預(yù)應(yīng)力管樁靜壓施工技術(shù)簡介

預(yù)應(yīng)力管樁靜壓施工技術(shù)簡介預(yù)應(yīng)力靜壓施工法在杭浦高速中的應(yīng)用涂剛（貴州省公路工程總公司550008）摘要：本文介紹了靜壓法沉樁機(jī)理及適用范圍，靜壓法施工技術(shù)及靜壓法終壓力的確定和樁機(jī)的選擇。以便為靜壓法的廣泛應(yīng)用提供技術(shù)上的參考。主題詞：靜壓樁施工技術(shù)沉樁終壓力1、 引言杭浦高速公路位于杭嘉湖沖積平原，工程所處區(qū)域沉積了一套巨厚（最厚300余米）的第四紀(jì)松散堆積物，公路路基沉降是公路工程中常見病害。特別是橋涵等結(jié)構(gòu)物與路基交界處，“橋頭跳車”現(xiàn)象較突出。其原因主要有幾點(diǎn)：①地基土質(zhì)不良造成沉降。由于工程所在地多屬軟土，天然含水量高，空隙比大，壓縮性強(qiáng)和抗剪強(qiáng)度低等特點(diǎn)，在軟土上填筑路基極易產(chǎn)生沉降。②臺背填料的壓縮引起路基沉降③剛?cè)嵬蛔円鸬某料萏嚨取Ｎ也慷蝺?nèi)設(shè)計(jì)為解決該問題，在橋頭位置采用打設(shè)預(yù)應(yīng)力管樁對橋頭地基進(jìn)行加固處理。因施工位置離民居較近，在施工設(shè)備的選擇上，充分考慮現(xiàn)場及設(shè)備特點(diǎn)，選擇靜力壓樁機(jī)使用靜壓法施工。2、 靜壓法沉樁機(jī)理靜壓預(yù)制樁主要應(yīng)用于軟土地基。在沉樁過程中，樁尖直接使土體產(chǎn)生沖切破壞，伴隨或先發(fā)生沿樁身土體的直接剪切破壞?？紫端艽藳_剪擠壓作用形成不均勻水頭，產(chǎn)生超孔隙水壓力，擾動了土體結(jié)構(gòu)，使樁周約一倍樁徑的一部分土體抗剪強(qiáng)度降低，發(fā)生嚴(yán)重軟化（粘性土）或稠化（粉土、砂土），出現(xiàn)土重塑現(xiàn)象，從而可容易地連續(xù)將靜壓樁送入很深的地基土層中。壓樁過程中如發(fā)生停頓，一部分孔隙水壓力會消失，樁周土?xí)l(fā)生徑向固結(jié)現(xiàn)象，使土體密實(shí)度增加，樁周的側(cè)壁摩阻力也增長，尤其是擾動重塑的樁端土體強(qiáng)度得到恢復(fù)，致使樁端阻力增長較大，停頓時(shí)間越長擾動土體強(qiáng)度恢復(fù)增長越多。因此，靜壓沉樁不宜中途停頓，必須接樁停留時(shí)，宜考慮淺層接樁，還應(yīng)盡量避開在好土層深度處停留接樁。靜壓樁是擠土樁，壓入過程中會導(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。3、靜壓法適用范圍靜壓法通常適用于高壓縮性粘土層或砂性較輕的軟粘土層，當(dāng)樁須貫穿有一定厚度的砂性土夾層時(shí)，必須根據(jù)樁機(jī)的壓樁力與終壓力及土層的形狀、厚度、密度、上下土層的力學(xué)指標(biāo)、樁型、樁的構(gòu)造、強(qiáng)度、樁截面規(guī)格大小與布樁形式、地下水位高低以及終壓前的穩(wěn)壓時(shí)間與穩(wěn)壓次數(shù)等綜合考慮其適用性。

