隨著城市建設對環境要求日益提高,泥漿外運的成本也不斷增加,盡管鉆孔灌注樁仍然作為主力樁型,但不可否認 混凝土方樁在減輕擠土效應的技術措施下,有較大的應用空間。 混凝土方樁的靜壓法沉樁在環境保護方面有著極大的優越性,在相同的地質條件下,無論在樁側摩阻力還是在樁端阻力上均比鉆孔灌注樁有更優越的指標,受到業主方的優選。然而由于實心方樁上浮導致工程事故的報道層出不窮,實心方樁上浮成為影響實心方樁推廣的制約因素。
1.2實心方樁上浮主要分為由于實心方樁擠土效應導致周邊實心方樁上浮和由于壓樁卸壓導致被壓樁回彈。目前絕大部分有關實心方樁上浮的研究集中于由于實心方樁擠土效應導致周邊實心方樁上浮,而沒有關于如何減少和控制壓樁卸壓導致被壓樁回彈的研究。究其原因,由于實心方樁擠土效應導致周邊實心方樁上浮比由于壓樁卸壓導致被壓樁回彈的上浮從 量和危害上更加突出,更加引人關注,近年來通過采取防擠溝、應力釋放孔、引孔沉樁,以及結合圍護工程常常采用的攪拌樁機作空攪松動土層以隔斷擠土效應,同時通過合理安排壓樁順序和當日壓樁數量等辦法基本解決了實心方樁擠土效應導致周邊實心方樁上浮問題。由于壓樁卸壓導致被壓樁回彈導致上浮的問題,同樣嚴重影響承載力,增加不均勻沉降,亟待解決。
2、工法特點
2.1按以往常規靜壓樁施工,預制樁在達到停壓條件后往往立即卸壓,此時由于靜壓樁上部的壓力驟然消失,樁周摩擦力尚未有效產生,整個樁身在底部樁端反力作用下有上抬樁體的能力。經在大量粘性土地區的測試,樁身的上抬量約有30mm-50mm不等。若在達到停壓條件時持續保持10分鐘-15分鐘的穩定期,則超孔隙水壓力的消散因素使摩阻力有了一定數量的增加,樁端反力引起的反彈得以控制,各個接頭連接位置的質量也更有保障。
2.2預制樁在沉樁過程中的擠土效應所產生的實心方樁上浮和對周邊環境的影響是制約其廣泛應用的重要因素。克服擠土效應除了常規的手段諸如防擠溝、應力釋放孔、引孔沉樁外,還可以結合圍護工程常常采用的攪拌樁機作空攪松動土層以隔斷擠土效應,同時通過合理安排壓樁順序和當日壓樁數量來調節,使擠土作用在可控狀態下進行。
3、適用范圍 3.1本工法適用于防止預制靜壓樁上浮,所以本工法的適用范圍與預制靜壓樁的適用范圍一致。
3.2保持穩壓的時間可根據土層的差異性作適當調整,具體取決于穩壓后繼續加壓的起動壓力與將樁壓達到設計標高的終壓力的差值來確定。根據在粉質粘土、粘質粉土中幾個工程的實踐,同時結合現場 混凝土方樁上浮測量監控抽查結果,建議穩壓后繼續加壓的起動壓力與將樁壓達到設計標高的終壓力差值為摩阻力理論計算值的標準值,穩壓時間為10-15分鐘。
4、工藝原理
4.1靜壓預制樁主要應用于軟土地基。當預制樁在靜壓作用下貫入土層時,樁周會受到劇烈的擠壓,樁尖首先直接使土產生沖剪破壞,孔隙水受此沖剪擠壓作用形成不均勻水頭,產生急劇上升的超孔隙水壓力,擾動土體結構,這種破壞和擾動隨著樁的貫入會連續不斷地向下傳遞,使樁周一定范圍內的土體形成塑性區,從而很容易使樁身繼續貫入。樁的阻力大部分來自樁尖向下穿透土層時直接沖擠樁端土體的端阻力,其余來自樁側的滑動摩擦力。壓樁阻力并不一定隨樁的入土深度的增加而累計增大,而是會隨著樁尖處土體的軟硬程度不同等因素變化波動。沉樁完成后,隨著時間的推移,樁周土體中孔隙水壓力逐漸消散,土體發生固結,土的抗剪強度及側摩擦力逐步恢復和提高,從而使工程樁獲得較大的承載力。
