防止靜壓預(yù)制管樁上浮工法探討

1、防止靜壓預(yù)制管樁上浮工法探討摘要：通過(guò)防止靜壓預(yù)制管樁上浮，可以有效防止和控制管樁上浮，減少后期 沉降量，提高單樁承載能力，減少用樁數(shù)量，減輕擠土作用，擴(kuò)大預(yù)制樁的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：靜壓預(yù)制管樁；上浮1、引言1.1隨著城市建設(shè)對(duì)環(huán)境要求日益提高，泥漿外運(yùn)的成本也不斷增加，盡管鉆孔灌注樁仍 然作為主力樁型，但不可否認(rèn)預(yù)制管樁在減輕擠土效應(yīng)的技術(shù)措施下，有較大的應(yīng)用空間。 預(yù)制管樁的靜壓法沉樁在環(huán)境保護(hù)方面有著極大的優(yōu)越性，在相同的地質(zhì)條件下，無(wú)論在樁 側(cè)摩阻力還是在樁端阻力上均比鉆孔灌注樁有更優(yōu)越的指標(biāo)，受到業(yè)主方的優(yōu)選。然而由于 管樁上浮導(dǎo)致工程事故的報(bào)道層出不窮，管樁上浮成為影響管樁推廣的制約因

2、素。1.2管樁上浮主要分為由于管樁擠土效應(yīng)導(dǎo)致周邊管樁上浮和由于壓樁卸壓導(dǎo)致被壓樁回 彈。目前絕大部分有關(guān)管樁上浮的研究集中于由于管樁擠土效應(yīng)導(dǎo)致周邊管樁上浮，而沒(méi)有 關(guān)于如何減少和控制壓樁卸壓導(dǎo)致被壓樁回彈的研究。究其原因，由于管樁擠土效應(yīng)導(dǎo)致周 邊管樁上浮比由于壓樁卸壓導(dǎo)致被壓樁回彈的上浮從絕對(duì)量和危害上更加突出，更加引人關(guān) 注，近年來(lái)通過(guò)采取防擠溝、應(yīng)力釋放孔、引孔沉樁，以及結(jié)合圍護(hù)工程常常采用的攪拌樁 機(jī)作空攪松動(dòng)土層以隔斷擠土效應(yīng)，同時(shí)通過(guò)合理安排壓樁順序和當(dāng)日壓樁數(shù)量等辦法基本 解決了管樁擠土效應(yīng)導(dǎo)致周邊管樁上浮問(wèn)題。由于壓樁卸壓導(dǎo)致被壓樁回彈導(dǎo)致上浮的問(wèn)題， 同樣嚴(yán)重影響承載力，

3、增加不均勻沉降，亟待解決。2、工法特點(diǎn)2.1按以往常規(guī)靜壓樁施工，預(yù)制樁在達(dá)到停壓條件后往往立即卸壓，此時(shí)由于靜壓樁上 部的壓力驟然消失，樁周摩擦力尚未有效產(chǎn)生，整個(gè)樁身在底部樁端反力作用下有上抬樁體 的能力。經(jīng)在大量粘性土地區(qū)的測(cè)試，樁身的上抬量約有30mm-50mm不等。若在達(dá)到停壓 條件時(shí)持續(xù)保持10分鐘一15分鐘的穩(wěn)定期，則超孔隙水壓力的消散因素使摩阻力有了一定 數(shù)量的增加，樁端反力引起的反彈得以控制，各個(gè)接頭連接位置的質(zhì)量也更有保障。2.2預(yù)制樁在沉樁過(guò)程中的擠土效應(yīng)所產(chǎn)生的管樁上浮和對(duì)周邊環(huán)境的影響是制約其廣泛 應(yīng)用的重要因素。克服擠土效應(yīng)除了常規(guī)的手段諸如防擠溝、應(yīng)力釋放孔、引孔

