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【摘 要】文章通过介绍PHC桩在某工程软土地基处理中的设计应用,指出该桩型的诸多优点,建议该技术在水利工程加以推广应用。
【关键词】PHC管桩；水利工程；软土地基
The appl ication of PHC in the treatment of soft foundation in water conservancy roject
Gao Hua-feng
(Xinjiang Yili Water Power Investigation and Design Institute Yining Xinjiang 835000)
【Abstract】By int roducing the application of PHC in t he t reatment of soft foundation of the pump in the advantages of PHC.,the application of the new technical can be referred in water conservancy project .
【Key words】PHC;Water conservancy project;Soft foundation
PHC 桩是专业工厂里采用先张法预应力和离心成型工艺,经过蒸压养护而制成的一种空心筒柱体的等截面构件,运往施工现场后,通过锤击或静压的方法沉入地下作为建(构) 筑物的基础。由于它的卓越性能,广泛应用于建筑、桥梁、电力等行业,但在水利工程中应用较少,本文以某工程的软基处理为例,介绍PHC 管桩在水利工程中的应用。
1. PHC 管桩设计
1.1工程概况。某工程新建四座排涝泵站,总排水流量61.2m3/s，总装机约8200Kw。其中4# 泵站装机2060Kw，流量20.0m3/s。
1.2工程地质。经野外钻探揭露、原位测试及土工试验成果综合分析,拟建场地地层主要由第四系新近人工填土层、第四系全新统湖积层和冲积层、上更新统冲积层及侏罗系上统象山群石英砂岩组成。各土层特征如下:
第①层为人工填土,主要呈松散状态,部分地段呈稍密～密实状态。该层在场地地表普遍分布,厚度0.30m～9.10m，层底深度0.30m～9.10m，层底标高3.41m～16.03m。
第②层为粉质粘土,局部夹粉土、粉细砂,韧性与干强度中等,呈可塑状态。该层在场地内均有分布,呈似层状,层厚0.40m～8.50m，层底深度1.50m～12.10m，层底标高0.81m～13.30m。
第③层为淤泥质土,褐灰、黑灰～灰色,含腐植物、螺壳及云母晶片,强度低,呈流塑状态。该层厚度与埋藏深度变化大,站址内分布,层厚0.80m～28.50m，层底深度3.80m～29.80m，层底标高—— 21.39m～6.50m。
第④层为粉质粘土,灰黄～浅黄色,韧性与干强度中等,呈可塑状态。该层厚度与埋藏深度变化大,在场地部分地段缺失,层厚0.40m～6.70m，层底深度2.10m～32.90m，层底标高—— 24.51m～8.43m。
第⑤层为粉质粘土,局部为粘土,黄褐色～褐黄色,韧性与干强度高,呈硬塑～坚硬状态。该层在场地大部分地段本次钻探未揭穿,控制最大厚度17.10m，控制最大深度41.60m，控制最低层底标高—— 33.21m。
第⑥层为石英砂岩,褐黄、灰白～浅灰色,呈全～强风化状态。本次钻探未揭穿,控制最大厚度8.20m，控制最大深度24.90m，控制最低层底标高—— 11.91m。
1.3 工程设计。根据对泵站站身的稳定计算,得出基底最大应力160KPa，平均应力约140 KPa，而站身坐落的淤泥质土的容许承载力为70 KPa，且其压缩性大,不能满足设计要求。由于此软土层深厚,复合地基难以满足要求,本次采用桩基,经技术经济比较,并考虑工期等因素,设计采用预应力高强砼管桩( PHC 桩)。按照J GJ 79 — 2002 相关公式进行桩承载力及桩身强度设计计算,拟定PHC 桩桩径400mm，壁厚95mm，AB 型桩,桩身砼设计强度C80，桩距2.0m ×2.2m～2.0m ×3.4m，桩端进入⑤层粉质粘土不小于1.0m。管桩设计为摩擦型桩,单桩设计承载力860KN，站身下共设PHC 桩91 根。根据场地条件,为减小施工对周边建筑物影响,采用静压沉桩。
为防止基础上浮、移位,并保证基础和桩基的整体协同工作,将PHC 桩伸入基础10cm，同时,将PHC 桩顶部的110cm 高度内中空部份灌入C25 填芯混凝土,其内微掺UEA 膨胀剂(掺量约10%) ;沿桩内壁周边设置6 根18 锚筋,伸入基础底板内,与底板刚接,以增强基础和桩的整体性。
