谈静力压桩的施工技术及应用

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  摘要:本文阐述了静力压桩技术的施工应用,并从设备要求、施工工艺等方面对静力压桩与锤击打桩、灌注桩进行横向比较,总结出静力压桩施工的优缺点。
  关键词:静力压桩 技术特点 应用及防范措施
  中图分类号: TU74 文献标识码: A 文章编号:
  近年来,随着预制桩的大力推广和使用,一种新型的静压式预制桩(简称静压桩)以其无噪音、无振动,单桩承载力较高且易控制,施工简易、效率高等特点得到广泛应用。尤其以广州及珠江三角、上海及长三角等沿海城市应用较多。而且采用静力压桩法施工的桩长可达60m以上,压桩机的设计压桩力可达7000~8000KN。在国家颁布的基础设计或施工规范中,静压桩被纳入预制桩类,但是,关于静压桩技术的规定大多是纲领性的,没有作较深入的论述,可操作性仍较差,尤其是广东省标准《建筑地基基础施工及验收规程》(DBJ15-201-91)中,并没有提到静压桩这种施工技术,显然规范的制订未能与时俱进。静压桩作为一种新桩种, 无论是设计理论、施工技术还是工程应用,都有不少问题需要探讨研究, 下面谈以下本人近几年来的工程施工实践中一点体会。
  一、 工程地质条件对静压桩的影响
   预制桩是一种挤土桩,地质情况对成桩的影响很大,特别是静压桩穿透各层土质的能力。在工程地质勘察报告中,通常提供各层土质的N63.5击数,即标准贯入试验锤击数,静压桩穿透各土层的能力一般可以对照分析N63.5数值及桩机的最大压桩力来做一般判断。大量工程实践证明,静压桩尤其适用于一般粘性土、粉土、砂土、淤泥或淤泥质土,但对于地下软层深厚或者坚固的薄夹层(如密实砂层、强风化、砾砂卵石层等)的地质则不适用。在工程中,经常碰到有关静压桩能否穿透砂层的问题,就目前掌握到的规律大致是:静压桩一般可穿越中密以下砂层,对于密实砂层,当厚度不大(通常是小于1.00米)时,也可以穿越。另外,施工机械的最大压桩力对静力压桩穿越砂层的能力也有很大关系,最大压桩力小于2400KN的静力压桩机,其穿越砂隔层的能力较为有限,对于砂层较厚的,现在较为常用的是采用引孔压入法,通过引孔,然后采用压桩力较大的静压桩机,可把桩压穿5-6M的中密至密实砂层,如在某市已经建成的东逸翠苑商住宅楼,在5-6M深的土层下面有一层5-6M厚的砂层,就是用最大压桩力为3200KN的桩机把预制压穿这一砂层,还有广州市现正新建的某高校图书馆桩基工程,也是采用引孔压入法,用压桩力为4000KM的静压桩机进行施工,穿越7M的密实砂层。因此,使用预制桩时必须充分考虑场地有关的工程地质条件及桩机的机型。
  静力压桩机在安装前应先按施工要求进行场地平整处理,地面应达到35kPa的平均地基承载力,压桩机安装时应控制好两个纵向行走机构的安装间距,使底盘平台能正确对位而确保使用安全。安装完毕后,应对整机进行试运转,对吊桩用的起重机,应进行满载试吊。并在作业前认真检查并确认各传动机构、齿轮箱、防护罩等设备良好,各部件连接牢固方可使用。 
  二、靜力压桩的基本技术特点
  静压法沉桩是通过静力压桩机的压桩机构,以压桩机自重和桩机上的配重作反力而将预制钢筋混凝土桩分节压入地基土层中成桩。其主要特点是:桩机全部采用液压装置驱动,压力大,自动化程度高,纵横移动方便,运转灵活;桩定位精确,不易产生偏心,可提高桩基施工质量;施工无噪声、无振动、无污染;沉桩采用全液压夹持桩身向下施加压力,可避免锤击应力,打碎桩头,桩截面可以减小,混凝土强度等级可降低1~2级,配筋比锤击法可省40%;效率高,施工速度快,压桩速度每分钟可达2m,正常情况下每台班可完15根,比锤击法可缩短工期1/3;压桩力能自动记录,可预估和验证单桩承载力,施工安全可靠,便于拆装维修,运输等。但存在压桩设备较笨重,要求边桩中心到已有建筑物间距较大,压桩力受一定限制,挤土效应仍然存在等问题。
