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预应力静压管桩断桩事故分析和处理办法

作者:原创论文网 时间:2013-12-16 10:01 加入收藏
   [摘 要] 通过工程实例,分析预应力静压管桩的断桩问题,提出相应的处理办法,以供借鉴。
  [关键词] 静压管桩;断桩;桩基事故处理
   1 工程概况1.1 设计情况南宁市青秀山旁某工程为商品房住宅小区,其第一期由4栋6.5层框剪结构住宅楼组成,总建筑面积30698m2。其中C栋建筑面积5274m2,采用静压高强预应力管桩基础,共布桩179根,设计桩长为12m~15m(分2段接长),桩内径160mm,外径300mm。设计单桩竖向抗压极限承载力为850kN,桩身混凝土强度等级为C80。
  根据地质勘察报告,该施工场地各岩土层的分布和性质自上而下描述如下:
  (1)耕土层:土质松散,强度低,高压缩性,厚度为0.3m~2.0m。
  (2)黏土层:硬塑状,强度高,中~低压缩性,厚度约为13.3m。工程技术2013.09-121(3)粉质黏土层:可塑状,中等压缩性,厚度为0.5m~5.9m。
  (4)粉土层:湿~饱和,稍密状态,强度低,压缩性偏高,厚度为1.5m~13.5m。
  (5)粉质黏土层:上部黏粒含量较高,下部含砂量大,很湿,软塑状态,压缩性高,厚度为0.4m~6.3m。
  (6)圆砾层:含砾为50%~70%,饱和,中密~稍密状态,埋藏深强度高,层厚8.5m~15.1m,为该工程的设计持力层。
  1.2 施工情况施工单位静压桩工程队在对C栋25轴和C2轴交点承台下的桩基施工中,在同一承台内,编号为122号和120号的桩身分别在1600km和1440km的压力下出现桩身断裂的现象。具体过程如下:
  (1)当122号桩压入土15.70m时,压力突然从1600kN降至800kN,压桩队立即停止施工(地面标高为75.564m,实际施工桩顶高程为74.864m)。
  (2)当120号桩压入土15.40m时,压力突然从1440kN骤降至500kN,再压桩至15.50m时,压力未有回升,停止施压(当时地面标高为75.462m,实际施工桩顶标高为74.962m)。
  2 断桩事故分析2.1 常见桩身破坏原因分析(1)施工过程中由于斜桩现象的出现或桩端、送桩杆不平整导致桩端应力集中,使桩帽滑落或桩头爆裂。
  (2)桩入土后,遇到大块坚硬障碍物,把桩尖挤向一侧,或桩在沉入过程中,某部位桩尖土软硬不均匀,造成突然倾斜。
  (3)桩机施工压力值超高。
  (4)桩机施工过程中桩机擅自移动机架进行校正桩位、桩身垂直度,导致桩身断裂;施工结束后人工凿桩野蛮施工以及桩机施工后不合理的土方开挖。
  (5)两节桩或多节桩施工时,相接的两节桩不在同一轴线上,产生曲折,或接桩方法不当。
  (6)采用“植桩法”时,钻孔垂直偏差过大,桩虽然是垂直立稳放入孔中,但在沉桩过程中,桩又慢慢顺钻孔倾斜沉入而产生弯曲。
  (7)桩身材料质量:桩制作时,桩身弯曲超过规定,桩尖偏离桩的纵轴线较大,沉入时桩身发生倾斜或弯曲;制作桩的水泥强度等级不符合要求,砂、石中含泥量大或石子中有大量碎屑,导致桩身局部强度不够,施工时在该处断裂。
  (8)桩在堆放、起吊、运输过程中,也有可能产生裂缝或断裂。
  (9)桩身混凝土强度等级未达到设计强度要求即进行运输和施压。
  2.2 预防措施(1)施工前应将地下障碍物,如旧基础、条石、大块混凝土等清理干净,尤其是桩位下的障碍物,必要时用钎探检查。桩的质量要认真检查,并做好记录,不符合要求的,不得使用。
  (2)稳桩时,要进行双向校正,压入50cm左右再进行校正,无误后方可正常施压,待压入一定深度后,如发现倾斜,要找出原因,不得采用走桩架校正的方法。
  (3)施工前要详细分析地质报告,若有穿过较厚的硬夹层时,要选用“植桩法”穿透夹层,同时,钻孔时要双向校正钻杆的垂直度,也可选用射水沉桩等方法。
  (4)接桩时,要保证上下两节桩在同一轴线上,接头处必须严格按设计要求执行。
  (5)桩在堆放、起吊、运输过程中,按有关操作规程执行。
  (6)要求施工的管桩,其强度必须达到100%设计强度要求。
  (7)选用桩机合理有效的施工方法,控制桩身的垂直度,避免斜桩的发生。
  (8)控制好桩机施工终止条件,对纯摩擦桩,终止条件宜以设计桩长为控制条件。对长度大于21m的端承摩擦桩,宜以设计桩长控制为主,终压力值作对照;对长度在14m~21m的静压桩,应以终压力达满载值为控制条件,开挖后采用截桩处理;当压力值未能达到设计要求,但桩顶标高已达到设计标高,宜继续送桩(1m范围内),直至压力值达到设计要求,施工结束后及时与设计单位联系,出具处理方案。
  (9)桩机施工结束后合理地进行土方开挖以及凿桩施工,必须强调土方开挖过程中的施工质量与水平,这是桩基成功的关键,施工过程中要慎之又慎。
