建筑工程中预应力桩基施工技术的探析

'　　建筑工程中预应力桩基施工技术的探析:本文从PHC桩的基本特性出发，结合有关资料及笔者近年来的经验经历，从工程准备、勘察、设计、施工、检测等方面对PHC桩桩基工程的质量控制及应予注意的常见问题作了综述。　　关键词：建筑工程；预应力混凝土；桩基施工技术　　：TU761　　一、必须弄清PHC桩的适用条件及其局限性　　1、适用PHC桩的地质条件　　PHC桩适用于持力层为较厚的强风化或全风化岩层、坚硬粘土层、密实碎石或砂砾层的场地，这些土层能使之进入一定的深度而成为端承摩擦桩以充分发挥其强度高的特点，从而提高桩的承载力和经济效益。必须着重指出且必须弄清的是，强风化岩层1~3米，而不可能打入中风化岩和微风化岩，即使如此，其承载力也是绝对有保障的，其实，这也正是采用PHC桩可以减少桩长而节省投资的一个方面。　　2、不宜采用PHC桩的地质条件 　　不宜采用PHC桩的地质条件，主要有如下几种：　　(1)孤石等其他障碍物较多的地层　　当桩尖碰到孤石、砼块、旧基础等障碍物时，沉桩则不能继续进行，造成桩长相差过大或者会发生倾斜、跑位、断桩、桩头打烂、桩尖破损等事故。因此，遇到这种场地而障碍物不能清除时，不应采用PHC桩。　　(2)中间含有坚硬夹层的场地　　当地层中间含有坚硬夹层而厚度不大，不能作为持力层时，不宜采用或应慎用。为了贯穿坚硬夹层，沉桩能量必须加大。对锤击桩来说，锤击数必须大大增加，这样有可能使桩身混凝土产生疲劳破坏或将桩头打烂；另外，经过强打以后，有的桩从表面看来并没有破损，但实际上已出现“内伤”，这对桩的耐久性和承载能力都造成不利影响。对静压桩来说，则往往会出现有的桩能贯穿夹层压下去，而有的则不能，这就有可能出现同一桩承台中桩长相差悬殊的情况。　　(3)上软下硬，软硬突变的地层 　　有一些地层，其基岩表面的残积层、强风化层很薄，只有几十厘米厚甚至没有，而上面的覆土层较松软，在这种场地上打桩，桩尖穿越松软土层后不是进入有缓冲作用的残积层或强风化层，而是立即硬到坚硬的中（微）风化岩层，此时桩身的反弹力必然很大，于是容易出现桩头、桩尖打烂、桩身折断等情况。另方面，由于桩尖没有进入稳定的岩层，因而没有得到有利嵌固作用，当上面的覆土层比较松软（如淤泥）时，会出现两种情况：一方面桩尖容易产生滑动；另方面桩的长细比较大而稳定性差，受荷时容易折断。可见，即使能勉强成桩，其承载力也不能提高，因而是不经济的。　　(4)石灰岩地区　　一方面，石灰岩的岩面往往没有明显的缓冲层，覆土层下面就是坚硬的岩面，属明显的“上软下硬，软硬突变”的地质情况。　　另方面，石灰岩地区岩层中溶洞、溶沟、裂隙、石笋相当发育，岩面不平整，这样容易出现如下情况：由于桩尖是不能进入或穿透岩层的，当桩尖落在溶洞顶板而顶板厚度又较薄时，在桩传来的集中荷载长期作用下，顶板有可能坍塌；当桩尖遇到不平整的岩面时，受荷后很容易发生滑移，进而将桩扳断，或桩尖只有一部分落在岩面上而另一部分悬空，于是桩的承载力也很难保证；同一承台中，一些桩可能进入溶沟，而另一些则没有，这样造成桩长参差不齐，施工时很难配桩。　　二、必须有正确的设计思想　　1、必须弄清PHC桩的基本特性及适用条件 　　只有正确认识PHC桩的基本特性及适用条件，才能做好PHC桩桩基设计，否则会导致设计的失败。前些年正是由于有些设计人员和建设单位对PHC桩的认识不足才导致不敢应用或应用不当，　　2、要正确考虑桩的长径比　　《规程》中虽然有“桩的长径比不宜大于100”的规定，但实际应用时还应另有考虑。笔者认为，桩的长径比除必须满足承受工程荷载的稳定性要求外，还应满足可施工性。当桩穿越厚大的淤泥等软弱土层、承台底面有可液化土层或桩承台为高桩承台时，应考虑桩的稳定性及对承载力的影响，这是对桩在承受工程荷载时的稳定性要求而言的；在某种地质情况下，则应另行考虑桩的长径比应满足可施工性，如桩要穿越厚度较大的密实砂、土隔层时，则应适当增大桩径，　　3、不利地质情况下应加强桩承台的连结　　PHC桩由于单桩承载力高，所以一般在中、低层建筑物的桩下承台中，单从承受竖向荷载方面考虑，所需的桩数往往较少，甚至1~2桩承台也有。一些地方，地表的淤泥厚达5~6米，甚至十多米，由于PHC桩的截面很小，每一承台的桩数也不多，所以桩打在这些地方，上半段的稳定性是较差的，特别是淤泥层下的坚硬土层、强风化层较薄（即桩的下部嵌固长度有限）时，桩的稳定问题更为突出。　　四、现场施工必须注意的主要问题　　1、场地填土时必须注意的问题 　　从管桩使用的禁忌条件可知，场地填土时不应贪图一时的方便把孤石、旧基础、砼块等硬、大杂物也填进去，否则就是自找麻烦，到沉桩时处理起来既费时又花钱。