壓樁力大于4000kN的壓樁機(jī)，可穿越5~6m厚的中密、密實(shí)砂層。中型壓樁機(jī)（壓樁力＜2400kN）,穿越砂層的能力較有限，所以對其情況需進(jìn)行壓樁可行性判斷。靜壓樁也適用于覆土層不厚的巖溶地區(qū)。在這些地區(qū)采用鉆孔樁很難鉆進(jìn)；采用沖孔樁，容易卡錘；采用打入式樁，容易打碎。只有采用靜壓樁可緩慢壓入，并能顯示壓樁阻力，但在溶洞、溶溝發(fā)育充分的巖溶地區(qū)，靜壓樁宜慎用，以及在土層中有較多孤石、障礙物的地區(qū)，靜壓樁宜慎用。小型壓樁機(jī)（壓樁力＜600kN）用于壓制預(yù)制小樁，適用于在10m以內(nèi)存在持力層（如硬塑粉質(zhì)粘土層、粉土層及中密粉細(xì)砂層等）。⑴樁的類型（右圖為PTC管樁成品）4、靜壓樁施工⑴樁的類型（右圖為PTC管樁成品）用于靜壓樁施工的鋼筋混凝土預(yù)制樁有RC方樁、PC管樁、PHC管樁和PTC管樁，還有的地區(qū)采用外方內(nèi)圓空心式鋼筋混凝土預(yù)制樁。⑵樁的沉設(shè)靜壓預(yù)制樁的施工一般采用分段壓入、逐段接長的方法。其施工工藝為：測量定位—壓樁機(jī)就位—吊裝喂樁—樁身對中調(diào)直—壓樁_接樁—再壓樁—（送樁）一終止壓樁一切割樁頭。測量定位通常在樁身中心打入一根短鋼筋，若在較軟的場地施工，由于樁機(jī)的行走而擠壓預(yù)打入的短鋼筋，故當(dāng)樁機(jī)大體就位之后要重新測定樁位。壓樁機(jī)就位經(jīng)選定的壓樁機(jī)進(jìn)行安裝調(diào)試就位后，行至樁位處，使樁機(jī)夾持鉗口中心（可掛中心線陀）與地面上的樣樁基本對準(zhǔn)，調(diào)平壓樁機(jī)后，再次校核無誤，將長步履（長船）落地受力。吊裝喂樁（如右圖）靜壓預(yù)制樁樁節(jié)長度一般在12米以內(nèi)，可直接用壓樁機(jī)上的工作調(diào)機(jī)自行吊裝喂樁，也可以配備專門調(diào)機(jī)進(jìn)行吊裝喂樁。第一節(jié)樁（底樁）應(yīng)用帶樁尖的樁，當(dāng)樁被運(yùn)到壓樁機(jī)附近后，一般采用單點(diǎn)吊法起吊，采用雙千斤（吊索）加小便擔(dān)（小橫梁）的起吊法可使樁身豎直進(jìn)入夾樁的鉗口中。樁身對中調(diào)直當(dāng)樁被吊入夾樁鉗口后，由指揮員指揮司機(jī)將樁緩慢降到樁尖離地面10cm左右為止，然后加緊樁身，微調(diào)壓樁機(jī)使樁尖對準(zhǔn)樁位，并將樁壓入土中0.5~1.0m，暫停下壓，在從樁的兩個(gè)正交側(cè)面校正樁身垂直度，當(dāng)樁身垂直度偏差小于0.5%時(shí)才可正式壓樁。壓樁壓樁是通過主機(jī)的壓樁油缸伸程的力將樁壓入土中，壓樁油缸的最大行程因不同型號的壓樁機(jī)而有所不同，一般為1.5~2.0m，所以每一次下壓，樁入土深度約為1.5~2.0m，然后松夾具—上升—再夾緊—再壓，如此反復(fù)進(jìn)行，方可將一節(jié)樁壓下去。當(dāng)一節(jié)樁壓到其樁頂離地面80~100cm時(shí)，可進(jìn)行接樁或放入送樁器將樁壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高。接樁靜壓預(yù)制樁采用有電焊焊接接頭。施工時(shí)焊前須清理接口處砂漿、鐵銹和油污等雜質(zhì)，坡口表面要呈金屬光澤，」口上定位板。接頭處如有孔隙，應(yīng)用鍥形鐵片全部填實(shí)焊牢。焊接坡口槽應(yīng)分3~4層焊接，每層焊渣應(yīng)徹底清除，焊接采用人工對稱堆焊，預(yù)防氣泡和夾渣等焊接缺陷。