前言
某工程为6层框架结构,总建筑面积6924m2。设计采用静压施工PTC550～70预应力管桩,设计要求桩端进入⑤层(粉质粘土)≥2000mm，单桩极限承载力2100kN，单桩设计承载力特征值1050kN。总桩数为190根。
一、场地工程地质条件
根据区域地质资料,该场地上部主要为填土,中部为海相沉积的粘性土层,下部为陆相沉积物。各土层厚度分布不均匀,自上而下依次为:①1杂填土灰褐色、灰黄色,夹有少量碎砖、石子,层厚0.6～1.1m;①2素填土灰褐色、灰黄色,主要为粘性土的耕植土,含大量植物根茎和有机质,局部含少量碎砖、石子等,厚0.5～0.7m;②粉质粘土灰黄色,软塑,局部流塑，稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,含有机质和腐殖质,层顶高程为0.41～1.23m,层厚0.6～1.1m;④淤泥质粉质粘土灰色,流塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,含有机质和腐殖质,见少量贝壳碎屑,层顶高程为-0.33～0.33m,层厚7.5～9.3m;⑤1粉质粘土灰黄色、黄褐色,可塑,局部软塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,含氧化铁,微层状～层状,层顶高程为-9.39～-7.53m,层厚0.9～6.0m;⑤2粉质粘土灰黄色、黄褐色,可塑～硬塑,局部软塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,含氧化铁,微层状～层状,层顶高程为-12.45～-8.47m,层厚3.0～6.5m;⑤3粘土灰黄色、灰色,可塑,局部软塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,含氧化铁,层顶高程为-15.54～-13.47m,层厚0.8～3.8m;⑤4粉质粘土灰黄色、黄褐色,硬塑,局部可塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,含氧化铁,微层状～层状,层间局部夹有少量粉土,层顶高程为-19.25～-15.27m,层厚7.2～12.4m;⑥粉质粘土灰色、黄褐色,软塑,局部可塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,层顶高程为-27.99～-25.53m,层厚1.9～3.2m;⑦粉质粘土灰黄色、黄褐色,可塑,局部硬塑,稍有光泽反应,干强度中等,韧性中等,含氧化铁,夹有少量钙质结核,微层状～层状,层顶高程为-30.79～-27.53m。
二、工程施工概况
工程桩为预应力管桩,采用静力法压桩,施工压桩力为1050kN。施工路线,由北向南往返,从东向西逐排推进。
打桩工程在1个月内结束,平均每天压桩6～7根。压桩深度以设计桩顶标高控制为主。土方开挖采用YW﹣100挖掘机,由中间开始,从北向南反铲挖土,挖土深度小于1.5m,未放坡,且一次性开挖至设计标高。两天后发现局部有斜桩,马上停止挖土,在基坑东南两面用松木桩支护。改变挖土顺序,从东往西分层开挖,预留20～30cm人工开挖。基础开挖结束后发现大批工程桩倾斜,对全部190根基桩进行低应变动测,其中Ⅰ、Ⅱ类桩99根,占52.11%,Ⅲ类桩83根,占43.68%,Ⅳ类桩8根,占4.21%。另外,工程桩倾斜、偏位、断裂问题、。
三、基桩偏位，断裂处理的原理及施工方法
工程桩倾斜会降低基桩承载力,同时使桩身产生初始弯矩。将倾斜桩纠偏扶直,使基桩恢复承载力,消除初始弯矩,是较为理想的处理办法。桩身断裂会在断裂处产生横向变形,破坏桩的整体性,降低承载力。应对桩身裂缝部位进行加固,保持桩身整体工作特性。
3.1倾斜桩纠偏