4、沉樁外，還 可以結(jié)合圍護(hù)工程常常采用的攪拌樁機(jī)作空攪松動(dòng)土層以隔斷擠土效應(yīng)，同時(shí)通過(guò)合理安排 壓樁順序和當(dāng)日壓樁數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)，使擠土作用在可控狀態(tài)下進(jìn)行。3、適用范圍3.1本工法適用于防止預(yù)制靜壓樁上浮，所以本工法的適用范圍與預(yù)制靜壓樁的適用范圍 一致。3.2保持穩(wěn)壓的時(shí)間可根據(jù)土層的差異性作適當(dāng)調(diào)整，具體取決于穩(wěn)壓后繼續(xù)加壓的起動(dòng) 壓力與將樁壓達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的終壓力的差值來(lái)確定。根據(jù)在粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土中幾個(gè)工程 的實(shí)踐，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制管樁上浮測(cè)量監(jiān)控抽查結(jié)果，建議穩(wěn)壓后繼續(xù)加壓的起動(dòng)壓力與 將樁壓達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的終壓力差值為摩阻力理論計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)值，穩(wěn)壓時(shí)間為10-15分鐘。4、工藝原理4.1

5、靜壓預(yù)制樁主要應(yīng)用于軟土地基。當(dāng)預(yù)制樁在靜壓作用下貫入土層時(shí)，樁周會(huì)受到劇 烈的擠壓，樁尖首先直接使土產(chǎn)生沖剪破壞，孔隙水受此沖剪擠壓作用形成不均勻水頭，產(chǎn) 生急劇上升的超孔隙水壓力，擾動(dòng)土體結(jié)構(gòu)，這種破壞和擾動(dòng)隨著樁的貫入會(huì)連續(xù)不斷地向 下傳遞，使樁周一定范圍內(nèi)的土體形成塑性區(qū)，從而很容易使樁身繼續(xù)貫入。樁的阻力大部 分來(lái)自樁尖向下穿透土層時(shí)直接沖擠樁端土體的端阻力，其余來(lái)自樁側(cè)的滑動(dòng)摩擦力。壓樁 阻力并不一定隨樁的入土深度的增加而累計(jì)增大，而是會(huì)隨著樁尖處土體的軟硬程度不同等 因素變化波動(dòng)。沉樁完成后，隨著時(shí)間的推移，樁周土體中孔隙水壓力逐漸消散，土體發(fā)生 固結(jié)，土的抗剪強(qiáng)度及側(cè)摩擦力逐步

6、恢復(fù)和提高，從而使工程樁獲得較大的承載力。4.2靜壓樁是擠土樁，壓入過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致樁周圍土的密度增加，其擠土效應(yīng)取決于樁截面 的幾何形狀、樁間距以及土層的性能。擠土效應(yīng)是指當(dāng)樁沉入地基后，樁間土體的結(jié)構(gòu)受到 擾動(dòng)，土體相互擠壓、孔隙變小，這樣就使得孔隙水壓力增大，土體發(fā)生水平方向的側(cè)移和 垂直方向的隆起，使樁及樁間土產(chǎn)生向上的位移，此時(shí)樁端與持力土層之間有間隙產(chǎn)生，造 成浮樁。浮樁后，樁端與土層間產(chǎn)生空隙，使樁失去大部分的樁端承載力，同時(shí)還產(chǎn)生一定 的負(fù)摩擦力。在這兩個(gè)因素的共同作用下，樁的極限承載力下降，同時(shí)土存在摩阻力作用， 使得質(zhì)量差的樁接頭及樁身可能被拉裂，樁身結(jié)構(gòu)被破壞。4.3靜壓樁承

7、載力的時(shí)效機(jī)理與其他樁型有較大差別，主要?dú)w因于以下三方面：1）土的 固結(jié)作用。壓樁過(guò)程中，樁擠壓排開周圍土體，使土體的總應(yīng)力增加。而處于正常固結(jié)狀態(tài) 的樁周粘性土不排水剪切時(shí)收縮，故其有效應(yīng)力減小。根據(jù)有效應(yīng)力原理可知，超孔隙水壓 力等于總應(yīng)力與有效應(yīng)力之差，因此，正常固結(jié)粘性土中有效應(yīng)力在增加。沉樁結(jié)束后，超 孔隙水壓力從較高的孔壓區(qū)向較低的孔壓區(qū)消散，從而使樁周土產(chǎn)生固結(jié)。隨著固結(jié)時(shí)間增 加，超靜孔隙水壓力逐漸減小，其消散速度和土體固結(jié)速度均逐漸減小，最后停止，這時(shí)候 樁的承載力也達(dá)到了最大值。2）土觸變性的恢復(fù)。樁周土在沉樁過(guò)程中受到擾動(dòng)，強(qiáng)度降 低，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的休止后，土強(qiáng)度的觸變損