焊縫應(yīng)連續(xù)飽滿，焊好接頭自然冷卻15分鐘后方可施壓，禁止用水冷卻或焊好即壓。送樁如果樁頂已接近設(shè)計(jì)標(biāo)高，而樁壓力尚未達(dá)到規(guī)定值，可以送樁。如果樁頂高出地面一段距離，而壓樁力已達(dá)到規(guī)定值時(shí)則要截樁，以便壓樁機(jī)移位。靜壓樁的送樁作業(yè)可以利用現(xiàn)場的預(yù)制樁段作送樁器。施壓預(yù)制樁最后一節(jié)樁的樁頂面達(dá)到施工地面以上1.5m左右時(shí)，應(yīng)再吊一節(jié)樁放在被壓樁的頂面，不要將接頭連接起來，一直下壓直到樁頂面壓至符合終壓控制條件為止，然后將其上面的一節(jié)樁拔出來即可。此樁段仍可在以后的壓樁中使用。但大噸位（＞4000kN）的壓樁機(jī)，由于最后的壓樁力和夾樁力都很大，有可能將樁身混凝土夾碎，所以不宜用預(yù)制樁作送樁器，而應(yīng)制作專用的鋼質(zhì)送樁器。送樁器或作送樁器用的預(yù)制樁側(cè)面應(yīng)標(biāo)出尺寸線，便于觀察送樁深度。終止壓樁當(dāng)樁被壓入土層中一定深度或樁尖進(jìn)入設(shè)計(jì)持力層一定深度，且壓力表讀數(shù)達(dá)到預(yù)先規(guī)定值時(shí)，便可終止壓樁。5、終壓力的確定及壓樁機(jī)的選擇⑴終壓力的概念終壓力與單樁豎向極限承載力是兩個(gè)不同的概念。終壓力Pu是樁尖達(dá)到設(shè)計(jì)持力層終止壓樁時(shí)出現(xiàn)的最終靜壓力，其每次出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間通常只有5~10秒。單樁豎向極限承載力Qu是沉樁結(jié)束且樁周土體產(chǎn)生固結(jié)后，樁能承受的最大荷載。因土層結(jié)構(gòu)、樁型截面、樁長、壓樁力不同，會出現(xiàn)終壓力大于或小于單樁承載力極限承載力的情況。⑵終壓力的計(jì)算在終壓力瞬間荷載作用下的樁身強(qiáng)度的驗(yàn)算比單樁極限承載力簡單，只要使用按圖集選用的樁，一般就無需再進(jìn)行抗震、疲勞、吊運(yùn)驗(yàn)算，而只須進(jìn)行靜力抗壓強(qiáng)度和壓曲失穩(wěn)驗(yàn)算。由于樁、土的相互作用和靜壓法施工的特點(diǎn)，使樁身受終壓力壓曲的問題變得十分復(fù)雜，它主要受下列因素影響：（1）樁側(cè)土的約束；（2）樁的長度；（3）樁露出地面的自由長度10；（4）壓樁施工送樁時(shí)，送樁器未能完全對中樁頂或壓樁施工垂直度有偏差（規(guī)范要求在0.5%之內(nèi)），故樁頂除受軸向壓力作用外，還要承受彎距和水平力。所以要考慮上述所有因素精確地計(jì)算壓曲荷載較為困難，但經(jīng)反復(fù)論證［4、5］,壓曲荷載Pcr一般大于樁的極限承載力Qu，因而用簡化方法驗(yàn)算樁的壓曲是安全的。因此，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-94）第5.5.3條和5.5.4條規(guī)定，除樁的自由長度較大的高樁承臺，樁周可液化土或?yàn)榈鼗休d力特征值小于50kPa的地基土（或不排水抗剪強(qiáng)度小于10kPa）以外，一般不考慮壓曲的影響，即取穩(wěn)定系數(shù)叩=1.0。