1引言
先張法預(yù)應(yīng)力管樁已在建筑地基基礎(chǔ)處理中運(yùn)用，經(jīng)過(guò)十多年來(lái)的改進(jìn)和完善，其設(shè)計(jì)和施工技術(shù)已相對(duì)成熟，并在我國(guó)各大工程的應(yīng)用中得到了證明。該項(xiàng)技術(shù)在施工過(guò)程中具有噪音低、無(wú)震動(dòng)、無(wú)污染、施工快等特點(diǎn)，具有技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、質(zhì)量易控制等特性。隨著建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，新材料、新工藝、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，先張法預(yù)應(yīng)力管樁也由原先的低壓樁力(800～1600kN)發(fā)展到高強(qiáng)(C80)型高壓樁力(800-6000kN)，其樁徑也由原來(lái)的小規(guī)格(Ф300～400mm)發(fā)展到現(xiàn)有的大規(guī)格樁徑(Ф300~1000mm)。本文重點(diǎn)介紹了混凝土預(yù)應(yīng)力管樁材料性能及適用范圍、施工工藝及技術(shù)、驗(yàn)收檢測(cè)中的控制要點(diǎn)。
2預(yù)應(yīng)力管樁類型和適用范圍
2.1預(yù)應(yīng)力管樁類型
預(yù)應(yīng)力管樁包括預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁(代號(hào)PTC，混凝土強(qiáng)度≥60MPa)、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(代號(hào)PC，混凝土強(qiáng)度≥60MPa)和預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(代號(hào)PHC，混凝土強(qiáng)度≥80MPa)三種，樁長(zhǎng)一般為7~15m，短樁根據(jù)施工需要可直接由廠家專門制作。PC樁和PHC樁外徑一般為300mm、350mm、450mm、550mm、600mm、800mm和1000mm等規(guī)格，壁厚一般為60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、100mm、110mm、130mm和140mm等幾種。PTC樁外徑一般為300mm、350mm、400mm、500mm、550mm、600mm、700mm和800mm等規(guī)格，壁厚為50mm、55mm、60mm、70mm和80mm等幾種，也可根據(jù)設(shè)計(jì)要求委托廠家另行制作。樁尖形式根據(jù)不同的地質(zhì)情況采用封口型(又分為十字型和圓錐型)和開(kāi)口型。工程中應(yīng)用較多的為PHC樁，常用PHC管樁的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。
2.2適用范圍
管樁適用于抗震設(shè)防烈度≤7度的地區(qū)，當(dāng)用于8度地區(qū)時(shí)，所選樁型的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)滿足建筑物樁基的實(shí)際受力狀況時(shí)可選用。管樁適用于素填土、雜填土、淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、粘性土、碎石土等，不適用于密實(shí)且較厚的砂土層及風(fēng)化巖層。一般選擇較硬土層作為樁端持力層(如強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化巖層，堅(jiān)硬粘性土層、密實(shí)碎石土、砂土、粉土層等)。樁端全面進(jìn)入持力層的深度(不包括樁尖部分)對(duì)于粘性土、粉土不宜小于2.5d，砂土不宜小于2.0d，樁基以下硬持力層厚度不宜小于4.0d（d為樁身截面直徑）。管樁用于摩擦樁或端承摩擦樁穿越堅(jiān)硬土層較薄時(shí)，宜選用A、AB型樁，當(dāng)用于端承樁或摩擦端承樁且需穿越一定厚度較硬土層時(shí)，宜選用AB、B型樁。
3施工技術(shù)實(shí)例
3.1施工準(zhǔn)備