2. PHC 管桩施工
管桩的沉桩施工可采用静压和锤击两种工艺。受施工场地条件限制,本次采用静压沉桩,静压桩机具有无噪音、无振动和无污染的优点。管桩的施工包括桩测量定位、沉桩和接桩等。根据设计桩位放出轴线和桩位,并要经常对控制点进行复核,作好定位记录和技术复核记录。桩位确定后,将压桩机移至需要施打的位置,起吊预制桩,使桩尖垂直对准桩位中心,缓慢放下插入土中,在桩头距地面1m 左右时停止压桩,吊机吊起另一节桩,开始接桩,接桩完成后,继续压桩,直至达试验管桩的终压力(不少于1700KN)，且以硬塑粘土层( ⑤层) 作为桩端持力层,达到要求后,还要稳压3 次,每次不少于2min。沉桩过程中,应经常观测桩身的垂直度,以控制桩身的倾斜、位移。管桩施工结束后,进行基坑开挖和截桩,然后再浇筑基础。开挖时,应分层均匀进行,桩周土体高差应控制在1.0m 以内。
3. 试桩及检测结果
PHC 管桩施工前进行了单桩静载试验,试桩采用3 根,3 根桩的均是加荷至2 倍设计单桩承载力时停止加载试验,从Q — S 曲线看,曲线平缓,无明显陡降段,S—lgt 曲线呈平缓规则排列,且桩顶沉降量较小,单桩竖向极限承载力满足设计要求。
PHC 管桩施工完成后,建管单位委托马鞍山市建设工程质量检测中心对PHC 桩进行了低应变动力完整性检测,按照J GJ 106—2003，检测了19 根(站身处)，其中Ⅰ类桩16 根,占84.2%， Ⅱ类桩3 根,占15.8%,未发现Ⅲ、Ⅳ类桩。
4. 结束语
高强混凝土预制管桩( PHC 桩) 是一种较为新型的桩基,在电力、工民建等行业应用较为普遍,水利工程中较少采用,但较其它桩型,其具有以下优点:
4.1 质量稳定可靠,施工速度快,工期短。PHC 桩可在厂内规模化、商品化预制生产,质量容易控制,制作速度快、设计可选用的桩型多,能及时供货,且沉桩施工快,较其它桩基类型,工期可大大缩短。
4.2 单桩承载力高,造价低。桩身砼强度等级为C80，桩身强度高,且其抗弯性能良好,能适应复杂的地质条件;其单位承载力的造价比预制混凝土方桩和钻孔灌注桩低。
4.3 施工现场文明。因在厂内制作,对施工现场基本无污染,尤其适用于施工场地狭窄的工程。
鉴于PHC 桩的诸多优点,在水利工程软弱地基加固中,条件适合情况下可加以推广。
［文章编号］1006-7619（2011）04-20-862
【关键词】PHC管桩；水利工程；软土地基
The appl ication of PHC in the treatment of soft foundation in water conservancy roject
Gao Hua-feng
(Xinjiang Yili Water Power Investigation and Design Institute Yining Xinjiang 835000)
【Abstract】By int roducing the application of PHC in t he t reatment of soft foundation of the pump in the advantages of PHC.,the application of the new technical can be referred in water conservancy project .
【Key words】PHC;Water conservancy project;Soft foundation
PHC 桩是专业工厂里采用先张法预应力和离心成型工艺,经过蒸压养护而制成的一种空心筒柱体的等截面构件,运往施工现场后,通过锤击或静压的方法沉入地下作为建(构) 筑物的基础。由于它的卓越性能,广泛应用于建筑、桥梁、电力等行业,但在水利工程中应用较少,本文以某工程的软基处理为例,介绍PHC 管桩在水利工程中的应用。
1. PHC 管桩设计
1.1工程概况。某工程新建四座排涝泵站,总排水流量61.2m3/s，总装机约8200Kw。其中4# 泵站装机2060Kw，流量20.0m3/s。
1.2工程地质。经野外钻探揭露、原位测试及土工试验成果综合分析,拟建场地地层主要由第四系新近人工填土层、第四系全新统湖积层和冲积层、上更新统冲积层及侏罗系上统象山群石英砂岩组成。各土层特征如下:
第①层为人工填土,主要呈松散状态,部分地段呈稍密～密实状态。该层在场地地表普遍分布,厚度0.30m～9.10m，层底深度0.30m～9.10m，层底标高3.41m～16.03m。