  (10)施工过程中应加强对桩身原材料的检查验收。施工中发生桩身破坏,宜采用小应变等有效的手段检测桩身情况,确定处理方法。
  2.3 常见治理方法当施工中出现断桩时,应及时会同设计人员研究处理办法。
  (1)接桩:如果断桩部位离承台或条基距离较近,一般为5m以内,且地质较好时,可以采用人工挖孔桩的方式,按φ800桩径垂直挖至断桩处,露出断的桩颈,在桩颈下部加约束钢箍,以防止桩体破坏过量,凿平桩头,清理干净,在桩颈破坏处加设的钢筋网片,桩身按人工挖孔桩设计进行配筋和浇捣混凝土,形成扩大桩头。
  补桩:如果断桩部位离承台或条基距离较远,一般超过5m,则采用补桩的方式。根据工程地质条件、上部荷载及桩所处的结构部位,可以采取补桩的方法。条基补1根桩时,可在轴线内、外补;补2根时,可在断桩的两侧补;桩基群桩时,补桩可在承台外对称补或承台内补。
  2.4 断桩原因分析根据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)、《建筑施工手册》和区内外相关资料,就几种断桩出现的原因结合该工程的情况分析如下:
  (1)超压引起断桩。该工程单桩承载设计值为850kN,按(97G361)预制桩施工的规定,纯摩擦桩按1.4倍单桩承载力设计值,摩擦端承桩按大于2倍单桩承载力设计值进行施压,该工程应以1700kN压力进行施压,上述断桩的出现,施压力均小于1700kN。同时,在甲、乙双方及监理人员在场的情况下,事先进行试压的第118号桩及第169号桩终压力达到油压表的15MPa,换算为2400kN。试压时2根桩均未出现断裂现象,因此可以排除超压引起断桩的原因。
  (2)桩身施压前就位的倾斜大于1.5%会出现断桩。该工程桩长为12m,允许垂直偏差为桩长×1.5%=18mm。施工中垂直度均未超过20mm,远小于允许偏差,因此不是斜桩引起的断桩。
  (3)桩周液化,地基极限承载力标准值小于50kPa,不排水抗剪强度小于10kPa,或因地下水位降低周土明显压缩沉降对桩身产生负摩擦力,造成压曲断桩。
  该工程地质资料反映,桩端承载标准值分别为黏性土层700kPa~900kPa,粉土层1500kPa~2000kPa,圆砾层3000kPa~5500kPa,均大于50kPa以上。《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)第261页中说明:“压曲临界荷载一般远大于桩的极限荷载,除非桩侧土非常软弱”。该工程压桩至今未有桩基在地面下发生压曲破坏的记录,因此,该原因不是断桩发生的原因。
  (4)《建筑施工手册》第926页中说明:“静压桩不宜用于地下有较多孤石、障碍物或有4m以上硬隔离层的情况”。该工程所在地点原为菜地、鱼塘,粉砂层超过4m以上,其中在2m2范围内相邻的2根桩均断裂,断桩最大的可能是遇到了孤石或其他硬障碍物。
  2.5 断桩位置分析由于静压桩在沉桩过程中能够确定桩阻力,因而可以利用断桩后上半段桩的极限承载力反算上半段桩的长度。《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)中根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值的公式:Quk= u∑qsikli+αpsk·Ap公式中各符号的物理含义和取值同规范,其有关指标由地质勘察报告中获取。计算断桩长时考虑到断桩桩间存在摩擦力和桩周土已受沉桩挤压对上半段桩的极限承阻力值的提高,故断桩长度须进行折减,可取折减系数0.75~0.85 。按上式计算断桩位置约在-3.80m处,经实际开挖检验与计算较为接近。
  3 处理方法在桩边周围处开挖至断桩处后,露出断的桩颈,在桩颈下部加约束钢箍,以防止桩体破坏过工程技术2013.09-123量,在桩颈破坏处设加强钢筋与承台一起浇捣混凝土,形成扩大桩头。
  4 结语预应力静压管桩是近几年来新兴起的桩基工艺,国家规范对管桩的静桩法施工规定较少,实践经验还在摸索及积累过程当中。静压桩固然有许多优点,但它也有不少弱点,包括受场区地基承载能力的制约,如地表土软弱而发生陷机时就可能造成大量断桩,断桩形式有压断、推(挤)断、夹断等几种;受地质条件制约,如地层中存在孤石、软硬夹层等时较易发生事故;受桩身质量制约,管桩抗水平荷载能力较差,故当软弱层深厚或长径比过大时应慎用。
  [参考文献]
  [1]建筑施工手册(第四版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.[2]JgJ 94—2008,建筑桩基技术规范[s].
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