  在桩基础的施工中采用静力压桩技术施工与振动沉管灌注桩及钻孔桩的施工方法相比较,有其独特之处,见下表。
  
  静力压桩与锤击打桩及灌注桩的横向比较
  
  
  静力压桩的施工比较适用于软土、填土及一般粘性土层中应用,特别适合于居民稠密及危房附近环境保护要求严格的地区沉桩;但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。采用静力压桩的施工解决了以前采取其它桩基础施工机械无法解决的问题,对保护在一些闹市中心区、学校、医院、文物保护地区等地方施工的建筑物起到一定的作用,以及对周边有危房的振动取得了较好的效果。噪声、污染得到严格控制,静力压桩在施工中利用了在压桩施工时的直观性,解决了由于地质复杂而产生的不可预见性,从而为桩基础设计提供了桩基承载能力的可靠性。如果在施工过程中屡次出现达不到预计深度或当达到设计深度时其压桩力相当小的情况,这时即可采取措施,如减短桩长,避免产生浪费;或增加桩的长度,保证桩基的承载能力满足设计要求,从而保证工程的质量。
  三、静力压桩法施工的好处如下:
  1. 施工时无噪声,适合在市区及其他对噪声有限制的场地施工,如场地附近有学校、医院、办公楼及住宅小区等。
  2. 施工时无振动,适宜在危房、精密仪器房等附近区域内施工。
  3. 施工时在桩中产生的应力比锤击产生的应力小,且桩身在施工过程中不出现拉应力,因此,可降低桩的配筋率,且可制成空心断面,降低造价。
  4. 静压预制桩一般在工厂中制作,其质量得到保证。在沉桩过程中可记录压桩全过程的压桩力,经验丰富的施工人员还能根据终压力、桩的入土深度及土质情况比较正确地估算出单桩承载力。
  5. 施工文明,场地整洁,劳动强度低,操作自动化程度高。不会发生钻孔灌注桩施工时产生的泥浆排放污染问题,也不需要挖孔桩时所需要进行的抽水和堆土运土工序。
  6. 施工速度快,工效高,工期短,正常情况下每台班可完成8~15根桩。有的工地,每台班可压15m的单桩40余根,或可压一个接头的长桩20余根。但静压桩也属于挤土桩,桩密集时也要限制施工速度。
  四、静力压桩施工时应注意的问题
   静压桩的施工质量问题,有些在施工过程中就可表现出来,有些在桩基检测和承台开挖后才能表现出来。在施工过程中表现出的主要有:桩身(头)开裂或破碎,桩位偏移,沉桩深度不够等。完工以后才表现出的主要有:桩顶偏位超出规范要求,桩身缺陷或接头松脱,静载或小应变试验不合格等,这些问题有很多是在施工环节上造成的。因此施工时必须做好下列几个方面:
   (1)测量放线必须准确、保证桩位不偏移。
   (2)桩机的配重数量应保证足够,才能确保桩端达到设计要求达到的持力层。
   (3)桩身强度在使用前应进行检查,发现外观不合格(弯曲、凹凸不平,严重崩角,有裂缝等)的桩,坚决不用;对外观质量合格的桩,尚需进行回弹抽查。
   (4)压桩前应确保桩的垂直度和桩身接头的焊接质量,要保证满焊并间歇8分钟进行冷却后方可开始压桩作业,上下桩中心必须对正,保证桩不会因偏心受压而出现折桩现象。
   (5)静压桩施工顺序应合理安排,由于沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动,改变了土体的应力状态,产生挤土效应;施工时,可根据场地条件和四周环境确定施工路线,一般采用先深后浅,自中间向两边对称前进,或自中间向四周进行,尽量减少桩的挤土效应可能产生的不良影响。
  五、静力压桩的应用
  以东逸翠苑商住宅楼工程为例,简要阐述一下静力压桩的实际应用与常见问题及相应措施。