根据桩在土体中的理论变形有3种情况:①上节桩桩身弯折;②上节桩倾斜;③整桩倾斜。该桩基工程桩长21m,由10m(上节),11m(下节)两节桩联结而成。根据地质情况分析,下节桩下部大都嵌于⑤4粉质粘土层,上端嵌于⑤2粉质粘土,基坑挖土偏载不可能影响下节桩的位移,所以整桩倾斜可以排除。上节桩下端少量嵌于⑤1粉质粘土层,上部桩身大部分处在④淤泥质粘土层中,侧向约束小,出现①和②变形均有可能,特别是预应力管桩截面惯性矩小(外径550mm,壁厚70mm),出现上节桩桩身弯折变形的可能性较大。低应变动测证实上述分析和实际情况基本相符,桩身裂缝位置绝大部分在基坑面以下5～8m,最浅在3.4m处,最深在9.4m处。桩的倾斜发生在④淤泥质土层中,一个外力使桩上部倾斜反之，借助反方向的另一个外力使倾斜桩复,位也是可能的。
淤泥质粘土压缩性强,孔隙比大,含水量高,④淤泥质粘土层的液性指数IL=1.483>1,土体呈流塑状态。该状态下的粘性土,其原状结构一经扰动破坏,强度即降低。利用软土的这一工程特性,在现场选择反力支点,架设水平施力工具(通常为50kN或80kN手动倒链),将倾斜桩多次循环往复拉放,使土层在循环应力作用下产生扰动而减少桩复位的阻力,同时结合应力释放孔,将倾斜桩纠正扶直。
纠偏步骤和方法:①确定纠偏桩的先后顺序,架设工作平台与机器设备,并设计运输路线;②沿纠偏方向清理地面和地下障碍物(浅层石块);③根据工程地质资料和低应变动测资料,在需要纠偏桩的前侧打应力释放孔,直径300mm,以减少纠偏阻力;④用前方远端2或3根正常桩作锚桩,纠偏后方1根倾斜桩;⑤拉动水平施力工具,使倾斜桩桩顶向正位方向位移,控制施力速度和大小,待位移达到30～50mm即可放松施力工具,让桩回弹,基本稳定后再次拉动施具,重复上述过程,直到倾斜桩扶直;⑥最后一次拉动施力工具不放松或加临时支撑恒定水平力,24h并在纠偏桩周围空隙中填入密实的中粗砂以,保持桩位稳定。
3.2断裂桩的补强
工程桩倾斜会降低基桩承载力,同时使桩身产生初始弯矩。将倾斜桩纠偏扶直,使基桩恢复承载力,消除初始弯矩,是较为理想的处理办法。桩身断裂会在断裂处产生横向变形,破坏桩的整体性,降低承载力。应对桩身裂缝部位进行加固,保持桩身整体工作特性。
3.1倾斜桩纠偏
根据参考文献,桩在土体中的理论变形根据动测报告,对倾斜的工程桩,将其扶直后,在桩芯用钢筋混凝土补强;对于直桩(倾斜度小于1%)的断裂处直接补强。
补强步骤:①钻桩芯至上下节桩焊接面下2m(即12m),清洗桩芯,抽干桩内水;②插放钢筋笼,浇注C40微膨胀混凝土,做桩内补强;③混凝土浇注3d后,撤除施加的水平力,观测桩位反弹量。
四、纠偏、补强效果检测
为了检测纠偏扶直后桩的承载力,该工程抽检了根纠偏扶直后的桩,对其进行静载荷试验,这2根桩均为Ⅲ类桩,原倾斜度分别为4%和8%,断裂深度分别为7.8m和7.5m。纠偏后倾斜度<1%,经当地建筑工程质量测试中心现场测试,单桩承载力为2100kN,桩顶总沉降量分别为13.48mm和10.25mm,满足设计要求。可以说倾斜桩经纠偏扶直后,承载力恢复了,基本和正常桩一样。
5结语
为尽量减少软土地基中工程桩施工发生偏移、倾斜、弯折和断裂等问题,对预应力管桩的施工提出如下
建议:
1)为避免打桩过程中桩机发生下陷,产生不均匀沉降,静压桩施工场地应平整,桩机及配重应以满足沉桩要求为宜,不宜过重,并尽量避免桩机行走时扰动软土的原状结构。
2)在软土地基中,基坑开挖时,应高度重视各类基坑(包括浅基坑)的开挖程序和方法,尤其是对挤土的静压预制管桩工程,应分层均匀进行,必须加强围护,采取预防挖土时可能产生桩位移和弯折的有效措施。
3)施工中应严格控制预应力管桩的桩身质量,在桩身混凝土强度达到100%、桩身混凝土龄期达到28d以上后方可施打。
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