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PHC管桩施工方案选择分析

1工程概况

福建信息职业技术学院平潭校区位于福建省平潭综合实验区,其中一期工程总建筑面积15.75万m2,其中3栋高层建筑(教工周转房)为剪力墙结构,高度为52m,并设地下室一层埋深6.5m,采用冲孔灌注桩;13栋学生公寓,六层,高度为22m,无地下室,框架结构,基础采PHC500-100-AB桩,单桩承载力设计值为4400kN。

2场地工程地质条件

根据勘察资料显示,工程地质情况为:?细砂:饱和,呈松散~中密,层厚为7.70~12.30m;②淤泥质土:饱和,软塑~流塑状,层厚1.90~4.8m;③粉质黏土:干强度中等、韧性中等,可塑~硬塑状为主,层厚为2.7~-2.9m;④细砂:饱和,稍密~密实,层厚4.10~9.40m;⑤淤泥质土:饱和,软塑~流塑状,层厚3.1~9.0m;⑥细砂:饱和,密实,层厚0.7~9.3m,⑦粉质黏土:干强度中等、韧性中等,可塑~硬塑状,厚1.5~10.30m;⑧全风化花岗岩:厚2.0~5.2m,⑨砂块状强风化花岗岩:饱和,岩石风化强烈,厚1.9~24.3m;⑩碎块状强风化花岗岩:岩石风化强烈,较软岩厚1.2~11.4m;輥輯訛中风化花岗岩:较硬岩,较完整,岩体质量等级为Ⅲ级。

3设计与施工过程中存在的问题及解决办法

3.1持力层的选择问题

该工程基岩埋深达48m,根据场地地质条件分析及建筑物性质,设计桩端持力层拟选用全风化花岗岩⑧层或砂土状强风化花岗岩⑨,但桩基必须穿过三层细砂层,且砂层厚度较大,在试沉桩过程中无法穿透,形成“钢板砂”效应,出现了桩头爆裂、断桩、打不下去等情况。经专家论证综合对比分析,采用如下处理方式:(1)高层建筑基础,建议采用冲孔灌注桩。(2)多层建筑基础,建议:①采用AB型管桩;②桩端持力层取第⑤细砂层,施工时按进入持力层和贯入度双控;单桩承载力取值适当降低使用;第⑤细砂层厚度小于4m时,管桩应穿过该土层进入强风化花岗岩;③进行软弱下卧层承载力和沉降变形验算,下卧淤泥质土层变形模量可取ES0.2~0.4;④局部位置沉桩有困难时可采取引孔措施。施工情况分析:经专家论证后的施工方案,经济效益得到了提高;但是,施工过程中,由于地质的特殊性,引孔、补桩的现象普遍存在,对工期有一定的影响。考虑整个校区建设分为四期,一期工程对工期要求可以适当放宽。所以,综合考虑工期和经济两方面,决定采用此施工方案。

3.2现场施工情况

前期部分施工情况:190#和213#桩头爆裂、258#和194#桩长达不到设计要求、278#和200#断桩、6#桩头爆裂(见图1)。初步分析前期施工因采用60#锤和72#锤,按福建省标准规范规定为保证桩身质量总锤击数应控制在2000锤以内。而现场总锤击数小于2000击39根,占70.9%;总锤击数大于2000击16根,占29.1%。总锤击数过多,导致桩身质量问题无法保证,产生断桩、桩头爆裂等结果。现场施工情况经专家论证会后,增加采用80#锤,现场施工情况显示:(1)80#锤穿层能力远比72#锤强,试桩位置在细砂⑤最厚位置(约13m)总锤击数为694锤、1409锤、1531锤及2378锤,桩头位置仅轻微损伤,说明80#锤穿层能力远比72#锤强且总锤数大幅减少。在合理控制落距的情况下,总锤击数在2000以内,桩身质量是可以保证的。(2)因为试桩要求本着充分了解土层,坚持参数从严的原则。未来的正式工程桩施打时,参数会适当放宽以确保成桩率;(3)确定施工标准如下:72#锤总锤数大于1800、最后三阵贯入度不大于5cm及连续3m每米锤数不小于200锤,配合补桩;80#锤总锤数大于1400、最后三阵贯入度不大于8cm及连续3m每米锤数不小于150锤,配合补桩。