第②层为粉质粘土,局部夹粉土、粉细砂,韧性与干强度中等,呈可塑状态。该层在场地内均有分布,呈似层状,层厚0.40m～8.50m，层底深度1.50m～12.10m，层底标高0.81m～13.30m。
第③层为淤泥质土,褐灰、黑灰～灰色,含腐植物、螺壳及云母晶片,强度低,呈流塑状态。该层厚度与埋藏深度变化大,站址内分布,层厚0.80m～28.50m，层底深度3.80m～29.80m，层底标高—— 21.39m～6.50m。
第④层为粉质粘土,灰黄～浅黄色,韧性与干强度中等,呈可塑状态。该层厚度与埋藏深度变化大,在场地部分地段缺失,层厚0.40m～6.70m，层底深度2.10m～32.90m，层底标高—— 24.51m～8.43m。
第⑤层为粉质粘土,局部为粘土,黄褐色～褐黄色,韧性与干强度高,呈硬塑～坚硬状态。该层在场地大部分地段本次钻探未揭穿,控制最大厚度17.10m，控制最大深度41.60m，控制最低层底标高—— 33.21m。
第⑥层为石英砂岩,褐黄、灰白～浅灰色,呈全～强风化状态。本次钻探未揭穿,控制最大厚度8.20m，控制最大深度24.90m，控制最低层底标高—— 11.91m。
1.3 工程设计。根据对泵站站身的稳定计算,得出基底最大应力160KPa，平均应力约140 KPa，而站身坐落的淤泥质土的容许承载力为70 KPa，且其压缩性大,不能满足设计要求。由于此软土层深厚,复合地基难以满足要求,本次采用桩基,经技术经济比较,并考虑工期等因素,设计采用预应力高强砼管桩( PHC 桩)。按照J GJ 79 — 2002 相关公式进行桩承载力及桩身强度设计计算,拟定PHC 桩桩径400mm，壁厚95mm，AB 型桩,桩身砼设计强度C80，桩距2.0m ×2.2m～2.0m ×3.4m，桩端进入⑤层粉质粘土不小于1.0m。管桩设计为摩擦型桩,单桩设计承载力860KN，站身下共设PHC 桩91 根。根据场地条件,为减小施工对周边建筑物影响,采用静压沉桩。
为防止基础上浮、移位,并保证基础和桩基的整体协同工作,将PHC 桩伸入基础10cm，同时,将PHC 桩顶部的110cm 高度内中空部份灌入C25 填芯混凝土,其内微掺UEA 膨胀剂(掺量约10%) ;沿桩内壁周边设置6 根18 锚筋,伸入基础底板内,与底板刚接,以增强基础和桩的整体性。
2. PHC 管桩施工
管桩的沉桩施工可采用静压和锤击两种工艺。受施工场地条件限制,本次采用静压沉桩,静压桩机具有无噪音、无振动和无污染的优点。管桩的施工包括桩测量定位、沉桩和接桩等。根据设计桩位放出轴线和桩位,并要经常对控制点进行复核,作好定位记录和技术复核记录。桩位确定后,将压桩机移至需要施打的位置,起吊预制桩,使桩尖垂直对准桩位中心,缓慢放下插入土中,在桩头距地面1m 左右时停止压桩,吊机吊起另一节桩,开始接桩,接桩完成后,继续压桩,直至达试验管桩的终压力(不少于1700KN)，且以硬塑粘土层( ⑤层) 作为桩端持力层,达到要求后,还要稳压3 次,每次不少于2min。沉桩过程中,应经常观测桩身的垂直度,以控制桩身的倾斜、位移。管桩施工结束后,进行基坑开挖和截桩,然后再浇筑基础。开挖时,应分层均匀进行,桩周土体高差应控制在1.0m 以内。
3. 试桩及检测结果
PHC 管桩施工前进行了单桩静载试验,试桩采用3 根,3 根桩的均是加荷至2 倍设计单桩承载力时停止加载试验,从Q — S 曲线看,曲线平缓,无明显陡降段,S—lgt 曲线呈平缓规则排列,且桩顶沉降量较小,单桩竖向极限承载力满足设计要求。
PHC 管桩施工完成后,建管单位委托马鞍山市建设工程质量检测中心对PHC 桩进行了低应变动力完整性检测,按照J GJ 106—2003，检测了19 根(站身处)，其中Ⅰ类桩16 根,占84.2%， Ⅱ类桩3 根,占15.8%,未发现Ⅲ、Ⅳ类桩。
4. 结束语
高强混凝土预制管桩( PHC 桩) 是一种较为新型的桩基,在电力、工民建等行业应用较为普遍,水利工程中较少采用,但较其它桩型,其具有以下优点:
4.1 质量稳定可靠,施工速度快,工期短。PHC 桩可在厂内规模化、商品化预制生产,质量容易控制,制作速度快、设计可选用的桩型多,能及时供货,且沉桩施工快,较其它桩基类型,工期可大大缩短。
4.2 单桩承载力高,造价低。桩身砼强度等级为C80，桩身强度高,且其抗弯性能良好,能适应复杂的地质条件;其单位承载力的造价比预制混凝土方桩和钻孔灌注桩低。
4.3 施工现场文明。因在厂内制作,对施工现场基本无污染,尤其适用于施工场地狭窄的工程。
鉴于PHC 桩的诸多优点,在水利工程软弱地基加固中,条件适合情况下可加以推广。
［文章编号］1006-7619（2011）04-20-862