3.1.1工程概況及場(chǎng)地要求
本工程建筑面積5萬(wàn)平米，框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度7度，安全等級(jí)為二級(jí)。施工前將場(chǎng)地大面積深度積水通過(guò)專用泵站抽干后，土質(zhì)呈松軟淤泥狀，且有下陷性，項(xiàng)目監(jiān)理機(jī)構(gòu)進(jìn)場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)不利于樁機(jī)作業(yè)，監(jiān)理機(jī)構(gòu)向業(yè)主提出了場(chǎng)地必須先進(jìn)行處理后方可施工，后經(jīng)業(yè)主采納回填800～1000mm厚建筑垃圾。由于西側(cè)距農(nóng)民群體宅基地較近，且這些民房多為磚混式空斗墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)性能較差，為防止擠土效應(yīng)對(duì)這些建筑物的影響，施工之前先在樁基位置外側(cè)開(kāi)挖防震、防擠地溝。
3.1.2機(jī)械選擇
靜壓樁機(jī)選擇見(jiàn)表2，因本工程樁徑為Φ300～400，壓樁力為1600kN，單樁承載力最高1050kN，施工單位申報(bào)，經(jīng)監(jiān)理確認(rèn)選擇3YZYl60—180型樁機(jī)。
3.1.3材料準(zhǔn)備
管樁進(jìn)場(chǎng)應(yīng)提供生產(chǎn)廠家資質(zhì)證書，材料質(zhì)保書和檢測(cè)報(bào)告，混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到100％的設(shè)計(jì)值，且混凝土齡期應(yīng)大于7d(錘擊施工應(yīng)大于14d)。管樁的堆放應(yīng)保證場(chǎng)地平整，堆放時(shí)應(yīng)設(shè)墊枕，墊枕中心位置離樁兩端0.207L處（L為樁長(zhǎng)），并設(shè)置防滑、防滾措施。堆放層高控制：Φ400mm樁≤5層，Φ400mm～Φ500mm樁≤4層，Φ500mm～Φ600mm樁≤3層，Φ700mm～Φ800mm樁≤2層等。樁進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)逐個(gè)驗(yàn)收，監(jiān)理工程師應(yīng)對(duì)外觀質(zhì)量及尺寸偏差進(jìn)行驗(yàn)收，可潑水檢查樁身是否有裂縫，其尺寸允許偏差見(jiàn)表3。
3.2壓樁技術(shù)
3.2.1工藝流程
靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工工藝流程為：測(cè)量定位→樁基就位→壓第一節(jié)樁→焊接接樁→壓第n節(jié)樁→終壓→移機(jī)。
3.2.2測(cè)量定位及樁機(jī)就位
根據(jù)規(guī)劃紅線圖，結(jié)合設(shè)計(jì)樁位圖進(jìn)行樁位的平面放樣，并在有利位置選擇幾個(gè)控制點(diǎn)，利于檢查與核對(duì)，同時(shí)將主軸線引測(cè)至樁基施工場(chǎng)區(qū)以外，標(biāo)注上各軸線名稱，測(cè)量放樣完畢自檢合格后，填寫定位放線驗(yàn)收記錄表，報(bào)監(jiān)理工程師復(fù)驗(yàn)。
靜壓樁機(jī)移至壓樁位置，將樁機(jī)調(diào)整水平，并將夾樁器的中心對(duì)準(zhǔn)樁位中心。
3.2.3壓樁
壓好第1節(jié)樁是保證整根樁施工質(zhì)量的關(guān)鍵，第一根樁的定位及垂直度應(yīng)嚴(yán)格控制。樁機(jī)正、側(cè)兩方向10～15m處設(shè)置兩臺(tái)垂線架或設(shè)立經(jīng)緯儀觀測(cè)樁身前后、左右的垂直度，樁插入土中定位時(shí)的垂直度控制在0.5％之間，若超過(guò)此偏差值應(yīng)將樁拔起，重新調(diào)整機(jī)身水平度。
施工過(guò)程中經(jīng)常遇到地下障礙物影響正常壓樁，遇到此類情況，淺表障礙可用人工或挖土機(jī)進(jìn)行清障，障礙清除后重新覆土沉實(shí)后再施工。也可采用送樁桿進(jìn)行引孔，一般比較脆弱的障礙物均能擊穿或擠偏到一邊。如無(wú)法清障的情況下應(yīng)報(bào)設(shè)計(jì)重新調(diào)整樁位。
