PHC預應力混凝土管樁具有強度高,施工方便快捷,單樁承載力高等特點,是高層建筑物中常見的一種樁基礎,對場地土層在樁長范圍內為黃土粉狀土、粉土、含礫粉土、粉土和粉質黏土地基承載力有顯著提高,在人口居住密集地方,采用靜力壓入法降低噪聲,減少噪聲污染,但對于持力層處于卵石層的地區,管樁有效樁長較深或地下處于有孤石,過大的壓力(加持力)容易造成管樁傾斜甚至斷樁,沉樁擠土造成水平位移而斷裂,這些因素都制約著管樁的使用局限性。通過灌注樁后注漿施工工藝技術的啟發,通過對地基承載力和地質勘查報告數據進行研究、計算、分析,為提高PHC管樁承載力,減小有效樁長,達到地基承載力滿足要求,采用PHC管樁帶注漿器施工工藝,通過專家論證其可行性,PHC管樁帶注漿器壓漿工藝有效的解決了有效樁過長,避免了有效樁在堅硬的礫石持力層,同時對環保節材,降低噪音,加快工期有顯著提高。
二、工法特點
1、采用后注漿技術可以大幅減小壓樁深度同時滿足地基承載力,克服了軟弱土層與管樁樁身親和力差的難題,通過樁側注漿使得端承樁樁側摩阻力增加地基承載力。
2、能大幅提高單樁承載力,有利于持力層的靈活選擇,可以縮短有效樁長,加快施工進度。
3、注漿裝置安裝簡便,可以有效降低成本。
三、適用范圍
本工法適用于素填土、雜填土、淤泥、淤泥質土、粉土、粘性土、碎石土等地基,不適用于密實較厚的砂土層及風化巖層。
四、工藝原理
4.1 PHC管樁帶注漿器后壓漿工藝通過在樁端加設注漿器,采用靜力壓樁法,使用樁機將焊接牢固的帶有注漿器的管樁承壓至設計比標高,通過施工標高與有效樁長確定終壓值, 終壓樁力作為參考,終止沉樁后48小時采用高壓注漿泵,混凝土管樁廠家通過導管對PHC管樁壓漿,單樁的承載力將得到極大提高。
4.2樁底后注漿時漿液對樁底土層進行置換、擠密、結固、或者發生化學反應形成結石體壓力漿液通過滲透、擠密、填充及固話作用,提高持力層強度和變形能力并形成擴大頭增加樁端的承壓面積。
4.3樁側后注漿時,漿液先對與管樁接觸部位的土層進行滲透、置換對樁周土體進行劈裂,混合、擠密,填充樁側與樁周土的間隙,提高樁側與樁周土體的粘接力,從而提高樁側摩阻力,較小灌注樁的有效樁長。
五、施工工藝
5.1工藝流程
專家論證→試樁→靜載檢測→注漿器加工→注漿器安裝→ 注漿管的設置→樁孔定位→沉樁→ 注漿→ 養護→檢測驗收
5.2施工方法
5.2.1專家論證:
由于目前預應力管樁還沒有實際的應用實例,所以施工前組織了專家進行專家論證:
5.2.2試樁:
管樁生產廠家試樁的指導思想是以充分發揮管樁強度,以適當的有效樁長來使地基土的強度達到樁身強度即為樁的承載力, 終達到經濟合理的效果。
根據圖集資料及強度計算,PHC500-125AB樁樁身強度設計值2700KN,考慮地震荷載組合 大值時樁身軸力設計值為4626KN,即為較經濟的結果,故取單樁承載力極限值4626KN為設計要求。根據圖集資料,其樁身強度特征值為2700KN,即極限值承載力為5400KN,在試樁過程中,以5400KN為承載力實驗破壞的目標值,實際檢測時,均在目標值或前一級荷載下發生破壞,取破壞荷載的上一級荷載為單樁試驗極限承載力標準值。
表1:試樁明細如圖(均為PHC500-125AB樁)
從上述結果來看,不注漿有效樁長需45米左右,而后注漿后承載力有明顯的提高。
