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管樁基礎(一)——設計和施工的基本問題

2024-01-09科學

設計、施工者要基本了解清楚的幾個問題

1-1、管樁基礎的主要施工方法。

施工方法不同,樁的承載力計算方法也是不同的。

1-2、常用管樁規格、型號及其套用承載力。

要大致心中有數,這樣才能在概念設計中有個準星。

1-3、不宜套用或慎用管樁的地質條件。

不要在不宜套用管樁的地質條件下硬用管樁。

1-4、管樁穿透巖土層的能力。

設計時要有個底,所以要掌握巖土勘察知識。

1-5、管樁設計計算或驗算的內容。

哪些一定要計算或驗算,哪些可以不驗算,心中也要有個譜。

01、 管樁基礎的主要施工方法

(1)錘擊法:柴油錘、液壓錘

(2)靜壓法:

抱壓式液壓壓樁機

頂壓式液壓壓樁機

抱壓頂壓聯合式液壓壓樁機

抱壓振動液壓壓樁機

(3)引孔打(壓)法

長螺旋鉆機引孔

螺旋鉆

(4)鉆孔植樁法

(5)中掘法(直徑≥600)

隨鉆跟管鉆機(中鉆法)

02、常用管樁規格、型號及其套用承載力

管樁分PC樁和PHC樁,廣東幾乎全是PHC樁。

管樁按外徑分為300mm、400mm、500mm、600mm和700mm、800mm、1000mm、1200mm、1300mm、1400mm等規格,建築中的常用管樁規格為300mm、400mm、500mm和600mm。300mm管樁今後要逐步淘汰。

管樁按混凝土有效預壓應力值分為A型、AB型、B型和C型,其有效預壓應力值分別為4MPa、6MPa、8MPa和10MPa。

重要工程都要選用AB型或B型樁;靜壓用樁廣東大部份選用厚壁的AB型樁。今後A型樁逐步少用。

常用管樁承載力一覽表

管樁應發揮其高承載力的特性,不宜用作地基處理中的柔性樁,尤其是以強風化巖作持力層的管樁,更不能這樣做。

某大型輸水管基礎,設計成復合地基的形式:在以強風化砂巖為持力層的Φ400管樁頂部,做一層30~40cm的褥墊層,在墊層上澆築混凝土底板,在底板上擱Φ400的輸水管。結果管樁刺破褥墊層,輸水管立即有10-20cm的下沈。

處理方法:灌漿加固褥墊層。以後同樣的工程,取消砂墊層,將混凝土底板直接與管樁頂聯結起來,做成剛性承台。

03、不宜套用或慎用管樁的地質條件

錘擊法不宜或慎用條件:

(1)持力層以上的覆蓋層中含有較多且難以清除又嚴重影響打樁的孤石、風化球或其它障礙物;

(2)持力層以上含有不適宜作樁端持力層且不易貫穿的硬夾層;

3)基巖面上沒有合適持力層的巖溶地層;

(4)非巖溶地區基巖以上為淤泥等松軟土層,其下直接為中風化、微風化巖層,或中風化巖面上只有較薄的強風化層;這種地質條件俗稱「上軟下硬、軟硬突變」。

基巖以上為淤泥層

只有較薄的強風化層

5)樁端持力層為遇水易軟化且埋藏較淺的風化巖;

(6)地下水或地基土對管樁的混凝土、鋼筋及鋼零部件有強腐蝕作用的巖土層。

簡單地說,有孤石、障礙物的地層;有硬夾層;石灰巖地層;「上軟下硬、軟

硬突變」的地層;遇水軟化的持力層和強腐蝕巖土層,不宜或慎用管樁。

靜壓法不宜或慎用條件:

除了與錘擊法六條相同外,還有兩條也要註意:

(1)現場地表土層松軟且地面承載力特征值≤100kPa又未經處理的場地;

(2)樁端持力層為中密~密實砂土層且其覆蓋層幾乎全是稍密~中密砂土層;

靜壓樁在石灰巖 巖面起伏不大 的情況下可以壓下去,雖然樁端嵌固深度不大,但樁身可以做到基本不破爛,若用錘擊法施工,樁的破損率可達到60%以上。

廣東省標準【靜壓預制混凝土樁基礎技術規程】(送審稿)在巖土工程勘察這一章中專門對表土層勘察要求提出了一點要求:靜壓樁施工對表土層承載力有較高要求,勘察時應采用輕便動力觸探、取土樣、標準貫入試驗等手段準確查明表層3m土層的承載能力。

在該條的條文說明中指出:勘察時應準確查明表層3m土層的承載力,是指我省常見的表土層,對於深厚、松軟的素填土層則應另當別論。

5.2節內對壓樁機的接地壓力作了限制:壓樁機長船型履靴的接地壓力不宜大於100kPa;短船型履靴的接地壓力不宜大於120kPa。

關於遇水軟化的問題

強風化泥巖以及含泥量較多的強風化、全風化花崗巖層做持力層的管樁基礎,收錘或終壓時發現不了什麽問題,甚至做靜載荷試驗單樁豎向抗壓承載力也能達到設計要求,但過了二三十天,若這根樁再做靜載荷試驗,發現單樁豎向抗壓承載力降低,樁的沈降量加大;若對這些原先「已達到設計要求的樁」進行復壓(復打),又可以下去,有的可下去幾十厘米,有的甚至可再下去1~4m。強風化泥質粉砂巖也有這種軟化現象。

