论文部分内容阅读
【摘要】本项目地处广东省揭阳市，为商业建筑用途。本文主要就该项目JD-1号楼桩基工程预应力管桩在施工过程中出现的因为复杂地层导致桩身破裂的现象进行阐述，浅述预应力管桩在地层阻力过大情况通过下引孔施工能有效减少桩身损坏现象的应用效果。
【关键词】预应力管桩;复杂地层;锤击施工;桩身破裂;引孔
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.24.
目前，为满足高层建筑深长桩、高单桩承载力的技术要求，通常采用的桩基施工方法有：锤击沉管灌注桩、钻孔灌注桩、锤击预制桩及静压预制桩4种。虽然锤击预制桩具有造价低、工期短及桩身质量容易控制等优点，但其穿透能力低、土层挤密容易导致桩头破裂及难以达到设计深度等缺点则限制了其应用。翻阅相关研究，通过引孔可提高预制桩沉桩效率，使桩能进入设计要求的持力层及有效桩长，同时可获得符合设计要求的单桩承载力。[1]
1、工程概况
本项目总建筑面积为25万平方米，地上建筑7栋，JD-1栋一层地下室，其余6栋两层地下室。其中办公建筑面积9万平方米，商业建筑面积3万平方米，酒店商务建筑面积8万平方米，地下室建筑面积5万平方米。JD-1栋是总高为78.8米的18层办公楼，建筑面积约为32400.91平方米。其建筑结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年。办公楼塔楼结构类型为框架核心筒结构，其余为框架结构。本工程地基基础设计等级为甲级，建筑场地类别为Ⅳ类，采用桩基础和筏板基础。本文主要针对JD-1栋预应力管桩在施工过程中遇到地层阻力过大情况下，通过引孔施工能有效降低桩身破裂现象的应用效果进行阐述。
2、地勘资料
2.1岩土分层及特征
根据地勘资料，勘探孔揭露的土层主要有四个岩土分层，其自上而下分布主要由人工填土层、陆相冲积土层、残积土层、基岩构成。其岩土分层如下：①层人工杂填土，层厚1.8～2.70m。②-1层淤泥（淤泥质土）流塑，层厚7.80～14.10m。②-2层粉质粘土，工程性质一般。②-3层中粗砂，层厚2.40～15.70m。③-1层淤泥（淤泥质土），层厚7.80～14.10m。③-2层粉质粘土，层厚0.50～28.70m。③-3层冲洪积粉砂层，层厚1.60～2.60m。③-4层冲洪积中粗砂层，层厚0.8～13.30m。第④层砂质黏土，层厚：1.00～29.00m。第⑤层强风化花岗岩，揭露层厚1.20～17.00m。
2.2 水文地质条件
场地地下水主要来源于大气降水、同层侧向补给，每年的5～9月为本区的雨季，大气降水丰沛，水位抬升，根据现场勘察，场区榕江及其小支流等地表水体补给场地主要含水层②3、③4中粗砂层。
勘探期间，实测钻孔地下水初见水位0.50～3.56m，稳定水位埋深为0.70～3.70m。稳定地下水位高程一般在0.47～2.69m之间，据本地区经验，地下水水位年变化幅度一般在0.40～2.0m之间。
3、预应力管桩设计概况
项目桩基础采用AB型高强预应力混凝土管桩（PHC桩），管桩设计总数量为475根，桩径为500mm，壁厚为125mm，桩靴类型为十字桩尖，为端承摩擦桩，桩端支承于粗砂层，单桩承载力特征值为1800KN。桩端进入持力层深度不小于2m，桩端持力层端阻力特征值为4000kpa。管桩采用D62柴油锤施打，落锤高度为2.0米，且总锤击数不宜超过2500锤，最后1.0米锤击数不宜超过300锤;送桩长度需满足桩顶标高要求且不超过4米。根据试桩结果及设计要求，管桩以中粗砂层作为桩端持力层，层面埋深21.10～63.00m，要求桩端进入持力层2米以上。
4、施工难点
（1）本工程地质相对复杂，②-3层中粗砂埋深较浅，层厚较厚，锤击管桩穿透较难;③-4中粗砂层层厚较厚，砂砾石含量较高，对沉桩影响较大;
（2）本项目地下水位较高，沉桩区域基本处于富水区，塔楼管桩布置十分密集，锤击管桩施工时容易引起挤土效应，增加沉桩难度。
5、管桩在施工过程中出现的异常现象及处理办法
在预应力管桩施工过程中，有24根管桩因砂层过厚、地下水丰富等原因造成沉桩阻力过大，进而出现桩身破裂的现象。经原设计单位对施工现场进行实勘后，与各参建单位召开专题会议讨论研究处理方案，会议排除了各种可能导致桩身破裂现象的原因，最终认定导致桩身破裂现象的原因为局部地层阻力过大。同时，设计单位建议采用引孔补桩法对该现象进行处理，补桩数量为26根，管桩设计参数与原设计参数相同，引孔深度为28～30m。