4.2靜壓樁是擠土樁,壓入過程中會導致樁周圍土的密度增加,其擠土效應取決于樁截面的幾何形狀、樁間距以及土層的性能。擠土效應是指當樁沉入地基后,樁間土體的結構受到擾動,土體相互擠壓、孔隙變小,這樣就使得孔隙水壓力增大,土體發生水平方向的側移和垂直方向的隆起,使樁及樁間土產生向上的位移,此時樁端與持力土層之間有間隙產生,造成浮樁。浮樁后,樁端與土層間產生空隙,使樁失去大部分的樁端承載力,同時還產生一定的負摩擦力。在這兩個因素的共同作用下,樁的極限承載力下降,同時土存在摩阻力作用,使得質量差的樁接頭及樁身可能被拉裂,樁身結構被破壞。
4.3靜壓樁承載力的時效機理與其他樁型有較大差別,主要歸因于以下三方面:
1)土的固結作用。壓樁過程中,樁擠壓排開周圍土體,使土體的總應力增加。而處于正常固結狀態的樁周粘性土不排水剪切時收縮,故其有效應力減小。根據有效應力原理可知,超孔隙水壓力等于總應力與有效應力之差,因此,正常固結粘性土中有效應力在增加。沉樁結束后,超孔隙水壓力從較高的孔壓區向較低的孔壓區消散,從而使樁周土產生固結。隨著固結時間增加,超靜孔隙水壓力逐漸減小,其消散速度和土體固結速度均逐漸減小,最后停止,這時候樁的承載力也達到了 值。
2)土觸變性的恢復。樁周土在沉樁過程中受到擾動,強度降低,經過一定時間的休止后,土強度的觸變損失得到恢復,甚至超過初始強度。
3)土殼效應。混凝土管樁廠家受沉樁過程豎向剪切、橫向擠壓作用,樁周近旁的土成為完全塑性區,由于樁土界面的應力 ,超孔隙水壓力也 ,因而不斷產生相對滑移,粘聚力最小,結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內的水,加速其固結。若壓樁途中因為接樁等原因停頓,該水膜消失,則沉樁阻力會在短時間內顯著增加。壓樁結束后,經過一段時間的靜置和固結,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、樁表面粗糙程度而變化。由于該硬殼的抗剪強度高于周圍土的強度,因此當樁承受豎向荷載發生位移時,該層會隨樁身一同移動,剪切發生在該層之外,即發生在完全塑性區與部分擾動區的交界面,這實質上使樁的側表面摩擦面積增大,加大了樁的承載力。
4.4由于土的觸變恢復時效和固結時效等原因,打完樁之后,隨著超孔隙水壓力的消散,樁周土產生固結,樁的復壓值會隨時間增加而變大。也可以從宏觀上分析,打樁過程時樁和樁周土之間的關系可以類為“滑動摩擦”,而打樁完成后再復壓時樁和樁周土之間的關系可以類為“靜摩擦”。靜摩擦系數要大于動摩擦系數,所以復壓值會大于打樁時的終壓值。
4.5混凝土管樁廠家應將終壓力維持適當的時間,一定時間的終壓維持荷載會進一步使樁端土體強度降低并發生重塑,同時由于摩擦系數增加、土殼效應中水膜消失和土的觸變恢復時效及固結時效等導致側摩阻力增加,這樣可以大幅減小卸荷時樁身的回彈量,使之在可控范圍之內。
5.質量控制 5.1施工準備過程質量控制
1)嚴格按照坐標控制點和設計圖紙進行定位放線,做到定位準確無誤。
2)樁的強度達到設計強度及齡期后方可運輸、進場及沉樁施工,實心方樁的起吊、裝卸、運輸必須做到平穩,輕起輕放,嚴禁拋擲,碰撞、滾落。