  本工程基础采用静压桩施工技术,预制高强预应力管桩基础,管桩为摩擦端承桩,桩端支承于强风化砂砾岩。全部桩总数为70根,桩外径D为500mm,壁厚为125mm,桩有效长度为12.50~16.50m,单桩竖向承载力特征值为1400KN,桩靴类型为B(封底十字刀刃),桩身砼设计强度等级为C80。本场地地质特点为:基岩埋藏浅,微风化岩面起伏大,地下水较丰富。在预制桩机械静力压桩施工的沉桩前,一般规定对邻近施工范围内的原有建筑物、地下管线等进行检查,对有影响的工程应采取有效的加固防护措施或隔离措施,以确保施工安全。吊桩就位时,起吊要慢,并拉紧溜绳,防止桩头冲击桩架,撞坏机身;吊立后要加强检查,发现不安全情况及时处理。送桩拔出后留下桩孔,应及时回填或加盖板。在静力压桩的施工过程中静力压预应力管桩应采用分段压入、逐段接长的方法,其沉桩顺序为:自中部开始向边沿沉设。其施工工艺为:测量定位—压桩机就位—吊装喂桩—桩身对中调直—压桩—接桩—再压桩—(送桩)—终止压桩—切割桩头。
  静压桩的施工经验表明,静压施工的终压控制条件与压桩机大小、桩的类型、桩长、单桩竖向设计承载力、桩周土和桩尖土的性质、布桩密集程度以及复压次数等因素有关,应进行综合考虑。且由于各地情况不同,应提倡总结当地的施工经验。例如在广东省的施工技术要求及方法通常有如下几点:
  1. 对于摩擦桩,按设计桩长控制。但最初几根试压桩,施压24h后应采用桩的设计极限承载力作终压力进行复压,复压不动才可正式施工;
  2. 对于端承摩擦桩或摩擦端承桩,可按终压力控制:
  ⑴桩长大于21m的端承摩擦桩,终压力一般取桩的极限承载力;当桩周土为粘性土且靈敏性高时,终压力可取桩的极限承载力的0.8~0.9倍。
  ⑵桩长小于21m而大于14m时,终压力应取桩的极限承载力的1.1~1.4倍,或桩的极限承载力取终压力的0.7~0.9倍。
  ⑶桩长小于14m时,终压力取桩的极限承载力的1.4~1.6倍,或桩的极限承载力取终压力的0.6~0.7倍,其中超短桩取0.6倍甚至更小。
  六、静力压桩常见问题及相应措施
  1. 沉桩倾斜于突然下沉
  在沉桩过程中,如桩身倾斜或下沉速度突增,此种现象多为接头失效、跑离或桩身断裂所致。当桩身弯曲或有严重的横向裂缝,接桩顶面有较大倾斜时,一般是在靠近原桩位作补桩处理。某工程因预制桩混凝土质量较差,又在运输及现场吊运时产生不同程度的横向裂缝,从而使施工时有四根桩发生倾斜和突然下沉,必须作补桩处理。对于在沉桩过程中因卷扬机或液压千斤顶不同步而引起的临时倾斜问题,可随时调整机具工作速度予以纠正。
  2. 桩尖达不到设计标高
  在压桩施工中,发生桩不能沉入到设计标高的情况,若是普遍发生,则认为是地质资料或钻探资料不全面,而错定了桩的长度。若是个别少数桩沉不到设计标高,其原因一般有下列几点:
  ⑴桩尖碰到了局部较厚的夹砂层或其他硬层。
  ⑵桩体质量不符合设计要求。如混凝土强度不够,承受不了太大的静压力。在施工过程中,当桩尖遇性状较好的土层而继续施压,则往往发生桩顶混凝土压损破坏,桩身混凝土跌落,甚至桩身断裂而无法继续将桩下沉至预定标高。
  ⑶中断沉桩时间过长。主要是由于设备原因或其它特殊原因,致使一根桩在压入过程中突然中断,中断时间又延续过长,压桩阻力增加,从而使桩无法继续下压。
  ⑷接桩时,桩尖停留在硬土层内。由于接桩操作需停止施工一段时间,如果准备不充分或电焊仅一人操作,时间拖长后,由于桩侧摩阻力恢复很快,加之桩尖正在硬土层内,使压桩阻力提高,如压桩机无潜力,必然导致不能继续沉桩。因此,在确定分节长度时,不要使接桩操作发生在桩尖处于硬土层内的情况。当然,加快接桩过程也是必要的。当发生桩压不下去时,还可用振动器辅助沉桩,以弥补沉桩设备的压力不足,但对于砂层有时会有相反结果,要适当注意及使用振动器辅助沉桩。
  总之,静力压桩作为一种新桩种,因其自身固有的优势而在近年得到了快速的发展 ,但无论是设计理论、施工都还有不少问题需要探讨研究,例如桩基础施工时终压力值控制标准和最终复压时桩身下沉标准,桩身接头及接头抗震构造等等,都需要通过大量的工程实践和深入的理论研究加以分析和解决问题。在今后的工作中本人将与业内同行不断交流、学习、总结和积累工作经验,以便进一步提高静力压桩法技术的应用水平。
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