每根樁應(yīng)一次連續(xù)壓(送)到底，接、送樁中間不得無(wú)故間歇，盡量縮短休歇時(shí)間，盡可能避免在接近設(shè)計(jì)持力層時(shí)接樁。
樁帽與送樁桿底端接觸處應(yīng)設(shè)置彈性襯墊，未能壓到設(shè)計(jì)標(biāo)高，高出地面的樁應(yīng)及時(shí)截除，防止機(jī)械碰撞或影響樁機(jī)行走，切不可用做拉錨點(diǎn)。送樁遺留的樁孔應(yīng)及時(shí)覆蓋，防止樁機(jī)行走地面下陷及土石掉入樁腹腔內(nèi)或給行人帶來(lái)安全隱患。
壓樁過(guò)程中，注意觀察樁尖入土情況，同時(shí)觀察油壓力表，控制壓樁阻力，調(diào)整樁機(jī)壓力同步平衡，壓入第一節(jié)時(shí)，暫停送油壓，復(fù)測(cè)樁身垂直度后方可繼續(xù)施壓，施工過(guò)程中應(yīng)實(shí)事求是地記錄好壓樁時(shí)間及壓入每米樁長(zhǎng)的壓力表讀數(shù)，以判斷壓樁質(zhì)量及承載力。
當(dāng)遇到壓力值突然下降、樁身混凝土剝落、破碎、樁身突然傾斜、位移、樁周涌水、地面明顯隆起、鄰樁上浮或位移、壓樁力在終壓時(shí)仍達(dá)不到設(shè)計(jì)值或壓樁長(zhǎng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)壓樁力已滿足要求等情況下，應(yīng)對(duì)照地質(zhì)資料分析查找原因，以便妥善處理壓樁過(guò)程中遇到的問(wèn)題，必要情況下暫停壓樁，并及時(shí)與設(shè)計(jì)、監(jiān)理等有關(guān)人員聯(lián)系，研究處理方案。
3.2.4接樁
接樁焊接應(yīng)滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205-95)二級(jí)焊縫的要求，本工程接樁采用CO2氣體保護(hù)焊，依靠焊絲和焊件之間產(chǎn)生電弧來(lái)熔化金屬進(jìn)行焊接，此種焊接方法能保證焊接過(guò)程中的穩(wěn)定性。CO2的純度要求不低于99.5％，否則會(huì)影響焊縫物理性能和產(chǎn)生氣孔。
管樁焊接時(shí)，其入土部分樁身的樁頭宜高出地面0.5～1.0m，以方便操作。對(duì)接前應(yīng)用鋼絲刷清上、下樁節(jié)的端板，坡口處應(yīng)刷至露出金屬光澤，上下對(duì)接偏差≤2mm。
如采用電焊條焊接時(shí)，焊條宜采用E43，焊接層數(shù)宜為三層，不得少于二層，內(nèi)層焊渣必須清理后再施焊外一層。焊接時(shí)宜先在坡口周圍上對(duì)稱點(diǎn)焊4～6點(diǎn)，兩人對(duì)面對(duì)稱焊接，焊縫必須連續(xù)飽滿，不中斷，盡量縮短壓同一根(節(jié))樁的停頓時(shí)間。
焊好的焊接接頭應(yīng)自然冷卻后，才能繼續(xù)沉樁，自然冷卻時(shí)間不應(yīng)小于8min，嚴(yán)禁用水冷卻和焊好即沉，焊接應(yīng)按隱蔽驗(yàn)收進(jìn)行，焊好后報(bào)監(jiān)理工程師驗(yàn)收，并填寫預(yù)制樁隱蔽驗(yàn)收記錄。
4質(zhì)量控制要點(diǎn)
管樁在吊運(yùn)時(shí)應(yīng)輕吊輕放，嚴(yán)禁碰撞、滾落，吊點(diǎn)位置在樁身兩端0.207L處。施工時(shí)吊點(diǎn)位置控制在0.293L處。管樁堆放超過(guò)2層時(shí)應(yīng)用吊機(jī)取樁，嚴(yán)禁拖樁，不超過(guò)2層時(shí)可用廢舊輪胎等彈性材料保護(hù)樁端進(jìn)行拖拉取樁。
壓樁順序應(yīng)自中間向兩個(gè)方向或四周對(duì)稱施打，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高打樁順序先深后淺。
為避免和減少沉樁擠土效應(yīng)對(duì)四周建(構(gòu))筑物、地下管線等影響，在施工大面積密集群樁時(shí)，可采用以下輔助措施，同時(shí)對(duì)周圍建筑物的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并做好記錄：①在場(chǎng)地四周開(kāi)挖防震、防擠地溝，并可與其他防護(hù)措施結(jié)合使用；②設(shè)置隔離板樁或地下連續(xù)墻；③全部或部分群樁可采用引孔沉樁；④設(shè)置袋裝砂井或塑料排水板，以清除部分超孔隙水壓水；⑤盡可能采用開(kāi)口型樁尖。
