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【摘 要】本文通过实际工程中PHC管桩的检测数据特征分析桩的上浮现象,剖析其原因,并提出处理措施及预防措施建议。
【关键词】PHC管桩;桩的上浮现象;挤土效应;桩静载
Analysis, Treatment and Prevention for floating pile of PHC project phenomenon
Yin Suo-fu,Zheng Fu-tao
(Changzhou City Planning and Design Institute Changzhou Jiangsu 213003)
【Abstract】This article works through the actual test data in the PHC Pile Analysis pile of floating phenomenon, analyze the causes and treatment measures and preventive measures put forward proposals.
【Key words】PHC pile; Pile of floating phenomenon; Compacting effect; Pile load
1. 前言
PHC管桩即高强预应力混凝土管桩。由于PHC管桩具有承载力高、造价低、适应性强、管桩工业化生产等优点,在长江中下游三角洲冲积平原地区得到广泛应用。但在预应力管桩的施工过程中,很容易发生桩的上浮现象,影响桩基工程的进度和质量。本文通过PHC管桩工程实例,对上浮现象进行分析,并提出其处理措施和预防措施,供同仁讨论及参考。
2. 工程案例
常州地区某工程为地上32层、地下2层剪力墙结构的高层住宅,总建筑面积约1.65万m2,基础采用桩筏基础,桩型为PHC-600(130)AB-C80管桩,工程桩桩长43m,三根试桩桩长47m,桩端持力层为⒂层硬塑粘土,总桩数112根,设计试桩单桩承载力特征值Ra=3050kN,桩身土层情况如图1。
图1 桩身地质剖面图图2 复压前三根静载试桩
施工采用静压法,试桩和工程桩一次性施打完成。在对三根试桩进行静载检测时,加荷加到6370kN时,对应的沉降都大于100mm,见表1,静载荷试验曲线如图2。后对三根试桩进行高应变检测,发现桩端有明显缺陷,停止检测,等待处理。
3. 桩上浮原因分析
从表1、图2,结合桩侧、桩端土层分析,荷载0~3220kN段,荷载-沉降曲线平缓,最大沉降19mm,应为桩侧阻力起作用。加载到4480kN时沉降突然变大,沉降量均大于60mm,最大达103mm,沉降速率明显加大,形成陡降段,认为是桩侧、桩端土体破坏或桩身破坏。之后各级加荷形成相对平缓段,到6370KN时沉降量均大于100mm,最大为142mm,最小为102mm,但沉降速率减缓,分析认为应是桩端土体起作用。从整个荷载-沉降曲线来看,中间陡降段应是桩端虚空,桩端土体未能发挥承载能力。该三组数据表明这三根桩应是典型的上浮桩。
根据施工记录,本工程占地面积约486.3m2,总桩数112根,桩径φ600,平均桩长43m,全部打入地下,按每根桩12.15m3计算,则打入地下的混凝土桩总体积约1360m3。如果不考虑土质压缩,平均分摊到面积486.3m2的场地,则地面平均要抬高约2.8m,可见打入混凝土的量是非常大的。当土饱和密实,被挤到极限密实度而向上隆起时,相邻的桩将被浮起。
管桩上浮主要原因是挤土效应。预应力管桩在沉桩过程中,由于桩自身的体积占用了土体原有的空间,破坏了土体在自然沉积时的平衡状态。随着桩的不断压入,土体的挤压应力逐渐增加,使与桩体积等量的土体产生压缩、蠕变,向桩底及桩周挤出,产生土体的水平位移。土体水平位移随沉桩区域由远到近不断增大,位移速率也不断增大。随着周围土层和下部土层的进一步压密,限制了土体的水平位移,而浅层土上覆压力较小,挤压应力从地表释放,表现为地面隆起。另外,压桩过程中超静孔隙水压力升高,造成土体破坏,未破坏的土体也会因孔隙水压力的不断传播和消散而蠕变,导致土体的垂直隆起和水平方向的位移。从而引发了路面破损、房屋开裂和工程桩上浮等不良现象。
4. 处理措施
桩基施工完成后,重新测量,发现 97% 的桩均有上浮现象,而且上浮很厉害,一般上浮50~80mm,最大达235mm。结合三根静载试桩情况,组织相关人员召开专题会议,分析原因并研究处理方法,决定采取复压处理。由于工程桩桩顶标高较低,地面至桩顶约5m,浅部土层松软,找桩复压困难,决定采用降水开挖后基坑内复压。复压前,将三根静载桩头全部截去,以便其它桩的复压。复压后重新测量,与静压前测量的桩顶标高相比较,绝大部分桩已消除上浮。但还有少量桩上浮未彻底消除,上浮的高度较小,最大的为15mm,大多在1~10mm之间。经过分析认为,静压处理有明显的效果,上浮高度在10mm以下的可不作处理,仅对上浮高度在10mm以上的进行补压。
