浅谈预制桩基施工技术在地基处理应用

徐甲

摘 要：预制钢筋砼桩由于制作方便, 拼接容易, 打桩前可对砼质量进行检查, 不受地下水条件的影响等优点,广泛应用于建筑工程的地基加固处理。本文对预制桩基施工技术过程中常遇的一些问题进行论述，并提出措施。

关键词：预制桩;地基加固;施工技术;问题;措施

前言

桩基础施工在工业与民用建筑中占着重要的地位，没有过硬、稳定、高质量的基础工程，再豪华的建筑也摆脱不了坍塌的命运。就桩的受力性能而论, 一般可分为摩擦桩和端承桩两大类:端承桩是荷载通过桩传递到坚硬土层或岩层上, 这种桩假定只靠桩尖的支承力起作用,桩表面与土的摩擦力可忽略不计。 摩擦桩是通过桩把荷载传递到桩周围土中及桩尖下土中去, 假定桩尖支承力小到忽略不计,这种桩称纯摩擦桩。

打桩时土壤受力情况如下图所示:

桩在被打入土中期间,桩周围的土被扰动,在粘性土中打桩,桩尖处形成一个土楔,它随桩向下沉,并将土向四周挤压,挖开土壤测量,在距桩周 0.5D(D 为桩的边长)的区域内,土层结构严重破坏,形成重塑土,如果是饱和的软粘土,孔隙水压力增大,土体抗剪强度显著降低,距桩一个桩径的第二区域,土体被挤密,土层结构稍有破坏,土的抗剪强度降低就很小。

重塑土的抗剪强度和桩的承载力随时间而增长的情况, 在饱和软粘土中明显,一段时间以后,一般 1～6个月以后孔隙水压力逐步扩散,第一区域重塑土含水量降低,重塑土重新固结,抗剪应力不断增加,甚至超过 100%以上;在硬塑粘土中,重塑土孔隙水压力不大,也不易扩散,破坏的土结构很难一时固结,因此抗剪强度在很长时间内低于原土抗剪强度。把桩打入非粘性土中时,桩周围端部的非粘性土(砂、粉砂、 砾石)距离桩越近越密实;在饱和的粉质土壤中,由于桩端处高孔隙水压力使桩拒沉,如停置一段时间孔隙水压力扩散后,桩就可以继续打下去。

在粘性土中,由于打桩后使孔隙水压力增高,桩周围地面将会隆起,距桩越远,隆起越小,一般距离桩 10--15 倍桩径处隆起已经很小了,亦可能在桩的四周地面上产生径向裂缝。

一、 预制钢筋砼桩施工中的一些技术问题

1砼标号及其浇灌程序和配筋率是控制桩身质量的重要因素

1.1 砼标号:对 15M 以下的短桩,估计打桩的锤击数在1500 锤以下,土壤孔隙比在 1.2～1.5,砼标号可以用 300#～400#,当桩长在20m～30m 之内,预估桩锤数在 2000 锤以上,孔隙比 0.7～1.0,砼标号应设计到 450#-500#。

1.2 砼浇灌程序:操作规程上规定是从桩头向桩尖进行,实际上在打桩时,桩头和桩尖都出现最大的锤击应力,特别是桩端阻力很大,难于打下时,桩端处最大压应力将是初始应力的二倍,为满足受力要求,砼浇捣应从二头向中间进行,一次浇捣完毕,不留施工缝,配合比必须用重量比,严格控制配比的加水量,机拌,机捣,保证砼密实。

1.3配筋率:桩的配筋主要是满足反射拉应力和打桩时起吊、运输强度和刚度的要求,我们接触的图纸一般偏低,根据理论分析和计算, 超过 15m的长桩配筋率宜为 1.2%(考虑反射拉力波强度为主),短桩配筋率应为 0.6～1.0%(考虑起吊运输为主)

二、打桩中经常出现的质量问题

1桩头破碎:在桩基础的施工中屡见不鲜,破坏情况:大部分在砼弹性垫下,其一个棱角先破坏,而后发展到二面三面:主要原因:砼强度不够,小于锤击应力,桩垫硬度不够,产生直接传力;锤击次数超过2000 次以上,砼强度产生疲劳;桩帽太紧,锤击后桩帽转动产生扭矩;桩顶不平,桩头钢筋不齐,锤击偏心。

2 桩身断裂:某车间在接桩后刚打两三锤就产生断裂,主要原因:接桩后有空隙,没有全部垫平,产生锤击偏心。据经验分析,原因是桩入土不直,因倾斜而产生偏心,重锤高击,产生暴沉,突然断裂。