6、引孔补桩做法及目的
（1）引孔补桩做法。在补桩位置上采取螺旋钻引孔，引孔深度为28～30m。
（2）引孔补桩目的。通过引孔，可降低单位面积土层对管桩的阻力，降低桩身锤击数量及锤击能量，避免桩身因疲劳造成损坏;降低沉桩阻力，使桩在锤击过程中達到受力均衡，以免拉应力对桩身产生破坏，有效降低整个管桩在施工过程中的挤土效应，避免沉桩时横向、纵向位移。使得管桩的整个施工过程更安全、质量更有保障。[2]
7、引孔及锤击桩施工注意事项
7.1引孔孔位放线应精确，反复校核各补桩位点，钻机钻杆应垂直，垂直度<0.5%，确保引孔的垂直度偏差<0.5%，引孔作业和压桩作业应连续进行，间歇时间不得超过4小时。
7.2在应用引孔技术后，预应力管桩的沉桩速率应进行严格控制，避免因沉桩过快导致桩尖的阻力过高，降低引孔效果。
7.3引孔作业施工时，必须严格根据桩顶标高和工程地质资料，精确控制引孔深度，同时不得超钻穿透桩端持力层。
8、检测结果及应用效果
8.1检测结果。本工程桩基共477根（含补桩26根），根据桩基检测根据规范要求，项目对管桩进行单桩承载力和桩身完整性检测。单桩竖向承载力采用静载试验检测，抽检数量为5根;桩身完整性采用反波反射法进行100%检测;两项检测全部合格。
8.2应用效果。
（1）从工程质量上看，在26根预应力管桩引孔施工过程中，全部管桩严格按照设计要求进行施工，且在补桩过程中未再发生桩身破裂现象。管桩通过检测符合设计要求，检测数据良好，施工质量合格。据桩身完整性检测结果显示，本次共有26根通过引孔施工的预应力管桩，其中Ⅰ类桩24根，占比84.6%;Ⅱ类桩4根，占比15.4%。
（2）从经济效益上看，原锤击管桩未经引孔时，原设计预应力管桩共475根，其中共24根因地层阻力过大原因导致桩身损坏，其施工合格率为94.95%;通过引孔后，26根预应力管桩并未出现桩身损坏现象，施工合格率为100%。
结语：
针对地质条件复杂的项目，锤击桩难以穿透砂层时，可以采用先引孔后沉桩的施工方法解决。通过引孔可以有效降低管桩沉桩过程中的阻力，在保证预应力管桩施工有效桩长和单桩承载力要求的前提下，有效减少地层阻力过大导致桩身损坏的现象。
参考文献：
[1]冀建民，程斌汉，王爱勋.引孔锤击预制桩施工技术[J].建筑技术，1996（23）：176-178.
[2]姚伟林.浅析引孔锤击桩法施工技术[J].福建建材，2016（9）.
【关键词】预应力管桩;复杂地层;锤击施工;桩身破裂;引孔
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.24.
目前，为满足高层建筑深长桩、高单桩承载力的技术要求，通常采用的桩基施工方法有：锤击沉管灌注桩、钻孔灌注桩、锤击预制桩及静压预制桩4种。虽然锤击预制桩具有造价低、工期短及桩身质量容易控制等优点，但其穿透能力低、土层挤密容易导致桩头破裂及难以达到设计深度等缺点则限制了其应用。翻阅相关研究，通过引孔可提高预制桩沉桩效率，使桩能进入设计要求的持力层及有效桩长，同时可获得符合设计要求的单桩承载力。[1]
1、工程概况
本项目总建筑面积为25万平方米，地上建筑7栋，JD-1栋一层地下室，其余6栋两层地下室。其中办公建筑面积9万平方米，商业建筑面积3万平方米，酒店商务建筑面积8万平方米，地下室建筑面积5万平方米。JD-1栋是总高为78.8米的18层办公楼，建筑面积约为32400.91平方米。其建筑结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年。办公楼塔楼结构类型为框架核心筒结构，其余为框架结构。本工程地基基础设计等级为甲级，建筑场地类别为Ⅳ类，采用桩基础和筏板基础。本文主要针对JD-1栋预应力管桩在施工过程中遇到地层阻力过大情况下，通过引孔施工能有效降低桩身破裂现象的应用效果进行阐述。
2、地勘资料
2.1岩土分层及特征
根据地勘资料，勘探孔揭露的土层主要有四个岩土分层，其自上而下分布主要由人工填土层、陆相冲积土层、残积土层、基岩构成。其岩土分层如下：①层人工杂填土，层厚1.8～2.70m。②-1层淤泥（淤泥质土）流塑，层厚7.80～14.10m。②-2层粉质粘土，工程性质一般。②-3层中粗砂，层厚2.40～15.70m。③-1层淤泥（淤泥质土），层厚7.80～14.10m。③-2层粉质粘土，层厚0.50～28.70m。③-3层冲洪积粉砂层，层厚1.60～2.60m。③-4层冲洪积中粗砂层，层厚0.8～13.30m。第④层砂质黏土，层厚：1.00～29.00m。第⑤层强风化花岗岩，揭露层厚1.20～17.00m。