另方面，不要回填软土，因为表土的强度不足时，不利于桩机（特别是压桩机）的行走与稳定。因此时设计、施工、监理等单位还未介入，望建设单位予以注意。　　2、管桩搬运和堆放时必须注意的问题　　有些管桩出厂时质量是合格的，但到现场应用时却出现问题，这是运输、堆放不当造成的。管桩的长径比较大，砼属于脆性材料，因此吊装、运输、堆放、取桩各环节都必须按要求执行，动作不要过大，以免碰伤碰损。施工堆场要坚实、平整、两头应在距端部0.2倍桩长处各设一道垫木。现场采用拖拉法取桩时，管桩应单层排放，不提倡多于一层堆放，以免取桩时管桩跌落而损伤。　　3、正式沉桩前必须打（压）试验桩　　试验桩必须有代表性，且要选择在具代表性的技术孔附近，对试验桩的全过程必须进行仔细的观察及记录，认真分析，检查预定的打（压）桩参数及收锤（终压）标准是否正确。　　4、特殊情况下施工顺序的问题必须予以重视 　　较大面积打（压）群桩时，应从中心位置逐渐向外施打（压）；根据桩的入土深度、宜先长后短；根据桩的规格，应先粗后细。这样，桩就比较容易打（压）下去，否则，土层的挤密效应，会造成后施工的中间桩、长桩、粗桩难以沉入预定的深度。　　对于需要开挖基坑的基础（或地下室），先开挖基坑后沉桩施工，当然可以减少桩顶的割桩浪费，避免送桩，但强烈的打桩震动有可能造成边坡土体液化而坍塌、滑移，土体的挤密效应有可能造成基坑围护结构的止水幕墙破裂而漏水。另方面，围护结构的约束作用又会加剧土体的挤密效应，从而造成地面明显隆起，先施工桩上浮。还有的场地，较为坚硬的表土被挖除后，坑底如出现软土时，则不利于桩机的行走。因此，对这类情况还应进行认真分析，有所取舍。　　5、应正确选择好沉桩方法　　目前PHC桩的施工方法有锤击法和静压法两种。一般情况下，都可使桩达到预定的质量要求，但在某些特殊情况下还应有所选择（对打桩有特殊限制的地域除外）。　　当场地有较厚的粗砂、砂砾隔层（6米以上）时，如采用静压桩则较难穿透，应选用锤击法为好，因锤击产生的强震可使砂砾层液化而阻力降低。上软下硬地段，即表面软土层较厚而下面的全风化、强风化层较薄时，选用静压法可减少桩的破损率。大吨位的静压桩机在地耐力不足的场地，如新填土、吹填土、淤泥地等易陷机。 　　6、必须重视接桩质量　　目前PHC桩的接桩方法均为电焊焊接。上节桩就位要准确，上、下节桩段保持顺直，错位偏差小于2毫米，为此，当就位不准时应起吊重新就位，不得用大锤横向敲打。建议下节桩设导向箍以方便上节桩就位，管桩对接前，上、下端头板表面应清刷干净，施焊应2~3个焊工对称进行，焊缝不少于二层，填满坡口，连续饱满。焊接好后要自然冷却10分钟后才能继续沉桩，以免焊缝遇地下水而冷脆，禁止为赶进度而焊完即打（压）。　　7、后续施工时必须注意的问题　　有的桩基，本身的施工质量是没有问题的，但在某种特殊情况下，后续施工时如果疏忽，也会出现问题。　　当地表软土层较厚时，开挖基坑时若一次开挖的深度较大，则易引发土层向开挖部位滑移，原来直立的桩受挤压可能发生倾斜。曾有某高层桩基，地下室基坑开挖后进一步开挖中心岛基坑时，发现周边的桩均匀向中心岛倾斜，原因地处厚淤泥层，中心岛采取无支护开挖，导致周边淤泥滑动而将桩压斜。　　五、静载试验时应予注意的问题 　　对于需做静载试验的PHC桩，必须将桩头处理好并加固。由于切割后的桩断面往往平整度、水平度是有限的，这时可在桩头套加用薄钢板做成的圆箍，里面配2~3层钢丝X片，用高标号环氧水泥砂浆捣实，表面抹平，同时管桩顶部空腔内用细石砼捣满长度不少于0.3米；或将桩顶用砂轮进一步磨平（主筋如有上凸时也应磨平），再将顶部用特制的钢板箍箍紧。由于某些静载试验单位贪图省事，事前没有将桩头进行必要的处理，所以荷载还未加满时往往由于应力集中桩头就先压碎了。　　对于最终加载值，按规范要求是2Rk，而目前有相当多的设计人和试验单位均采用2R（Rk、R分别为单桩竖向承载力标准值和设计值）。按设计规范的规定，对于3桩以下（含3桩）桩承台，取R=1.1Rk；对于4桩以上（含4桩）桩承台，取R=1.2Rk。这样，最终加载值若取2R，则为2.2Rk或2.4Rk了，这是一个原则性的问题。对于一些承载力富余量不大的桩，用2Rk是合格的，但若采用2R就是不合格的，甚至被压坏了，这不是浪费吗（因为一般静载试验的目的并不是把桩压坏）？出了问题责任在谁是很清楚的。设计和施工经验的不断积累、工法的不断完善及施工机械的不断改进，特别是近年来大吨位的静压桩机的问世，将使PHC桩的应用前景更加美好。　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。'