根據地質勘查報告提供的參數,理論計算大概需要47米,單樁承載力極限值可以滿足4626kn:
Quk=u∑qsikli+qpkAp=(32*4.6+45*10.3+45*9.2+65*5.8+72*18)*0.5*3.14+0.52*3.14*0.25*2000=4626kn
∑li=4.6+10.3+9.2+5.8+18=47m
故靜載試驗結果與理論計算比較接近。
由于后注漿后15天即開始進行靜載試驗,齡期不到28天,可能會影響承載力結果,將純水泥用量提高到2.0t,保障齡期的情況下,26米有效樁長是可以滿足設計要求的。
5.2.3樁靜載檢測:
由于后注漿工藝屬于新的施工工藝,沒有積累太多的經驗,也沒有形成可以采用的標準,為安全保險起見,暫定有效樁長為35米,采用后鉆孔沉管注漿,注漿量為純水泥用量(P.O52.5R)2t,單樁承載力極限值為Quk=4626kn,在實際工程中實施。
C區二期7#樓、8#樓均為地下二層,地上三十二層,地上高度100米,剪力墻結構,采用上述基礎方案靜載試驗結果分別如下:
5.2.4注漿器加工:
1、注漿器采用12mm鋼板進行焊接加工,焊縫采用雙面滿焊,沿焊接成型的注漿器周圍設置豎向加強肋12mm*40mm*500mm,橫向加強肋采用50mm*50mm*12mm鋼板焊接,保證注漿器的強度和剛度,保證能承受壓樁過程荷載不變形和破壞。
2、注漿器頂板開孔與注漿管進行焊接連接,注漿管與注漿管連接采用螺紋連接,注漿孔的設置沿注漿器周圍均勻設置,不少于42個,在注漿孔下部焊接護孔耳板,防止壓樁過程中側壁土方壓緊擠實后對注漿壓力造成影響,注漿器內用石子進行填充,保證注漿器的抗壓強度。
5.2.5注漿器安裝:
注漿器安裝采用焊接工藝將注漿器和預應力混凝土管樁頂部端板進行焊接,焊縫飽滿,焊腳尺寸不小于5mm,焊接前將注漿管穿過管樁內,注漿器端板與樁端法蘭盤焊接成型,如圖:
圖四:注漿管穿管與注漿器焊接
5.2.6注漿管的設置:
注漿導管采用直徑25mm鋼管,與注漿器的連接采用焊接,注漿管之間的連接采用螺紋連接,導管長度為注漿器頂板到樁頂距離減去50mm,注漿噴頭具有止逆的功能,導管上部應采用麻絲進行封嚴,樁側注漿管應采用低強度材料,如采用塑料膠帶纏裹等。確保在注漿壓力下順利打開。
5.2.7樁孔定位:
混凝土方樁根據建設單位提供的場內三個以上的坐標點,結合現場實際平面布置,進行每棟樓控制點布置,每棟樓不少于二個控制點??刂泣c采用混凝土做好防護,后期使用過程中必須妥善保護。根據每棟樓控制坐標點,采用全站儀或者GPS對樓內的樁號進行放樣,放出具體位置,使用鋼釘系好紅布條打入圖中150mm,用以保證機械碾壓后樁點位不錯,便于尋找樁點位。
5.2.8沉樁:
混凝土方樁壓樁前必須確認樁機的吊鉤已脫離吊樁工具,樁頭已準確對中樁位點,利用經緯儀于樁身正前方和90度角的兩個方向來校對測量。確保樁身垂直度偏差控制在0.15%以內。樁帽、樁身和送樁的中線應重合。
管樁連接采用法蘭焊接,接長時用鋼絲刷清理樁端板處雜物,坡口處應刷至露出金屬光澤,為方便焊接樁,其入土部分樁段的樁頂高出地面0.5-1.0m。焊接時宜在坡口周圍對稱點焊4點-6點,待上下樁節固定后拆除導向箍再分層對稱施焊,焊接層數為3層,內層焊渣必須清理干凈后方可施焊外一層,焊縫應飽滿、連續、且根部必須焊透。焊好的樁接頭自然冷卻后方可繼續沉樁,嚴謹用冷水缺或焊好即沉樁施工。