8、失得到恢復(fù)，甚至超過(guò)初始強(qiáng)度。3）土殼效 應(yīng)。受沉樁過(guò)程豎向剪切、橫向擠壓作用，樁周近旁的土成為完全塑性區(qū)，由于樁土界面的 應(yīng)力最大，超孔隙水壓力也最大，因而不斷產(chǎn)生相對(duì)滑移，粘聚力最小，結(jié)合性最差的樁土 界面將形成一層水膜，該水膜起到了降低沉樁阻力的作用，而且還能排開塑性區(qū)內(nèi)的水，加 速其固結(jié)。若壓樁途中因?yàn)榻訕兜仍蛲ｎD，該水膜消失，則沉樁阻力會(huì)在短時(shí)間內(nèi)顯著增 加。壓樁結(jié)束后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的靜置和固結(jié)，逐步形成一層緊貼于樁身表面的硬殼層，該 硬殼的厚度為3 20mm，隨土的性質(zhì)、樁表面粗糙程度而變化。由于該硬殼的抗剪強(qiáng)度高于 周圍土的強(qiáng)度，因此當(dāng)樁承受豎向荷載發(fā)生位移時(shí)，該層會(huì)隨樁身一同

9、移動(dòng)，剪切發(fā)生在該 層之外，即發(fā)生在完全塑性區(qū)與部分?jǐn)_動(dòng)區(qū)的交界面，這實(shí)質(zhì)上使樁的側(cè)表面摩擦面積增大， 加大了樁的承載力。4.4由于土的觸變恢復(fù)時(shí)效和固結(jié)時(shí)效等原因，打完樁之后，隨著超孔隙水壓力的消散， 樁周土產(chǎn)生固結(jié)，樁的復(fù)壓值會(huì)隨時(shí)間增加而變大。也可以從宏觀上分析，打樁過(guò)程時(shí)樁和 樁周土之間的關(guān)系可以類為滑動(dòng)摩擦”，而打樁完成后再?gòu)?fù)壓時(shí)樁和樁周土之間的關(guān)系可以 類為“靜摩擦”。靜摩擦系數(shù)要大于動(dòng)摩擦系數(shù)，所以復(fù)壓值會(huì)大于打樁時(shí)的終壓值。4.5應(yīng)將終壓力維持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，一定時(shí)間的終壓維持荷載會(huì)進(jìn)一步使樁端土體強(qiáng)度降低 并發(fā)生重塑，同時(shí)由于摩擦系數(shù)增加、土殼效應(yīng)中水膜消失和土的觸變恢復(fù)時(shí)效及固

10、結(jié)時(shí)效 等導(dǎo)致側(cè)摩阻力增加，這樣可以大幅減小卸荷時(shí)樁身的回彈量，使之在可控范圍之內(nèi)。質(zhì)量控制5.1施工準(zhǔn)備過(guò)程質(zhì)量控制1）嚴(yán)格按照坐標(biāo)控制點(diǎn)和設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行定位放線，做到定位準(zhǔn)確無(wú)誤。2）樁的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度及齡期后方可運(yùn)輸、進(jìn)場(chǎng)及沉樁施工，管樁的起吊、裝卸、運(yùn) 輸必須做到平穩(wěn)，輕起輕放，嚴(yán)禁拋擲，碰撞、滾落。3）運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的預(yù)制管樁，廠方必須提供其完整的有關(guān)資料及產(chǎn)品質(zhì)量保證書，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng) 驗(yàn)收合格后方能使用，成品樁質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為：外觀無(wú)蜂窩和空洞、露筋、無(wú)環(huán)向和縱向裂 縫、內(nèi)表面無(wú)混凝土塌落。5.2靜壓樁過(guò)程質(zhì)量控制1）首節(jié)樁插入時(shí)，垂直度偏差不得大于0.5%。2）沉樁宜連續(xù)一次性將樁沉到設(shè)計(jì)標(biāo)

