩时,终压力值不宜大于桩身抱压允许压桩力的1.1倍;

3)每次终压的稳压时间不宜太长,稳压时间应控制在3~5s;

4)当要求的终压力值大于桩身抱压允许压力时,宜按实际情况降低单桩竖向抗压承载力特征值,不得任意增加终压次数和稳压时间。

基坑安全    

管桩基础基坑是指管桩基础的地下室基坑或大承台基坑。

沉桩施工时一般不会发生大的事故,但是,在开挖基坑时由于开挖人员的无知和野蛮施工,往往造成桩基倾折事故,使前功尽弃。尤其是广东珠三角地区许多地方存在着很厚的淤泥软土层,开挖基坑时发生桩基大片倾斜折断的事故屡见不鲜,为此,管桩工程的基坑开挖应慎之又慎。

管桩基础工程的基坑开挖应注意下列几条:

(1)严禁在同一基坑范围内的施工现场边压(打)桩边开挖基坑;

(2)饱和粘性土、粉土地区的基坑开挖,宜在打桩全部完成并相隔15d后进行;

(3)开挖深基坑时应制订合理的施工方案和施工程序,并注意保持基坑边坡或围护结构的稳定;

(4)挖土应分层均匀进行且每根桩桩周土体高差不宜大于1m。

(5)当基坑深度范围内有较厚的淤泥等软弱土层时,软土部分及其以下土方宜采用人工开挖;或宜经地基加固处理后再用机械开挖;必要时,桩与桩之间应采用构件连接。

(6)基坑顶部边缘地带不得堆土或堆放其他重物;当基坑支护结构设计已考虑挖土机等附加荷载时才允许挖土机在基坑边作业。

 

案例一(石灰岩地区静压桩破损):

在石灰岩地区打桩,桩的破损率可达到40%—60%甚至更多。用静压桩工艺在石灰岩地区也有成功的经验但也不是万能的。广州花都区有一个静压桩工程,设计采用φ500-125管桩,Ra=2000kN。这里是石灰岩地区,岩面起伏不算很大,岩面埋深20~30m。试压桩时,三分之二的管桩,加压到3600kN时桩身下部发生崩裂。

专家建议:

  ①减低单桩设计承载力:取Ra=1600~1700kN为宜;

  ②终压力不要超过3600kN;

  ③改φ500-125A类桩为AB类桩,提高桩身抗弯能力;

  ④改十字型钢桩尖为工字钢多齿型桩尖,增强桩尖的嵌岩能力。

案例二(泥岩持力层软化):

    在泥岩地区应用管桩问题不少。上世纪九十年代,广州海珠区几个管桩基础(锤击桩或静压桩)出现了问题。基本情况是:当管桩打入(压入)强风化泥岩收锤(终压)后,起初单桩承载力检测能达到设计要求,但过了一二个月再进行承载力试验,就会出现不合格情况,若进行复打或复压,该桩还可以继续下沉,下沉量少者几十厘米,多者几米,最大的下沉量达到3.70m以上。

综合治理方法:

1、在管桩内腔底部灌注细石混凝土进行封底。

   但这种方法也不是万能的,如果桩身较短或桩身外面止水路线较短,地下水可顺着桩身外壁下渗,也会将桩尖附近的土体软化。

2、用复打(复压)的方法来处理。

   通过复打(复压)后桩尖进入深一层的强风化泥岩,一般来说,下部的泥岩由于体积不易膨胀而不再继续软化,但复打(复压)也不是万能的,一些短桩复打(复压)后桩尖处的强风化泥岩还会继续软化。所以,以强风化泥岩作持力层的短管桩工程,承载力不能按常规取值。

3、设计承载力要减少,尤其是短桩工程。

持力层为粉砂质泥岩的管桩工程

2005年广州某建筑工程,层高21层,采用φ500-125静压管桩,持力层为强风化粉砂质泥岩,布桩400根,桩长20~25m,单桩承载力特征值Ra=2000kN,终压力为4600kN。

由于是泥岩,也会发生泥岩中管桩基础常出现的问题,但又由于是粉砂质泥岩,与纯泥岩有所不同,其复压下沉量一般为20~30cm,最大也不超过60cm。下沉量除了与渗水量有关外,还与泥岩中粉砂含量有直接关系。这个工程只通过复压处理,就达到设计要求。

除了强风化泥岩有桩尖附近的岩土体软化的问题,一些含泥量较多的强风化花岗岩也有一个桩尖软化的问题,所以在这样的地层中应用预应力管桩,要做好复压(复打)的准备,也就是说送桩不要太深。另外,采用一种福建某管桩厂发明的连体桩尖,抗软化的效果较好一些。

案例三(终压力选择问题):