對(duì)有孤石較多的地質(zhì)部位的樁的施工可采用送樁桿先進(jìn)行引孔，再壓樁，配樁時(shí)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告和實(shí)際情況確定配樁計(jì)劃，并考慮同一承臺(tái)的樁接頭位置應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，壓樁過(guò)程中，應(yīng)控制沉樁速率，以減少地基中孔隙水壓力的增長(zhǎng)速率，防止對(duì)周圍土體及相鄰樁產(chǎn)生擠壓，使樁位產(chǎn)生偏移，土方開(kāi)挖時(shí)應(yīng)做好成品保護(hù)，編制具有可操作性的土方開(kāi)挖方案報(bào)監(jiān)理審批，避免挖機(jī)在樁頂端及與樁較近的位置行走和挖鏟碰撞樁體。土方開(kāi)挖應(yīng)在壓樁結(jié)束2周以后進(jìn)行，采用分層均勻開(kāi)挖，樁間土盡量采用人工掏挖。
截樁應(yīng)采用專用割樁器截割，嚴(yán)禁采用大錘敲擊或用挖機(jī)扳拉截樁。
5檢測(cè)和驗(yàn)收
5.1檢測(cè)
樁基的檢測(cè)數(shù)量、檢測(cè)方法及受檢樁的選擇應(yīng)符合《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJl06-2003[S])規(guī)定，并由建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工四方相關(guān)人員共同選樁，形成選樁記錄，必要時(shí)邀請(qǐng)質(zhì)監(jiān)及有關(guān)專家共同參與。
5.1.1靜載檢測(cè)
(1)檢測(cè)數(shù)量
當(dāng)①設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)、乙級(jí)的樁基；②地質(zhì)條件復(fù)雜、樁施工質(zhì)量可靠性低；③本地區(qū)采用的新樁型或新工藝，這三種情況有一種時(shí)應(yīng)采用靜載試驗(yàn)檢查單樁豎向抗壓承載力，檢測(cè)數(shù)量同一條件下不少于3根，且不宜少于總樁數(shù)的1％，當(dāng)工程樁在50根以內(nèi)時(shí)不應(yīng)少于2根。
(2)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析和判定
單樁豎向抗壓極限承載力Qu可按下列方法綜合分析確定：1)根據(jù)沉降隨荷載變化的特征確定：對(duì)于陡降型Q-S曲線，取其發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載值。2)根據(jù)沉降隨時(shí)間變化的特征確定：取S-lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一級(jí)荷載值。3)對(duì)于緩變型Q-S曲線可根據(jù)沉降量確定，宜取S=40mm對(duì)應(yīng)的荷載值；當(dāng)樁長(zhǎng)大于40m時(shí)，宜考慮樁身彈性壓模量；對(duì)于直徑大于或等于800mm的樁，可取S=0.05D(D為樁端直徑)對(duì)應(yīng)的荷載值。
單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值的確定應(yīng)符合下列規(guī)定：1)參加統(tǒng)計(jì)的試樁結(jié)果當(dāng)滿足其極差不超過(guò)平均值的30％時(shí)，取其平均值為單樁豎向抗壓極限承載力。2)當(dāng)極差超過(guò)平均值30％時(shí)，應(yīng)分析極差過(guò)大的原因，結(jié)合工程具體情況確定，必要時(shí)可增加試樁數(shù)量。3)對(duì)樁數(shù)為3根或3根以下的柱下承臺(tái)，或工程樁抽檢數(shù)量少于3根時(shí)，應(yīng)取最低值。
5.1.2高應(yīng)變檢測(cè)
(1)檢測(cè)數(shù)量
高應(yīng)變檢測(cè)的目的：①判定單樁豎向抗壓承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求；②檢測(cè)樁身缺陷及其位置，判斷樁身完整性類別；③分析樁側(cè)和樁端土阻力。高應(yīng)變抽檢數(shù)量不宜少于總樁數(shù)的5％，且不得少于5根。