2.2 水文地质条件
场地地下水主要来源于大气降水、同层侧向补给，每年的5～9月为本区的雨季，大气降水丰沛，水位抬升，根据现场勘察，场区榕江及其小支流等地表水体补给场地主要含水层②3、③4中粗砂层。
勘探期间，实测钻孔地下水初见水位0.50～3.56m，稳定水位埋深为0.70～3.70m。稳定地下水位高程一般在0.47～2.69m之间，据本地区经验，地下水水位年变化幅度一般在0.40～2.0m之间。
3、预应力管桩设计概况
项目桩基础采用AB型高强预应力混凝土管桩（PHC桩），管桩设计总数量为475根，桩径为500mm，壁厚为125mm，桩靴类型为十字桩尖，为端承摩擦桩，桩端支承于粗砂层，单桩承载力特征值为1800KN。桩端进入持力层深度不小于2m，桩端持力层端阻力特征值为4000kpa。管桩采用D62柴油锤施打，落锤高度为2.0米，且总锤击数不宜超过2500锤，最后1.0米锤击数不宜超过300锤;送桩长度需满足桩顶标高要求且不超过4米。根据试桩结果及设计要求，管桩以中粗砂层作为桩端持力层，层面埋深21.10～63.00m，要求桩端进入持力层2米以上。
4、施工难点
（1）本工程地质相对复杂，②-3层中粗砂埋深较浅，层厚较厚，锤击管桩穿透较难;③-4中粗砂层层厚较厚，砂砾石含量较高，对沉桩影响较大;
（2）本项目地下水位较高，沉桩区域基本处于富水区，塔楼管桩布置十分密集，锤击管桩施工时容易引起挤土效应，增加沉桩难度。
5、管桩在施工过程中出现的异常现象及处理办法
在预应力管桩施工过程中，有24根管桩因砂层过厚、地下水丰富等原因造成沉桩阻力过大，进而出现桩身破裂的现象。经原设计单位对施工现场进行实勘后，与各参建单位召开专题会议讨论研究处理方案，会议排除了各种可能导致桩身破裂现象的原因，最终认定导致桩身破裂现象的原因为局部地层阻力过大。同时，设计单位建议采用引孔补桩法对该现象进行处理，补桩数量为26根，管桩设计参数与原设计参数相同，引孔深度为28～30m。
6、引孔补桩做法及目的
（1）引孔补桩做法。在补桩位置上采取螺旋钻引孔，引孔深度为28～30m。
（2）引孔补桩目的。通过引孔，可降低单位面积土层对管桩的阻力，降低桩身锤击数量及锤击能量，避免桩身因疲劳造成损坏;降低沉桩阻力，使桩在锤击过程中達到受力均衡，以免拉应力对桩身产生破坏，有效降低整个管桩在施工过程中的挤土效应，避免沉桩时横向、纵向位移。使得管桩的整个施工过程更安全、质量更有保障。[2]
7、引孔及锤击桩施工注意事项
7.1引孔孔位放线应精确，反复校核各补桩位点，钻机钻杆应垂直，垂直度<0.5%，确保引孔的垂直度偏差<0.5%，引孔作业和压桩作业应连续进行，间歇时间不得超过4小时。
7.2在应用引孔技术后，预应力管桩的沉桩速率应进行严格控制，避免因沉桩过快导致桩尖的阻力过高，降低引孔效果。
7.3引孔作业施工时，必须严格根据桩顶标高和工程地质资料，精确控制引孔深度，同时不得超钻穿透桩端持力层。
8、检测结果及应用效果
8.1检测结果。本工程桩基共477根（含补桩26根），根据桩基检测根据规范要求，项目对管桩进行单桩承载力和桩身完整性检测。单桩竖向承载力采用静载试验检测，抽检数量为5根;桩身完整性采用反波反射法进行100%检测;两项检测全部合格。
8.2应用效果。
（1）从工程质量上看，在26根预应力管桩引孔施工过程中，全部管桩严格按照设计要求进行施工，且在补桩过程中未再发生桩身破裂现象。管桩通过检测符合设计要求，检测数据良好，施工质量合格。据桩身完整性检测结果显示，本次共有26根通过引孔施工的预应力管桩，其中Ⅰ类桩24根，占比84.6%;Ⅱ类桩4根，占比15.4%。
（2）从经济效益上看，原锤击管桩未经引孔时，原设计预应力管桩共475根，其中共24根因地层阻力过大原因导致桩身损坏，其施工合格率为94.95%;通过引孔后，26根预应力管桩并未出现桩身损坏现象，施工合格率为100%。
结语：
针对地质条件复杂的项目，锤击桩难以穿透砂层时，可以采用先引孔后沉桩的施工方法解决。通过引孔可以有效降低管桩沉桩过程中的阻力，在保证预应力管桩施工有效桩长和单桩承载力要求的前提下，有效减少地层阻力过大导致桩身损坏的现象。
参考文献：
[1]冀建民，程斌汉，王爱勋.引孔锤击预制桩施工技术[J].建筑技术，1996（23）：176-178.
[2]姚伟林.浅析引孔锤击桩法施工技术[J].福建建材，2016（9）.