某工程为三栋塔式商住楼,地上14层,地下一层,基础用φ500-100PHC管桩,十字型封口桩尖,单桩设计值R=1500kN,极限承载力2400kN,共布桩526根,其中塔楼电梯井大承台下布桩47根,桩间距为1.5m。该工地强风化岩层以上的覆盖土(残积土)层较薄,且土质较坚硬,施工采用3600kN的终压力压桩,不少桩的入土深度只有7m~8m,为了保证一定的有效桩长,施工采用了“引孔压桩”的工艺,即先用φ400的螺旋钻孔机在桩位处预钻一个深8~9m的孔,然后将管桩沿预钻孔压下去,到终压力达3600kN时终止施压。对于桩长小于8m的桩,复压三次后才终止施压 。终压后,在桩芯内灌入高1.2m左右的细石混凝土进行封底。

复 压 情 况

全部基桩施压完毕,选取不同部位的41根桩进行复压;

   入土深度大于9m的桩,复压力达3000kN时,下沉量均不超过10mm;

   入土深度小于9m的桩,复压力达3000kN时,多数下沉量超过100mm 。

静载试验结果   

    现场做7根桩的静载荷试验,其中288#和290#)桩的试验结果与设计要求差距较大。

    288#桩:引孔深度8m,桩尖入土深度为7.8m,此桩在沉桩后曾发现桩孔内有涌水现象,说明其封底不密实。试验加载到960kN时,桩顶下沉量就超过40mm;

    290#桩:引孔深度8m,桩尖入土深度7.45m,此桩曾复压过一次,复压力为3000kN时下沉量达300mm。试验加荷到1440kN时,桩顶下沉量就超过40mm。

承载力不合格原因分析  

部分入土深度小于8m的短桩承载力不合格,原因不是挤土效应引起桩体上浮,而是:

①桩引孔和压桩间隔时间较长,孔内积水,压桩时桩尖很难达到引孔底部,待孔底水

  慢慢消失,桩尖以下会留有空洞和软化土。

②少数桩的桩端封口不密实,导致管桩内腔进水,软化了桩尖附近的土体。

③对桩长小于8m的短桩:3600kN的终压力值偏小是承载力达不到设计要求的主要原因。

终压力取值研究

 按经验公式:

  (当6m≤L≤8m时,QU=βPze =(0.60~0.80)Pze)估算,7~8m的短桩:

   若取β=0.7,则Pze =2400÷0.7=3450kN,故用3600kN的终压力施压有部分7~8m短桩的承载力也能达到设计要求;

   若土质略差一些,取β=0.6, 则Pze =2400÷0.6=4000kN,故3600kN终压力偏小。

   专家建议:用4200kN的终压力对入土深度小于8m的桩进行复压,稳压次数最多三次。

案例四(压桩机陷机引起的事故):

静力压桩机的压桩力不能说越大越好,压桩机越大,对地面的要求越高,陷机的机会越多。600~700t重的压桩机,接地压强高达140~160kPa,如果工地现场没有这么高的地耐力,加上压桩机来回行走,压桩机就会发生陷机,容易将已压入土层且送桩深度较浅的基桩挤弯挤断。

陷机引起的质量事故

顺德李仁耿高工撰写的《静力压桩中陷机及其影响的探讨》论文中有这样的结论:    陷机产生的侧向压力会使浅表土体发生水平位移,从而导致附近已施工基桩及市政设施、民宅等产生不同程度的损坏。陷机处凡桩顶深度<2.5m的基桩都会受到侧向压力的影响,轻则倾斜,重则断裂。桩顶愈浅,被推断的概率愈大,特别是桩顶深度<1.5m时,其被推断的概率高达90%。

东莞某工地,为地上十五层地下一层的酒店,用φ500-125AB型PHC桩,单桩设计值R=2000kN,桩入土深度20m左右,用总重520t重的压桩机施压,一共压桩260多根,其中23根是最后的补压桩。基坑为混凝土土钉喷锚支护。每次开挖深度为1.20~1.40m。但土方开挖后,发现50多根桩有不同程度的横向裂缝,裂缝大部分在地面以下4.5m~8m之间,多数呈半环形,也有少数成环向裂缝,裂缝间距以30~40cm为多。

经调查分析:排除挖土、夹桩等原因引起的可能,了解到在工地最后进行23根补桩期间,天下雨,压桩机多次来回移动,在部分地区出现陷机现象 。

其中一个9桩承台,桩身有横向裂缝的桩

送桩深度均没有超过2.0m:

   231#桩,送桩0.4m;233#桩,送桩0.7m;

   234#桩,送桩0.5m;235#桩,送桩1.9m;

   238#桩,送桩1.1m。

  桩身没有横向裂缝的桩送桩深度均超过2m:

   232#桩,送桩2.0m; 236#桩,送桩2.5m ;