3)運至現場的 混凝土方樁,廠方必須提供其完整的有關資料及產品質量保證書,并經現場驗收合格后方能使用,成品樁質量驗收標準為:外觀無蜂窩和空洞、露筋、無環向和縱向裂縫、內表面無混凝土塌落。
5.2靜壓樁過程質量控制
1)首節樁插入時,垂直度偏差不得大于0.5%。
2)沉樁宜連續一次性將樁沉到設計標高,盡量縮短中間停頓時間,應避免在接近持力層時接樁。
3)壓樁過程中,樁架應堅實、穩固,樁帽和樁身應保持同一垂直的軸線上,保證不出現斜壓的現象。
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)送樁應用專制鋼質送樁器,不得用工程樁作送樁器。
6)在沉樁至接近設計深度時,應注意觀察,根據試樁參數、以標高和壓樁力嚴格控制沉樁標高。
7)當樁的垂直度偏差小于1%且樁的有效樁長大于l5m時,靜壓樁送樁深度不宜超過8m。
8)沉樁施工前,合理安排打樁順序:根據樁的入土深度,宜先長后短、先高后低;若樁較密集,且距建筑物較遠,場地開闊時,宜從中間向四周進行;若樁較密集,場地狹長,兩端距建筑物較遠時,宜從中間向兩端進行;若樁較密集,且一側靠近建筑物時,宜從相鄰建筑物的一側開始,由近向遠進行;樁數多于30根的群樁基礎,應從中心位置向外施壓;承臺邊緣的樁,待承臺內其他樁壓完并重新測定樁位后,再插樁施壓;有圍護結構的深基坑中的靜壓實心方樁,宜先壓樁后再做基坑的圍護結構。
9)壓樁時,如沉樁發生突然變化時,應注意保持樁處于軸心受壓狀態,如有偏移應及時調正,以免發生樁頂破碎及斷樁質量事故。若發生移位,樁頂或樁身出現嚴重裂縫、破碎等情況時,應暫停壓樁,并分析原因,采取相應措施。在施工中如出現樁的擠偏、隆起、擠斷現象,應采取跳樁順序施工、并調整壓樁速度。
10)沉樁過程中,當樁尖遇到硬土層或砂層而發生沉樁阻力突然增大,甚至超過壓樁機 靜壓能力而使樁機樁機上抬時,這時可以 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)當沉樁阻力超過壓樁機 靜壓力或者由于來不及調正平衡配重,以致使壓樁機發生較大上抬傾斜時,應立即停壓并采取相應措施,以免造成斷樁或其它事故。
12)當樁下沉至接近設計標高時,不可過早停壓,否則在補壓時常會發生停止下沉或難以下沉至設計標高的現象。
13)靜壓達到設計標高后持續保持一小段時間(通常10分鐘-15分鐘左右)的穩壓期,保持穩壓的時間可根據土層的差異性作適當調整。靜壓達到設計標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有實心方樁工程的基坑支護施工應符合下列規定:
1)嚴禁邊打樁邊開挖基坑。
2)自然放坡的基坑宜在打樁結束后開挖,有圍護結構的基坑應在樁基完成后施工圍護結構。
3)飽和黏性土、粉土地區的基坑開挖宜在打樁全部完成15天后進行。
4)挖土宜分層均勻進行,且樁周土體高差不宜大于1m。
5)應注意挖土機械和運土車輛在基坑中對樁的擠推而影響樁的質量。
6)開挖基坑應制定合理的施工方案,確定土方開挖順序,注意保持基坑圍護結構和邊坡的穩定,并做好監測工作,實施動態管理。
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