(2)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析和判定
單樁承載力的統(tǒng)計(jì)和單樁豎向抗壓承載力特征值的確定應(yīng)符合下列要求：1)參加統(tǒng)計(jì)的試樁結(jié)果，當(dāng)滿足其極差不超過(guò)平均值的30％時(shí)，取其平均值為單樁承載力統(tǒng)計(jì)值。2)當(dāng)極差超過(guò)30％時(shí)，應(yīng)分析極差過(guò)大的原因，結(jié)合工程具體情況綜合確定，必要時(shí)可增加試樁數(shù)量。3)單位工程同一條件下的單樁豎向抗壓承載力特征值Ra應(yīng)按得到的單樁承載力統(tǒng)計(jì)值的一半取值。
樁身完整性判定可采用式（1）、式（2）計(jì)算：
β=(1)
x=c×(2)
式中：β—樁身完整性系數(shù)；—缺陷反射峰對(duì)應(yīng)的時(shí)刻(ms)；x—樁身缺陷至傳感器安裝位置的距離(m)；Rx—缺陷以上部位土阻力的估計(jì)值，等于缺陷反射波起始點(diǎn)的力與速度乘以樁身截面力學(xué)阻抗之差值；
Z——樁身截面力學(xué)阻抗（kN·s/m）；L——測(cè)點(diǎn)下樁長(zhǎng)（m）；t1——速度第一峰對(duì)應(yīng)的時(shí)刻（ms）；
F(t)——t時(shí)刻的錘擊力（KN）；V(t)——t時(shí)刻的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度（m/s）；c——樁身波速（m/s）。
5.1.3低應(yīng)變檢測(cè)
(1)檢測(cè)數(shù)量
低應(yīng)變法檢測(cè)的目的：檢測(cè)樁身缺陷及其位置，判斷樁身完整性類別。低應(yīng)變檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的20％，且不得少于10根，當(dāng)遇到施工質(zhì)量有懷疑樁、設(shè)計(jì)方認(rèn)為重要的樁、局部地質(zhì)條件出現(xiàn)異常的樁或施工工藝不同的樁的情況下應(yīng)適當(dāng)增加抽檢數(shù)量。樁身完整性可按表5確定。
(2)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析與判定
樁身缺陷位置應(yīng)按式（3）、式（4）計(jì)算：
式中：x—樁身缺陷至傳感器安裝點(diǎn)的距離（m）；tx—速度波第一峰與缺陷反射波峰間的時(shí)間差(ms)；c—受檢樁的樁身波速(m／s)；’—幅頻信號(hào)曲線上缺陷相鄰諧振峰間的頻差(Hz)。
5.2驗(yàn)收
土方開(kāi)挖后，由項(xiàng)目監(jiān)理機(jī)構(gòu)組織樁基、總包、設(shè)計(jì)、建設(shè)并邀請(qǐng)質(zhì)監(jiān)站等單位相關(guān)人員組織樁基工程竣工驗(yàn)收，驗(yàn)收檢驗(yàn)批按每臺(tái)班、每樁機(jī)、同規(guī)格進(jìn)行劃分，對(duì)樁位超過(guò)規(guī)范偏差值的應(yīng)報(bào)設(shè)計(jì)人員確認(rèn)是否要重新處理。
6結(jié)語(yǔ)
先張法預(yù)應(yīng)力靜壓管樁正處于推廣應(yīng)用階段，施工工藝及材料的質(zhì)量控制是把好工程質(zhì)量的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)勘察資料對(duì)樁型進(jìn)行合理選擇；勘察單位對(duì)地質(zhì)較復(fù)雜的地段應(yīng)增加勘察鉆孔，以便為設(shè)計(jì)提供合理的設(shè)計(jì)依據(jù)；施工企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)材料的施工前檢驗(yàn)及施工工藝的合理設(shè)計(jì)；監(jiān)理企業(yè)應(yīng)對(duì)壓樁及土方開(kāi)挖的施工方案進(jìn)行認(rèn)真審核，并對(duì)樁位的定位、壓樁力及標(biāo)高、樁身垂直度進(jìn)行督促檢查。
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