试论预应力高强混凝土管桩

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摘要:本文通过分析预应力高强混凝土管桩的优缺点,介绍打桩施工机械的合理选择,以及对预应力高强混凝土管桩施工时试桩和桩头处理等常见技术问题进行探讨,为结构设计者在进行预应力高强混凝土管桩基础设计和参与试桩会议时提供参考。

关键词:预应力高强混凝土管桩;基础设计;试桩

随着我国预应力和混凝土技术的高速发展,预应力高强混凝土管桩已被广泛应用于各类房屋建筑的基础工程中。由于预应力高强混凝土管桩具有施工工期短、成桩质量在施工时较容易得到直观保证、以及相对造价较低等优点,在我国得到了迅猛发展。通过大量的工程实践,本文拟在设计方面,对采用预应力高强混凝土管桩进行基础设计时应注意的几个问题做如下探讨:

1、预应力高强混凝土管桩的优缺点

设计人员应充分了解预应力高强混凝土管桩的优点和缺点,以便更好地利用其进行基础设计。

预应力高强混凝土管桩是属挤土式摩擦端承桩,其主要优点有:

(1)预应力高强混凝土管桩基础沉降量较小,有利于应用于沉降控制要求严格的工程。

(2)施工时单桩承载力和桩身质量较容易得到直观保证,施工后质量检测手段成熟。

(3)桩径相对较小,从而使承台的占地面积也变小,布桩灵活。

(4)单桩出厂节长有6～13米多种选择,施工上配置总桩长时灵活,有多个配桩长方案可选。

(5)施工工期短,同时场地整洁、施工文明程度高。

基于以上几个优点,预应力高强混凝土管桩可广泛应用于许多地基基础。但预应力高强混凝土管桩也存在一定的缺点:

(1)其施工过程的挤土效应对于一般土层的扰动较大,很容易对周围建筑环境及地下管线产生一定的影响,要求边桩中心到相邻建筑物的间距较大;且桩与桩之间受挤土效应影响较大,设计时宜取适宜的桩距,施工时宜选好打桩路线,宜采用隔桩跳打的打桩顺序,尽量减少对已施工的桩的挤压影响。

(2)柴油锤击预应力高强混凝土管桩施工过程噪声大且拌有浓烟油污,尤其在市区中心和居民区内的施工中,有悖于环境保护和文明施工要求。

(3)静压桩机过大的压桩力(夹持力)易将管桩桩身夹破夹碎,或使管桩出现纵向裂缝;锤击管桩施工时,桩垫如果没固定好,桩锤很容易击伤桩头出现裂纹破坏。

(4)不宜在地下障碍物或孤石较多的场地进行施工。

(5)可靠持力层分布不均、层面起伏较大时,容易造成现场施工时配桩过长的浪费现象。

(6)静压桩机对施工场地表层土的地耐力要求较高,在新填土、淤泥土及积水浸泡过的场地施工易陷机,且较重的静压桩机行走时对表层土的挤压很容易对周边路面和浅基础建筑物造成一定的挤压破坏影响。2、施工工艺的合理选择

预应力高强混凝土管桩主要施工工艺形式有柴油桩机柴油锤击入桩法和静压桩机液压压入桩法两种。现将两种工艺的相对优缺点做相互比较如下:

(1)对土层的扰动:静压桩机由于桩机笨重,对施工现场表层土的挤压现象比起锤击桩机来十分突出,往往对周围有浅基础的建构筑物的地基基础产生不良影响。

(2)环境污染:锤击桩机一般采用柴油机驱动,产生的噪音与油烟对周边环境污染严重;而静压桩机采用液压系统,施工时造成的环境污染很小。

(3)造价:静压桩机由于机身配重重量大,机械的进退场运费比锤击桩机要高。

(4)打桩时对较硬砂土夹层的穿透能力:由于这两种机械对桩的施工机理不同,导致遇到较硬的砂土夹层时,锤击桩机对硬夹层的穿透能力要比静压桩机强。

(5)打桩时的终压值控制的直观性:静压桩机的控制台配备有压力读数表,通过该表的读数可以很直观地反映出压桩时的瞬时压力有多少,方便终压控制;而锤击桩机在终压控制上是靠桩的贯入度来控制,相对于静压桩机来讲,不是很直观。

采用预应力高强混凝土管桩基础设计时,应了解上述两种施工工艺的特点,从而根据实际工程情况选用合理的打桩机械。

3、关于试桩应注意的问题

试桩就是业主、设计、勘查、监理、施工和质监站的代表一起到施工现场随机点选一根桩(或多根桩)进行打桩施工,以确认并解决打桩过程中,实际地质情况是否与地质资料符合,打桩的机械是否能正常施工,实际打桩的终压控制是否能满足设计要求等技术问题,从而确保后续打桩施工能较顺利地进行。设计人员通过试桩的过程,来判断地质资料是否与现实情况相符合、以及确定预应力高强混凝土管桩施工过程的终压(打)控制参数。试桩是衔接预应力高强混凝土管桩基础设计与施工的一个极其重要的必需环节。如果地质情况复杂或条件允许,也可在施工图设计前先通过现场试桩做单桩静压载荷试验确定该桩的极限承载力,以供设计人员作为有效的设计依据。

在试桩过程,设计人员应注意几个问题:

(1)对于静压桩施工,应检查其桩机压力表读数换算表是否有效可靠。要注意单缸液压与双缸液压的差异。

(2)对于锤击桩机,应检查其桩锤重量是否符合设计要求。

(3)对于试桩桩位,应尽量选择具有代表性的位置。例如,选取在尽量靠近地质勘察资料技术孔的位置,或是地质较薄弱的位置,或是承受上部结构受力重要位置。

(4)对应地质勘察资料,仔细观察桩的施工过程在进入各个相应土层的反应是否与地质勘察资料相符合。

(5)终压(打)控制参数的确定。即终止压(打)桩的现场施工控制值,应根据现场实际试桩终压值,考虑地质资料与现实施工情况的相符合程度,结合设计时的单桩承载力取值,做适当的调整后来确定。

4、其他应注意的预应力高强混凝土管桩设计问题

(1)由于桩与上部结构的连接主要通过桩的承台,因此桩头嵌入承台的长度不宜小于10cm,桩头填芯砼的强度等级应满足规范要求和设计要求。但实际施工时,桩头的实际标高往往过深或过浅,此时在做桩头处理时应有相应的施工补救措施保证桩头嵌入承台10cm。桩头填芯砼底的模板由于受管桩内壁不规整的影响,往往有较大缝隙,应采取一定措施填补缝隙,保证桩头填芯砼浇筑质量,避免漏浆。

(2)在点选成桩的大小应变检测的具体桩位时,应尽量选择具有代表意义的桩位。例如,施工记录数据有异常的桩位,或承受上部结构荷载主要范围内的桩位,或持力层薄弱与地质情况较复杂的桩位等。

预应力高强混凝土管桩基础已在我国越来越受设计者所采纳与应用,通过对上述在预应力高强混凝土管桩基础设计中常遇到的几个问题进行探讨,望能为结构设计者在进行预应力高强混凝土管桩基础设计时提供参考。

参考文献

1、《建筑桩基技术规范》(94)

2、《建筑地基基础设计规范》(2002)