11、高，盡量縮短中間停頓時(shí)間，應(yīng)避免在接近持力層 時(shí)接樁。3）壓樁過(guò)程中，樁架應(yīng)堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)固，樁帽和樁身應(yīng)保持同一垂直的軸線上，保證不出現(xiàn) 斜壓的現(xiàn)象。4）控制壓樁速率，一般靜壓樁的壓樁速率控制在1m/min左右。5）送樁應(yīng)用專制鋼質(zhì)送樁器，不得用工程樁作送樁器。6）在沉樁至接近設(shè)計(jì)深度時(shí)，應(yīng)注意觀察，根據(jù)試樁參數(shù)、以標(biāo)高和壓樁力嚴(yán)格控制沉 樁標(biāo)高。7）當(dāng)樁的垂直度偏差小于1%且樁的有效樁長(zhǎng)大于l5m時(shí)，靜壓樁送樁深度不宜超過(guò) 8m。8）沉樁施工前，合理安排打樁順序：根據(jù)樁的入土深度，宜先長(zhǎng)后短、先高后低；若樁 較密集，且距建筑物較遠(yuǎn)，場(chǎng)地開闊時(shí)，宜從中間向四周進(jìn)行；若樁較密集，場(chǎng)地狹長(zhǎng)，兩 端距建

12、筑物較遠(yuǎn)時(shí)，宜從中間向兩端進(jìn)行；若樁較密集，且一側(cè)靠近建筑物時(shí)，宜從相鄰建 筑物的一側(cè)開始，由近向遠(yuǎn)進(jìn)行；樁數(shù)多于30根的群樁基礎(chǔ)，應(yīng)從中心位置向外施壓；承 臺(tái)邊緣的樁，待承臺(tái)內(nèi)其他樁壓完并重新測(cè)定樁位后，再插樁施壓；有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的深基坑中 的靜壓管樁，宜先壓樁后再做基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。9）壓樁時(shí)，如沉樁發(fā)生突然變化時(shí)，應(yīng)注意保持樁處于軸心受壓狀態(tài)，如有偏移應(yīng)及時(shí) 調(diào)正，以免發(fā)生樁頂破碎及斷樁質(zhì)量事故。若發(fā)生移位，樁頂或樁身出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫、破碎等 情況時(shí)，應(yīng)暫停壓樁，并分析原因，采取相應(yīng)措施。在施工中如出現(xiàn)樁的擠偏、隆起、擠斷 現(xiàn)象，應(yīng)采取跳樁順序施工、并調(diào)整壓樁速度。10）沉樁過(guò)程中，當(dāng)樁尖遇到硬土

13、層或砂層而發(fā)生沉樁阻力突然增大，甚至超過(guò)壓樁機(jī) 最大靜壓能力而使樁機(jī)樁機(jī)上抬時(shí)，這時(shí)可以最大靜壓力作用在樁上，采取忽停忽壓的沖擊 施壓法，可使樁緩慢下沉直至穿透硬夾砂層。11）當(dāng)沉樁阻力超過(guò)壓樁機(jī)最大靜壓力或者由于來(lái)不及調(diào)正平衡配重，以致使壓樁機(jī)發(fā) 生較大上抬傾斜時(shí)，應(yīng)立即停壓并采取相應(yīng)措施，以免造成斷樁或其它事故。12）當(dāng)樁下沉至接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，不可過(guò)早停壓，否則在補(bǔ)壓時(shí)常會(huì)發(fā)生停止下沉或難 以下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高的現(xiàn)象。13）靜壓達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后持續(xù)保持一小段時(shí)間（通常10分鐘一15分鐘左右）的穩(wěn)壓期， 保持穩(wěn)壓的時(shí)間可根據(jù)土層的差異性作適當(dāng)調(diào)整。靜壓達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后立即卸載的施工方法 與維持壓力停頓15分鐘相比，樁身反彈量相差約30mm。5.3有管樁工程的基坑支護(hù)施工應(yīng)符合下列規(guī)定：1）嚴(yán)禁邊打樁邊開挖基坑。2）自然放坡的基坑宜在打樁結(jié)束后開挖，有圍