此規(guī)定也可用于靜壓樁終壓力作用下樁身強(qiáng)度的驗(yàn)算。結(jié)合靜壓樁施工特點(diǎn)和各地、各部門的規(guī)定，先提出一種簡化方法［4］計(jì)算終壓力Pu。預(yù)應(yīng)力管樁：pu土沖％fdc-0.598Ap（ypc式中右——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;與 樁身截面面積；/k——縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值;% 全部縱向鋼筋的截面面積；混凝土的有效預(yù)壓應(yīng)力值，通常為3.6~6.0MPa;P——穩(wěn)定系數(shù)，一般情況下*1.0,除非出現(xiàn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-94）規(guī)定要考慮壓曲影響的不利情況；/——壓樁安全工作系數(shù)，了=0.8~1.0。⑶壓樁機(jī)的選擇靜力壓樁機(jī)的選擇應(yīng)綜合考慮樁的規(guī)格（斷面和長度）、被穿越土層的特性、樁端土的特性、單樁極限承載力及布樁密度等因數(shù)，可通過以下途徑合理選用：按經(jīng)驗(yàn)法選用。根據(jù)終壓控制條件選擇適用的靜壓樁機(jī)。一般情況下，壓樁機(jī)的最大壓樁力不宜小于樁的極限承載力，當(dāng)遇上砂土層或砂隔層時(shí)，宜選取大一級甚至大兩級的壓樁機(jī)。經(jīng)現(xiàn)場試壓樁選用。特別是在厚軟土層中用最大壓樁力小于樁的極限承載力的壓樁機(jī)施工時(shí)，更需作現(xiàn)場試樁。按當(dāng)?shù)剡x擇壓樁機(jī)的參考表選用。靜力壓樁機(jī)選擇參考表壓樁機(jī)型號項(xiàng)目160-180240-280300-360400-460500-600最大壓樁力（kN）1600-18002400-28003000-36004000-46005000-6000適用樁彳笠（mm）最小300300350400400最大400450500550600單樁極限承載力（kN）1000-20001700-30002100-38002800-46003500-4500樁端持力層中密-密實(shí)砂層，硬塑-堅(jiān)硬粘土層，殘積土層密實(shí)砂層，堅(jiān)硬粘土層，全風(fēng)化巖層密實(shí)砂層，堅(jiān)硬粘土層，全風(fēng)化巖層密實(shí)砂層，堅(jiān)硬粘土層，全風(fēng)化巖層，強(qiáng)風(fēng)化巖層密實(shí)砂層，堅(jiān)硬粘土層，全風(fēng)化巖層，強(qiáng)風(fēng)化巖層樁端持力層標(biāo)準(zhǔn)值N20-2520-3530-4030-5030-55穿透中密-密實(shí)砂層厚度（m）約22-33-45-65-86、壓樁施工注意事項(xiàng)⑴壓樁施工前應(yīng)對現(xiàn)場的土場地值情況了解清楚，做到心中有數(shù)；同時(shí)應(yīng)做好設(shè)備的檢查工作，保證使用可靠。⑵壓樁過程中，應(yīng)隨時(shí)注意使樁保持軸心受壓，若有偏移，要及時(shí)調(diào)整。⑶接樁時(shí)應(yīng)保證上、下節(jié)樁的軸線一致，并盡可能地縮短接樁時(shí)間。⑷量測壓力等儀表