3.3管桩的施工工艺要求

合理的设计需要标准而规范的管桩施工工艺得以实施。本工程在管桩施工过程中经过经验分析,得出以下施工工艺经验,锤击PHC管桩过程中应严格施工。本工程桩型选用PHC500-100-AB桩,沉桩方式采用锤击法沉桩,桩锤选用80#柴油锤(冲击体质量8.0t),冲程2.0~3.4m(尽量采用重锤低击法),贯入度控制100mm/10击。(1)PHC管桩进场沉桩前施工单位应严格检查桩身外观质量、尺寸偏差、桩身强度符合设计及规范要求。现场堆放和吊装时应严格按规范和图集要求的方法执行。(2)桩帽和送桩器与管桩周围的间隙应为5~10mm;桩锤与桩帽、桩帽或送桩器与桩顶之间应加设弹性衬垫厚度应均匀,且经锤击压实后的厚度不宜小于120mm;在打桩期间应经常检查,及时更换和补充。(3)沉桩应确保桩锤、桩帽或送桩器与桩身在同一轴线上。第一节管桩插入地面时的垂直度偏差不得超过0.3%;沉桩过程中,应经常观测桩身的垂直度,桩身垂直度偏差不得超过0.5%。当桩尖进入坚硬土层后,严禁用移动桩架等强行回扳的方法纠偏。(4)上下节桩拼接成整桩时,宜采用端板焊接连接。焊接前应确认管桩接头质量合格,上下端板表面应清理干净,焊接时宜先在坡口圆周上对称点焊4点~6点,待上下桩节固定拆除导向箍再分层对称施焊。现场焊接可采用手工焊或二氧化碳气体保护焊,焊接层数宜为3层,内层焊渣必须清理干净后方可施焊外一层,焊缝应饱满、连续,且根部必须焊透,焊接质量应符合《钢结构工程施工质量验收规范》的相关规定。(5)打桩时应采用重锤低击法。结合本工程土层情况,采用重锤低击可提高锤击贯入效果,降低桩身锤击应力,减少桩身损伤。

3.4PHC管桩施工与地质勘察报告的应用

工程地质勘察报告是工程基础设计和施工的重要依据[2],但不是绝对的依据,因为勘察点布置和选取并不是全部。本工程显示在管桩施工过程中地质勘察情况只是一个施工参考,不是绝对的依据,不能完全依赖或者按照勘察地质情况施工。

4PHC管桩与灌注桩的经济技术比较

经造价咨询公司计算分析,三栋高层住宅建筑中采用灌注桩(冲击钻)与PHC管桩相比造价增加854.07万元;低层建筑中持力层上提至⑤层细砂层与全部进入第全风化花岗岩⑧层或砂土状强风化花岗岩⑨相比造价减少679.05万元。即灌注桩的造价高于管桩;同时,合理的选择桩基持力层也非常重要。PHC管桩在工程上的应用越来越广泛,近年来每年都有上千万根应用到工程中。但是,沉桩阻力的影响因素主要是由土质结构、埋入持力层深度、桩数、桩距、施工顺序等;断桩、沉桩困难、爆桩头、沉桩困难等工程事故经常发生,造成的经济和工期损失难以估量,分析其原因有地质的原因、有施工技术的原因、同时也有PHC管桩本身的原因。灌注桩与PHC管桩相比造价相对较高,施工相对容易(一般在30m内如此)。但是在相同断面及相同桩长的情况下其桩端承载力往往低于预制桩,这是因为在灌了混凝土后拔管过程中挤压力有了一定的释放,相应桩摩擦力减弱。同时,桩端阻力也因挤压力的释放而有所递减。

5结语

综上,在PHC管桩设计过程中持力层的选择很重要,要结合工程地质、周边建筑桩型、经济效益等因素确定;施工单位的施工工艺也起着决定性的作用,施工单位应严格按照施工工艺的标准要求进行;PHC管桩施工过程中,建设单位、施工单位、监理单位、设计单位、PHC管桩厂家都应在现场监督,确保规范施工。

作者:葛翠方 单位:福建信息职业技术学院

参考文献

[1]张忠苗,喻君,张广兴,等.PHC管桩和预制方桩受力性状试验对比分析[J].岩土力学,2008(9):3059-3065.

[2]杜娟.工程地质勘察报告的编写[J].中外企业家,2015(12):219-220.

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