3 桩位偏斜:产生的原因是在软弱的土层中,桩周围的土尚未固结,桩像置于悬浮液中,机械挖土时碰撞或其他因素的水平力导致桩位偏斜;插桩时垂直度不够,造成偏打;放线定位的误差;在沉坑开挖中边坡塌方,钢板倾倒压迫打入桩偏位;向一个方向连续打桩,形成一边土层被挤密,另一边呈原土状,往往向原土状一侧倾斜;桩身表面粗糙程度悬殊,一般向光滑面倾斜。(光滑面摩阻力由小先下沉,粗糙面摩阻力大后下沉)长桩容易发生倾斜。

产生上述问题的原因是多种多样的,应该综合整理:准确掌握地层分布土质情况,预先提出可能发生的问题;预制桩几何尺寸准确,桩端平直,砼配合比设计时应取 σ0应取 80,保证达到设计强度;根据土质情况和砼标号,选择合适的打桩设备和桩锤型号。遵守重锤低击的原则,重锤低击是动中有静的一种有效的操作方法,主要是减少下落的速度,对降低打桩应力,提高贯入能力,减少桩的损坏有良好的效果;

开始打桩和桩打到接近持力层或硬土层时应该重锤低击,锤击的速度要放慢, 以防止拒沉时的反射压力波和贯入度过大的反射拉力波的出现;对饱和性土壤,为防止超孔隙水压力的产生,应用井点降水或袋装砂井降水;加强工作责任心,勤检查桩垫完好情况,对插桩,接桩都要精心操作，加强质量检查,提高施工人员技术素质,防患于未然,达到保证工程质量的目的。

三、桩过程中出现质量问题的处理方法

1 头破碎:在砼强度确实得到保证的情况下,桩头破碎属其他原因,因此我们用加钢帽的方法进行加固桩头处理,具体做法：1.将破碎桩头凿平 2.桩四周表面加固范围应修理平整 3.焊接钢帽 4.浇硫磺胶泥一层(因桩头的弹性垫没有了,所以用硫磺胶泥代替,硫磺胶泥冷却及强度可以达到 500#时耐打 5000 次不坏,且操作简单。)

操作关键是封头钢板一定要平直, 和硫磺胶泥形成一个整体,否则易产生锤击偏心,再则钢套和角钢一完要和砼严密靠实,因为这样可以阻止砼受锤击产生横向膨胀,提高砼强度和耐打性。如果有空隙存在,砼能自由地横向膨胀,砼强度也就破坏了。

2身断裂:处理的条件是:桩身倾斜度不大,断裂的部位不超过桩长的 2/5,处理方法是从断裂处凿开,上下加桩套,然后作焊接接头处理,至于断桩或桩头破碎会否减少桩的长度,送桩时多送一段,然后在桩套上焊接上钢筋,支模板,再打砼,便可达到原桩长度。

断桩在下节桩一般是废桩,需要补桩,关于补桩,在一般情况下,原位处理的断桩不降低桩的承载能力,如果过多补桩,不但不能增加承载力,而且有可能适得其反,降低承载能力,道理很简单,S=3D 是最佳间距,承载能力最高,根据 S1961 年发展的粘土中磨擦桩群桩承载能力研究一文中说,桩距 S 由 3D 降低到 2D,群桩效率计算值就要降低20%。

3 位偏斜:一般发现桩位偏斜都是在土方开挖完以后,如果确有偏位较大的桩,采取补桩都很困难。发生此情况,首先确认因偏位大,桩已断裂,且该断桩已不能承受荷载,必须采取补救措施,然后再决定处理方案:1. 单排桩条基: 桩头处于软弱的淤泥质土壤内, 偏桩在20-30CM以内,可以用千斤顶法水平移位到允许偏差内,进行固结;如果偏差超过 50CM,另外补桩,以补钢管桩和 H 桩为好,减少排泥量,不影响别的桩;桩头处理,在可塑或硬塑粘土中,一般不宜用千斤顶作水平移位,桩位偏 20-30CM 以内(允许偏差 10CM),适当加一部分锚栓,并插入承台内, 使桩、土、承台共同工作。2. 双排条基桩位偏差在20-30CM 以内,只需要在桩头加钢筋小梁,在内部传力处理,如果超出承台以外,局部加大承台。

群桩的桩位偏差大部分在允许范围以内, 偏差后由群桩合力作用点和原设计的合力作用点相差不大,一般不作处理。

四、结束语

随着建筑物不断发展，桩基础施工面对的对象千变万化，施工技术的日新月异。对于桩基施工过程中所出现的质量问题，提出相应的措施进行处理，取得良好的社会效益及经济效益。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。