处理完毕后,按照有关要求,另选取3根桩做静载。根据静载试验报告,加荷加到6100kN时,对应的沉降量为24.3~32.0mm,残余沉降量为4.7~12.4mm,全部满足设计要求,如表2,静载荷试验曲线如图3。
图3 复压后三根静载试桩
5. 预防措施
从上述案例可知,静压桩的挤土效应会导致桩的上浮、承载力降低、沉降量增大,并严重影响周边建、构筑物的安全,必须采取相应的措施,消徐和减弱挤土效应。
5.1 设置防挤沟与排水砂井。
由于挤压应力破坏作用表现为土体水平位移和地面隆起。因此,可在压桩区与已有建、构筑物之间开挖防挤沟或设置消挤孔,以消减挤压应力。防挤沟宽度可根据现场实际空间确定,一般为0.5~1.0m,深度根据土质边坡能自稳为妥,宜大于1m。对于饱和的粘性土地基,应布设适量的排水砂井(或塑料排水板),形成地下水的排泄通道,减小沉桩时的孔隙水压力,进而减小挤土隆起。排水砂井直径宜为70~80mm,间距宜为1.0~1.5m,深度宜为10~12m(塑料排水板的深度、间距与排水砂井相同)。
5.2 沉桩顺序与速率控制。
在软土地基施工较密集的群桩时,沉桩次序不当,很容易使桩向一侧挤压造成位移或涌起。对群桩承台应考虑压桩时的挤土效应,不同深度的桩基应先深后浅。同一单体建筑,一般要求先施压场地中央的桩,后施压周边桩,当一侧毗邻建筑物时,由毗邻建筑物处向另一方向施打。
打桩速率对土体变形的影响主要是由超静孔隙水压力引起。打桩时,超孔隙水压力增长速度比其消散速度要快得多。在打桩间隙,超孔隙水压力会明显回落。日成桩数量宜小于10套,24小时内休止时间不应少于8小时。
5.3 稳压和复压。
大面积桩群终压时应稳压和复压。稳压压桩力不得小于终压力,稳定压桩的时间宜为10~20s。复压次数应根据桩长及地质条件等因素确定,一般宜2~3次。
5.4 监测。
加强施工过程中挤土位移监测,并设置预警值及应急方案。边监测边施工,监测结果及时反馈。
监测内容包括:(1)周边建、构筑物的沉降、倾斜、水平位移、裂缝监测;(2)已施工桩位偏移与上浮监测;(3)地面沉降、隆起观测等。
6. 结语
挤土效应是预应力管桩施工的一大难题。随着施工技术日益成熟,还有很多方法有待广大技术人员研究、探索、实践,将挤土效应对周边的影响降至更低。
参考文献
[1] 《岩土工程勘察规范2009年版》GB50021-2001.
[2] 《先张法预应力混凝土管桩》 苏G03-2002.
[3] 《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008.
[文章编号]1006-7619(2010)06-30-611
【关键词】PHC管桩;桩的上浮现象;挤土效应;桩静载
Analysis, Treatment and Prevention for floating pile of PHC project phenomenon
Yin Suo-fu,Zheng Fu-tao
(Changzhou City Planning and Design Institute Changzhou Jiangsu 213003)
【Abstract】This article works through the actual test data in the PHC Pile Analysis pile of floating phenomenon, analyze the causes and treatment measures and preventive measures put forward proposals.
【Key words】PHC pile; Pile of floating phenomenon; Compacting effect; Pile load
1. 前言
PHC管桩即高强预应力混凝土管桩。由于PHC管桩具有承载力高、造价低、适应性强、管桩工业化生产等优点,在长江中下游三角洲冲积平原地区得到广泛应用。但在预应力管桩的施工过程中,很容易发生桩的上浮现象,影响桩基工程的进度和质量。本文通过PHC管桩工程实例,对上浮现象进行分析,并提出其处理措施和预防措施,供同仁讨论及参考。
2. 工程案例
常州地区某工程为地上32层、地下2层剪力墙结构的高层住宅,总建筑面积约1.65万m2,基础采用桩筏基础,桩型为PHC-600(130)AB-C80管桩,工程桩桩长43m,三根试桩桩长47m,桩端持力层为⒂层硬塑粘土,总桩数112根,设计试桩单桩承载力特征值Ra=3050kN,桩身土层情况如图1。
图1 桩身地质剖面图图2 复压前三根静载试桩
施工采用静压法,试桩和工程桩一次性施打完成。在对三根试桩进行静载检测时,加荷加到6370kN时,对应的沉降都大于100mm,见表1,静载荷试验曲线如图2。后对三根试桩进行高应变检测,发现桩端有明显缺陷,停止检测,等待处理。
3. 桩上浮原因分析
