论静压桩的沉桩施工分析
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摘要:本文将研究工程中常常遇到的质量问题以及相应的解决方式,主要根据静压桩在沉桩过程中的原理,阐述沉桩的终压力与极限承载力之间的关系,并根据这些知识寻求解决施工中的问题。
关键词:静压桩 沉桩 分析
静压法施工是通过静力压桩机的压桩机构以压桩机自重和机架上的配重提供反力而将桩压入土中的沉桩工艺。由于这种方法具有无噪音、无振动、无冲击力等优点;同时压桩桩型一般选用预应力管桩,该桩作基础具有工艺简明,质量可靠,造价低,检测方便的特性。两者的结合便大大推动了静压管桩应用。
1. 静压桩沉桩机理
沉桩施工时,桩尖“刺入”土体中时原状土的初应力状态受到破坏,造成桩尖下土体的压缩变形,土体对桩尖产生相应阻力,随着桩贯入压力的增大,当桩尖处土体所受应力超过其抗剪强度时,土体发生急剧变形而达到极限破坏,土体产生塑性流动(粘性土)或挤密侧移和下拖(砂土),在地表处,粘性土体会向上隆起,砂性土则会被拖带下沉。在地面深处由于上覆土层的压力,土体主要向桩周水平方向挤开,使贴近桩周处土体结构完全破坏。由于较大的辐射向压力的作用也使邻近桩周处土体受到较大扰动影响,此时,桩身必然会受到土体的强大法向抗力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗,当桩顶的静压力大于沉桩时的这些抵抗阻力,桩将继续“刺入”下沉。反之,则停止下沉。
压桩时,地基土体受到强烈扰动,桩周土体的实际抗剪强度与地基土体的静态抗剪强度有很大差异。当桩周土质较硬时,剪切面发生在桩与土的接触面上;当桩周土体较软时,剪切面一般发生在邻近于桩表面处的土体内,粘性土中随着桩的沉入,桩周土体的抗剪强度逐渐下降,直至降低到重塑强度。砂性土中,除松砂外,抗剪强度变化不大,各土层作用于桩上的桩侧摩阻力并不是一个常值,而是一个随着桩的继续下沉而显著减少的变值,桩下部摩阻力对沉桩阻力起显著作用,其值可占沉桩阻力的50%～80%,它与桩周处土体强度成正比,与桩的入土深度成反比。
一般将桩摩阻力从上到下分成三个区:上部柱穴区,中部滑移区,下部挤压区。施工中因接桩或其它因素影响而暂停压桩,间歇时间的长短虽对继续下沉的桩尖阻力无明显影响,但对桩侧摩阻力的增加影响较大,桩侧摩阻力的增大值与间歇时间长短成正比,并与地基土层特性有关,因此在静压法沉桩中,应合理设计接桩的结构和位置,避免将桩尖停留在硬土层中进行接桩施工。
粘性土中,桩尖处土体在超静孔降水压力作用下,土体的抗压强度明显下降。砂性土中,密砂受松驰效应影响土体抗压强度减少,在成层土地基中,硬土中的桩端阻力还将受到分界处粘土层的影响,上覆盖层为软土时,在临界深度以内桩端阻力将随压入硬土内深度增加而增大。下卧为软土时,在临界厚度以内桩端阻力将随压入硬土的增加而减少。
2. 常见质量事故分析及处理
2.1桩身上抬
由于静压桩是挤土桩,在场地桩数量较多,桩距较密的情况下,时常后压的桩会对已压的桩产生挤压上抬,特别对于短桩,易形成所谓的吊脚桩。这种桩在做静载试验时,开始沉降较大,曲线较陡,但当桩尖达到持力层,承载力又有明显增加,沉降曲线又趋于平缓,这是桩身上抬的典型曲线。可能会把桩的接头拉断,桩尖脱空,同时大大增加对四周桩的水平挤压力,导致桩倾斜偏位。在处理上施工前合理安排压桩顺序,同一单体建筑物一般要求先压场地中央的桩,后压周边的桩;先压持力层较深的桩,后压较浅的桩。出现桩身上抬后一般采用复压的办法使桩基按正常使用,但对承受水平荷载的基础要慎重。
2.2引孔压桩的问题
为了防止桩间的挤土效应太大,或土质太硬而使桩身较短,施工中往往采用引孔压桩的工艺。
2.3桩端封口不实
当桩尖有缝隙,地下水水头差的压力可使桩外的水通过缝隙进入桩管内腔,若桩尖附近的土质是泥质土,遇水易软化,从而直接影响桩的承载力。对于桩靴的焊接质量要求与端板间无间隙、错位,保证焊缝饱满,无气孔。施焊对称进行,焊拉时间控制得当,焊接完成后自然冷却10分钟左右方可施打,因高温焊缝遇水后变脆,容易开裂。工程上比较有效的补救技术措施是采用“填芯混凝土”法。
2.4桩顶(底)开裂
由于目前压桩机越来越大,最重可达6800KN,对于较硬土质,管桩有可能仍然压不到设计标高,在反复复压情况下,管桩桩身横向产生强烈应力,如果桩还是按常规配箍筋,桩顶混泥土抗拉不足开裂,产生垂直裂缝,为处理带来很大困难。另一种情况就是管桩由软弱土层突然进入硬持力层,没有经过渡层,桩机油压迅速升高,桩身受到瞬间冲击力也容易引起桩顶开裂。处理上事前改进桩尖形式(圆锥形桩尖易滑),事后用压力灌浆把桩底破碎混凝土粘结住,适当折减承载力设计值。
2.5地质构造带
由于受构造断裂的影响,地层结构受到改变,破碎带作为地下水通道常软化持力层。压桩时虽满足终压力及桩长要求,而静载时桩又不合格。对于有软硬夹层,尤其是硬夹层不厚的情况下,施工时桩尖到达硬夹层,由于超孔压的反向作用,使桩的终压力满足设计要求,而施工完成后随孔压消散,土抗剪强度还没恢复,静载时桩尖土承受更大的压力,传递到软弱下卧层后引起该层土压缩增大,进而桩顶下沉增加,位移不满足要求。
2.6基坑开挖
由于静压桩逐渐用在高层建筑中,基坑开挖不可避免。边打桩边开挖是不可取的,先打桩后开挖应考虑对称均匀,如在中间开挖把土堆在周围就会造成四周和中心的土体高差悬殊,同时超孔隙水压及震动会使管桩倾斜或折断,所以合理制定基坑开挖方案是必不可少的。
3. 结语
静压桩施工中出现的问题也各种各样,最常用的处理方法是提高终压力进行复压。往往桩在做完静载试验发现不合格后,还要增加静载试验或大应变检测,以确定更大范围不合格桩数量分布。有时基坑已开挖,桩头已凿去位置难确定,压桩机撤出现场,复压或补桩有一定困难,这就要采取其它一些措施处理不合格桩。相信随着工程实践的不断丰富,能更好的解决静压桩下沉遇到的问题。