   237#桩,送桩3.5m; 239#桩,送桩3.4m。

  这与顺德工程师的调查报告相吻合。

  最后对有横向裂缝且裂缝宽度大于0.3mm的桩在承台底下4m范围内作一些加固处理。

压桩场地处理的重要性

珠三角地区工程场地大多比较软弱,对静压桩施工非常不利,所以需要在压桩前对施工现场进行加固处理,但处理往往需要投入,有些业主对此认识不足,舍不得花这笔场地处理费,结果发生陷机,引起基桩的质量问题,不仅事故处理费用远远超过场地的处理费用,且又耽误了工期。所以,在静压桩的设计和施工中,一定要重视施工现场,务使场地的承压能力能满足压桩机正常运行的要求。

案例五(采用复压进行桩基处理):

该工程为4栋15~19层的高层住宅,布φ500-125管桩680根,用D62柴油锤施打,桩入土深度大部分超过30m,最浅25m,最深40m。这个工地的地质条件也是属于“上软下硬、软硬突变”的不利于锤击法施工的地质条件,经验不足的打桩队打桩容易出现质量问题。

根据54根桩的高应变检测结果,有8根为Ⅲ类桩,6根为Ⅳ类桩,Ⅲ、Ⅳ类桩占所测桩总数的25.7%,为此各方提出不同的处理方案。

处理方案之一:

将整个工地600多根管桩的内腔中的泥水清洗抽干,放钢筋笼,灌芯混凝土。

评  议:

此方案既费时又费钱,实际处理效果是难以达到预期的要求,且对Ⅳ类桩还达不到桩身强度加固的目的。

处理方案之二:

按高应变检测结果的Ⅲ、Ⅳ类桩的几率即以30%的比例来补桩。

评  议:

最大的问题是对整个桩基的质量认识不清,补桩带有较大的盲目性,有的地方该补的没有补足,有些不该补的却去硬补。

最后实施方案:

专家组提出用二倍单桩承载力特征值(2300kN)即4600kN的复压力对每根基桩进行复压的建议。复压不仅可对每根桩的承载力进行一次直观的检测,而且对整个桩基的状况进行一次全面的普查。当某桩复压后没发现异常,表明该基桩可供使用。当复压时发现异常现象,可立即利用压桩机进行补桩。

不足之处在于有缺陷的但承载够的桩找不出来且不能补强。

本工程进行复压处理的难点:

一是场地地面较软弱,若不经处理,压桩机定会陷机。陷机就会推斜推断附近的基桩。

二是送桩太深,复压时找顶头很困难。据统计,680根桩桩顶突出地面的有14根,占桩  数的5%;送桩1~2m的有237根,占35%;送桩2~4m的有383根,占56%;送桩4m以上的有26根,占4%。

复压前采取措施:

一是先将整个地面去掉2.5m左右的土,然后将高出地面的桩头截去。这样,送桩2~4m的桩桩头就容易找到;

二是在取土地面上回填50~70cm厚的建筑垃圾(主要为拆房的碎砖);

三是按10~12m间距在场地四周布设8m深的降水井,降水后,地表土很快固结,600t  重压桩机行走不发生任何陷机。

案例六(软土地区基坑开挖不当引起的基桩倾斜折断事故):

 深圳某立交桥桥墩基础,采用φ500-125管桩,布桩是二排四根的8桩承台,桩最小间距为1500mm,地质情况是(从上到下):2m的耕植土,5m的淤泥,以下是N=50~60的强风化岩层,管桩顶部基本平地面,桩尖入强风化岩2m左右,桩长约9m。承台基坑开挖时,用挖土机挖了2m左右,管桩就折断,断口在淤泥与强风化岩的交界处。

此时淤泥上部2m耕植土体推力引起软硬交界处的附加弯矩大于管桩极限弯矩后来将其他承台8根管桩顶部用角钢联成一个整体,再进行挖土,就不出现管桩桩身断裂的问题。所以这个工程事故的原因不是管桩的桩身质量问题,而是地质条件和开挖不当所引起的。珠三角地区,淤泥软土层厚,有些厚达30~40m,在软土层厚的桩基础工程中开挖基坑,一定要按有关施工规范进行施工。 否则基桩容易倾斜,严重时桩身折断,这样的事故经常发生,而往往被人们所忽视。

经验告诉我们:

挖土应分层均匀进行且每根桩桩周土体高差不宜大于1m。当基坑深度范围内有较厚的淤泥等软弱土层时,软土部分及其以下土方,宜采用人工开挖;必要时,桩与桩之间进行刚性连接,形成一个不易变形的空间结构。基桩倾斜断裂事故处理起来往往很困难,因为基坑开挖后,软土露出来,即使要进行补桩处理也是很不容易的。所以,管桩施打(施压)完毕、开挖基坑前,应制订合理的施工方案和施工程序,否则,有可能“前功尽弃”。

清代何元普题四川新都宝光寺大雄宝殿一对联:

   世外人,法无定法,然后知非法法也;

   天下事,了犹未了,何妨以不了了之。

 

  圣人处事,如日月之四照,随物为影。

Last Modified·2018年11月23日 10:18

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