从表1、图2,结合桩侧、桩端土层分析,荷载0~3220kN段,荷载-沉降曲线平缓,最大沉降19mm,应为桩侧阻力起作用。加载到4480kN时沉降突然变大,沉降量均大于60mm,最大达103mm,沉降速率明显加大,形成陡降段,认为是桩侧、桩端土体破坏或桩身破坏。之后各级加荷形成相对平缓段,到6370KN时沉降量均大于100mm,最大为142mm,最小为102mm,但沉降速率减缓,分析认为应是桩端土体起作用。从整个荷载-沉降曲线来看,中间陡降段应是桩端虚空,桩端土体未能发挥承载能力。该三组数据表明这三根桩应是典型的上浮桩。
根据施工记录,本工程占地面积约486.3m2,总桩数112根,桩径φ600,平均桩长43m,全部打入地下,按每根桩12.15m3计算,则打入地下的混凝土桩总体积约1360m3。如果不考虑土质压缩,平均分摊到面积486.3m2的场地,则地面平均要抬高约2.8m,可见打入混凝土的量是非常大的。当土饱和密实,被挤到极限密实度而向上隆起时,相邻的桩将被浮起。
管桩上浮主要原因是挤土效应。预应力管桩在沉桩过程中,由于桩自身的体积占用了土体原有的空间,破坏了土体在自然沉积时的平衡状态。随着桩的不断压入,土体的挤压应力逐渐增加,使与桩体积等量的土体产生压缩、蠕变,向桩底及桩周挤出,产生土体的水平位移。土体水平位移随沉桩区域由远到近不断增大,位移速率也不断增大。随着周围土层和下部土层的进一步压密,限制了土体的水平位移,而浅层土上覆压力较小,挤压应力从地表释放,表现为地面隆起。另外,压桩过程中超静孔隙水压力升高,造成土体破坏,未破坏的土体也会因孔隙水压力的不断传播和消散而蠕变,导致土体的垂直隆起和水平方向的位移。从而引发了路面破损、房屋开裂和工程桩上浮等不良现象。
4. 处理措施
桩基施工完成后,重新测量,发现 97% 的桩均有上浮现象,而且上浮很厉害,一般上浮50~80mm,最大达235mm。结合三根静载试桩情况,组织相关人员召开专题会议,分析原因并研究处理方法,决定采取复压处理。由于工程桩桩顶标高较低,地面至桩顶约5m,浅部土层松软,找桩复压困难,决定采用降水开挖后基坑内复压。复压前,将三根静载桩头全部截去,以便其它桩的复压。复压后重新测量,与静压前测量的桩顶标高相比较,绝大部分桩已消除上浮。但还有少量桩上浮未彻底消除,上浮的高度较小,最大的为15mm,大多在1~10mm之间。经过分析认为,静压处理有明显的效果,上浮高度在10mm以下的可不作处理,仅对上浮高度在10mm以上的进行补压。
处理完毕后,按照有关要求,另选取3根桩做静载。根据静载试验报告,加荷加到6100kN时,对应的沉降量为24.3~32.0mm,残余沉降量为4.7~12.4mm,全部满足设计要求,如表2,静载荷试验曲线如图3。
图3 复压后三根静载试桩
5. 预防措施
从上述案例可知,静压桩的挤土效应会导致桩的上浮、承载力降低、沉降量增大,并严重影响周边建、构筑物的安全,必须采取相应的措施,消徐和减弱挤土效应。
5.1 设置防挤沟与排水砂井。
由于挤压应力破坏作用表现为土体水平位移和地面隆起。因此,可在压桩区与已有建、构筑物之间开挖防挤沟或设置消挤孔,以消减挤压应力。防挤沟宽度可根据现场实际空间确定,一般为0.5~1.0m,深度根据土质边坡能自稳为妥,宜大于1m。对于饱和的粘性土地基,应布设适量的排水砂井(或塑料排水板),形成地下水的排泄通道,减小沉桩时的孔隙水压力,进而减小挤土隆起。排水砂井直径宜为70~80mm,间距宜为1.0~1.5m,深度宜为10~12m(塑料排水板的深度、间距与排水砂井相同)。
5.2 沉桩顺序与速率控制。
在软土地基施工较密集的群桩时,沉桩次序不当,很容易使桩向一侧挤压造成位移或涌起。对群桩承台应考虑压桩时的挤土效应,不同深度的桩基应先深后浅。同一单体建筑,一般要求先施压场地中央的桩,后施压周边桩,当一侧毗邻建筑物时,由毗邻建筑物处向另一方向施打。
打桩速率对土体变形的影响主要是由超静孔隙水压力引起。打桩时,超孔隙水压力增长速度比其消散速度要快得多。在打桩间隙,超孔隙水压力会明显回落。日成桩数量宜小于10套,24小时内休止时间不应少于8小时。
5.3 稳压和复压。
大面积桩群终压时应稳压和复压。稳压压桩力不得小于终压力,稳定压桩的时间宜为10~20s。复压次数应根据桩长及地质条件等因素确定,一般宜2~3次。
5.4 监测。
加强施工过程中挤土位移监测,并设置预警值及应急方案。边监测边施工,监测结果及时反馈。
监测内容包括:(1)周边建、构筑物的沉降、倾斜、水平位移、裂缝监测;(2)已施工桩位偏移与上浮监测;(3)地面沉降、隆起观测等。
6. 结语
挤土效应是预应力管桩施工的一大难题。随着施工技术日益成熟,还有很多方法有待广大技术人员研究、探索、实践,将挤土效应对周边的影响降至更低。
参考文献
[1] 《岩土工程勘察规范2009年版》GB50021-2001.
[2] 《先张法预应力混凝土管桩》 苏G03-2002.
[3] 《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008.
[文章编号]1006-7619(2010)06-30-611