究其原因,主要是樁尖附近有水,強風化泥巖遇水就軟化,含泥較多的強風化花崗巖體遇水發生崩解,於是樁端土承載力大大降低。水的來源有兩種:主要是外界流入的水,還有是超孔隙水壓力作用下慢慢滲流出來的孔隙水。針對外界流入的水產生了一個管樁內腔底部灌註封底混凝土的做法,堵住樁尖不密封而引起漏水的毛病。減少孔隙水最好的辦法就是控制沈樁率。

但這個封底的辦法也不是萬能的,有些管樁雖灌了封底混凝土,但樁尖土還是軟化,有些實心方樁也會發生類似的情況。

值得一提的是:不是所有的強風化泥巖和強風化花崗巖層都會發生易軟化的現象,有的地區雖然也以強風化泥巖作持力層,但沒有發生持力層軟化的問題,因此要多積累地區經驗。

強風化泥質粉砂巖也有軟化的問題,只不過軟化的程度較少,下沈量一般不超過20cm。

04、管樁穿透巖土層的能力

打樁錘擊力屬沖擊動力,預應力管樁較耐打,在強力沖擊下具有較強的穿透能力,大量工程實踐表明,使用D45以上重型柴油錘可使其穿透5~6m厚的密實砂層或河卵石層,樁尖進入N≥50的強風化巖層1~2m或密實卵石層1~2m。

壓樁力則屬靜力,造成樁的穿透能力相對較小,但也並非僅能穿透軟弱土層,實踐證明壓樁力≥4000kN的靜壓樁也可穿透2~3m厚的密實砂層,樁尖到達N=50的強風化巖表面。

從總體上看,當地質條件大致相同時,靜壓樁的樁長通常要比錘擊樁短1~2m,有時甚至短3~4m。

根據廣東套用管樁的長期經驗,巖土工程勘察中較重視標準貫入試驗。標貫試驗好似模擬打樁,其測試成果較適合錘擊式預應力管樁的套用。

標貫試驗錘重為63.5kg(150P),落距76cm(30吋),前15cm入土的錘擊數不算,然後測出下面入土30cm深度的錘擊數,這就是實測的標貫擊數(N′),如果實測值乘上觸探桿長度校正系數,就是修正後的標貫值(N)。

修正後的標準貫入擊數 N 可按下列公式計算:

N =αN′

式中 N——修正後的標準貫入擊數;

N′——實測標準貫入擊數;

α——觸探桿長度校正系數,可按下表采用。

國家標準【巖土工程勘察規範】GB50021,若用標準貫入擊數來劃分巖土類別時,采用的是實測標準貫入擊數N′,如N≥50為強風化巖;50>N′≥30為全風化巖;N′<30為殘積土,與我們打樁壓樁時所指的強風化巖容易混淆。

錘擊管樁樁端的強風化持力層是指N=50~60的強風化巖層,而且樁端可進入這種強風化巖層1~2m,但不能打入中風化巖層;

靜壓管樁最多可壓至N=50的強風化巖層的表面。

這是每個設計和施工人員首先要明確的基本概念!

采用實測的標貫值來預估錘擊管樁的入土深度,誤差是很大的,原因是:

按巖土規範規定:N′= 50 就是強風化巖層。

但是,若樁長為21m時,則修正系數=0.7,N=35;

若樁長為30m時,則修正系數=0.61,N=30;

若樁長為39m時,則修正系數=0.52,N=25;

而大噸位的柴油錘可以將管樁打入N=50~60的強風化巖層1~2公尺,顯然與當N′=50 時的強風化巖層存在著較大的層面差距,樁愈深,差距越大,也就是說預估的樁長誤差更大。

總之,我們可以根據國家標準【巖土工程勘察規範】GB50021規定,巖(土)名稱和狀

態可按現場實測的標準貫入擊數來劃分。但根據我們的經驗,估算打樁深度時則應采用修正

後的標準貫入擊數N。錘擊式管樁可打入N≥50的強風化巖層1~2m,靜壓管樁可壓入N=40~50的強風化巖層。因此,用修正後的標貫擊數可較正確地確定管樁的樁端持力層及預估沈樁的深度。

廣州市某大工程所用的建築工程巖土勘察,由十個勘測單位負責來完成,其中,九個單位只提供實測的標貫擊數的測試成果,只有一個著名建築設計院的勘察隊伍還提供修正後的標貫值。

施工單位根據實測的標貫擊數來預估樁長,其結果全部偏短,實際施工時用樁量比預估用樁量增加了許多。而根據修正後的標貫擊數來預估樁長,實際施工時的用樁量與預估用樁量基本一致。

所以,勘察、設計、施工、監理、管樁生產廠的技術人員在預估樁長時一定要采用修正後的標貫值。

05、管樁設計計算或驗算的內容

管樁基礎設計應根據承載能力和變形控制的要求進行下列計算或驗算:

(1)根據樁基的使用功能和受力特性進行樁基的豎向(抗壓或抗拔)承載力計算和水平

承載力計算;

(2)樁身強度驗算;

(3)計算承台內力並驗算其承載力,確定承台高度和配筋;

(4)當樁端平面以下存在軟弱下臥層時,應做下臥層承載力驗算;

(5)對於樁中心距小於或等於4倍樁徑的群樁基礎,可視做一假想實體深基礎進行基礎下地基承載力驗算和沈降計算;

(6)當建築物對樁基的沈降或水平位移要求嚴格時,尚應作沈降或水平變位驗算;

(7)當使用條件要求限制混凝土裂縫時,尚應作抗裂或裂縫寬度驗算。

當然,首先要計算上部結構傳至承台底面上的荷載效應,包括豎向力、水平力和彎矩等。