5.2.9注漿:
注漿環節是預應力混凝土管樁后注漿技術的關鍵環節,包括注漿時間的控制、注漿量的控制、注漿壓力的控制,這些環節的控制是后注漿工藝質量控制核心控制點,有一項不滿足要求就可能導致樁端承載力不能達到要求的可能性,所以非常關鍵。
1、漿液配比:
注漿材料采用普通硅酸鹽水泥強度等級采用PO42.5,受潮結塊過期的水泥嚴禁使用,漿液的水灰比應根據土的飽和度、滲透性確定,對于飽和土水灰比宜為1045-0.65,非飽和土宜為0.7-0.9,松散碎石宜為0.5-0.6 。
2、漿液的配備:
水泥漿采用機械攪拌的方式進行攪拌,漿液攪拌應均勻,不能有明顯的團?;蛩嘟Y塊,先稀后稠, 一罐漿液,水灰比0.8,隨后水灰比0.5~0.6,漿液必須經過兩級攪拌兩級過濾, 一級攪拌達10分鐘以上。攪拌好的漿液通過濾網到達水泥池內,然后通過二次過濾到達漿液二次攪拌罐,過濾網眼不大于3mm,在小攪拌罐內應處于不間斷攪拌狀體,攪拌過程中泌水率不應超過3%,漿液有足夠的流動性,適當可以加入緩凝劑進行控制水泥漿的初凝時間。漿液配置示意圖如圖:
3、注漿管安裝:
安裝注漿采用絲扣連接,注漿器與注漿管采用絲扣連接,將注漿管穿入管樁內,注漿器與管樁端部采用法蘭焊接,樁芯穿上注漿管冒出 一節樁頂標高10cm, 二節也預先串好注漿管,吊起后連接樁口注漿管時采用三角架,然后進行人工樁口連接注漿管,注漿管連接后進行壓樁
注漿罐與注漿管的連接
4、注漿:
實心方樁注漿前需要確認攪拌機、高壓注漿泵、壓力表等設備的工作狀態,檢查注漿器和注漿管路的情況,設置漿液的配置池,與高壓注漿泵連接可靠,然后用石子(粒徑40mm)灌填至管底以上500mm,再用石粉灌填至水位以上(大于500mm),然后用微膨脹細石混凝土灌填2000mm,24小時后即可注漿。
開始注漿時,啟動高壓注漿泵,先低檔施壓,正常以后才可換擋加壓,正常情況下保持1.5~2.5mpa的常態壓力,瞬間可達3mpa。注漿時當漿液太稠時,會有注漿泵堵塞現象,切不可輕易打開注漿泵活塞,嚴格采取安全措施。
個別樁有向上返漿現象,出現返漿時,立即停止注漿,采用間歇注漿,即每15分鐘進行瞬間加壓,一個小時后重新持續注漿,直至達到終止注漿條件。
終止注漿條件為正常情況下以純水泥用量2t為控制終止注漿標準。預定在純水泥用量達1.2t以上,壓力3mpa達5分鐘以上亦可終止注漿。
注漿效果
5.2.10養護:
養護時間不能小于15天,靜載試驗應在注漿完成15天后進行.
5.2.11樁基檢測:
預應力砼管樁檢測主要包括三方面,管樁拼接時焊縫的探傷檢測,同一工程探傷抽樣檢查不得少于3個接頭。做低應變法試驗,檢測樁身完整性,一般樁基工程抽檢數量不應小于總樁數的20%,且不得少于10根;設計等級為甲級,抽檢數量不少于總樁數的30%,且不得少于20根,多樁承臺每根柱下抽檢不少于1根;現場靜載試驗,單樁靜載荷試驗在砼已條件下的試樁數量,不宜少于本子項總樁數的1%,且不少于三根。
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