软土工程预应力管桩施工技术

摘要:随着社会的不断进步,物质文明的极大提高及建筑设计施工技术水平的日臻成熟完善,同时,也因土地资源日渐减少与人口增长之间日益突出的矛盾,高层及超高层建构筑物越来越多.为了保证建（构）筑物的正常使用寿命和安全性,对管桩施工技术方法要求也越来越高,管桩施工技术应不断改进、更新，本文通过软土地区偏斜预应力管桩实例,为同行者对处理类似工程具有一定的参考价值。
　　关键词:预应力管桩，锚杆静压桩，加固处理缺陷桩
　　1前言
　　某工程上部结构主楼为11层～21层,裙楼为4层框架剪力墙结构,其基础采用Φ500和Φ600预应力混凝土管桩(PHC桩)基础。本工程桩现施打完毕后,开挖地下室场地(挖深5m左右),发现场地开挖后有部分桩的桩身垂直度偏差为1%～4.5%,其中桩身偏斜1%～2%共293条,偏斜2%～3%共105条,偏斜3%～4%共22条,偏斜4%～4.5%共6条,共计426条。超出《预应力混凝土管桩基础技术规程》中规定的,桩身垂直允许偏差为1%的桩(以下简称缺陷桩)必须进行加固处理。
　　2工程地质概况
　　①素填土(Qml):由坡残积土组成,部分地段上部为杂填土,含碎砖块、碎石块,层厚1.50m～2.20m。
　　②冲积层(Qal):②21淤泥(2-1):饱和,流塑,上部土质较均匀,下部含粉砂、贝壳碎屑,淤泥质粉细砂层,层厚3.70m～9.50m。②2粉质粘土(2-2):很湿,可塑,土质不均匀,含粉细砂,层厚2.50m～2.60m。②3中砂(2-3):饱和,松散～稍密,层厚0.80m～4.50m。
　　③残积(砂质)粘性土(Qcl):③1可塑状残积土(3-1):很湿,可塑,为花岗岩风化残积土,厚度1.00m～6.70m。③2硬塑状残积土(3-2):湿,硬塑,为花岗岩风化残积土,厚度1.50m～6.80m。④侏罗系花岗岩风化带(J):④1全风化花岗岩(4-1):稍湿,原岩结构沿可辨,沿芯呈坚硬土柱状,厚度1.10m～3.30m。④2强风化花岗岩(4-2):岩芯半岩半土状—碎块状,碎块脆～稍硬,岩石裂隙发育,厚度0.90m～3.20m。④3中风化花岗岩(4-3):岩芯多为块状—短柱状,岩质较硬～硬,岩石裂隙较发育,厚度0.90m～3.80m。④4微风化花岗岩(4-4):岩芯多为短柱状—长柱状,岩质坚硬,上部裂隙变明显,厚度2.40m～3.20m。
　　3缺陷桩质量情况分析
　　采用底应变法对本工程桩的桩身完整性进行了检测,检测结果如下:第一区共检测79条桩,其中75条桩为Ⅰ类桩,4条桩为Ⅱ类桩;第二区共检测88条桩,其中87条桩为Ⅰ类桩,1条桩为Ⅱ类桩;第三区共检测69条桩,其中56条桩为Ⅰ类桩,12条桩为Ⅱ类桩,1条桩为Ⅲ类桩。
　　对本工程桩按要求进行单桩竖向抗压静载试验,并选取了偏斜4.5%的桩进行单桩竖向抗压静载试验,其竖向承载力均满足设计要求,单桩竖向极限承载力的标准值为:Φ500:3600kN;Φ600:5000kN。
　　以上检测结果表明:大部分桩身结构基本完整,极个别桩身结构有缺陷,但均能满足单桩竖向承载力的设计要求。
　　造成本工程桩桩身垂直偏差过大的原因主要有两个方面:（1）本场地的地面下有较厚(6.2m～8.5m以上)的流塑软土,桩间距较密,沉桩数量逐渐增加后,造成桩周土体挤压,对桩产生水平推力,使桩身倾斜;（2）本工程桩施打完毕后,开挖地下室时,开挖机械扰动上部的软土,土体的挤压效应明显加大,设桩身的倾斜主要是埋在软土部分段的桩身发生倾斜。故本工程基础部分桩出现桩身垂直偏差过大主要是场地上部覆盖软土层较厚的原因造成的。
　　4缺陷桩的加固处理方法及设计
　　4.1加固处理方法
　　本工程缺陷桩的质量问题主要是埋在上部软土层的桩身发生倾斜,对桩身产生附加弯矩,从而增加了桩的水平方向承载力。从检测结果表明本工程桩身结构基本完整,缺陷桩的单桩竖向承载力满足设计要求,对缺陷桩进行加固,主要是使桩身能抵抗附加弯矩,确保桩身抵抗弯矩的能力。
　　经分析,本工程缺陷桩适合采用的加固方法如下:
　　（1）在预应力管桩桩芯孔内灌注钢筋混凝土桩芯或钢管混凝土桩芯的方法增加桩身的抗弯性能,对于缺陷桩桩身发生倾斜量所产生的弯矩认为由桩身与灌注钢筋混凝土桩芯或桩身与钢管混凝土桩芯承担[1-4]。其中Φ500预应力管桩桩身倾斜不小于2.5%以上的缺陷桩只能采用钢管混凝土桩芯的方法加固。
　　（2）对于管桩桩身倾斜不小于2%且入土淤泥层的厚度不小于2m的缺陷桩还要采用降低单桩竖向承载力的方法进行加固。复核原设计的单桩竖向承载力的安全储备,若原设计的单桩竖向承载力的安全储备能满足需降低单桩竖向承载力的要求,只采用桩芯孔内灌注钢筋混凝土桩芯的方法加固;否则除了采用钢筋混凝土桩芯的方法加固外,还要新增锚杆静压桩法来增加基础承载力,以降低单桩竖向承载力。
　　4.2加固设计
　　（1）灌注钢筋混凝土桩芯。a.钢筋:采用纵向钢筋插入管桩桩芯,外扎钢筋箍筋,钢筋笼一直伸至桩顶承台内。b.混凝土:采用C45混凝土,需保证混凝土的和易性,混凝土坍落度为180mm～220mm,水泥用量不少于360kg/m3。c.加固深度:桩入土淤泥层的厚度不大于2m,加固深度为5m;其余的加固深度为6m～10m。
　　（2）灌注钢管混凝土桩芯。a.钢管:采用Q235钢。b.混凝土:采用C50混凝土,需保证混凝土的和易性,混凝土坍落度为180mm～220mm,水泥用量不少于360kg/m3。c.加固深度:有限桩长小于7m的,为通长;有效桩长大于7m的,加固深度为7m。
　　4.3锚杆静压桩的设计
　　由于本工程桩机已退场,基坑已大开挖,不宜采用大型机械进行施工。根据本工程的地质情况及工程现状,对于部分基础的单桩竖向承载力的安全储备不能满足需降低单桩竖向承载力的要求,除了对缺陷桩进行加固外,还要新增锚杆静压桩来增加基础承载力。本工程适合采用锚杆静压桩加固方法对其进行加固。
　　静压桩采用直径为250mm×250mm的预制桩,桩身混凝土强度为C25。单桩竖向承载力标准值为350kN,按规范要求最终压桩力为700kN。对增加锚杆静压桩在原有柱下桩基础布桩,锚杆静压桩需尽量对称布置,一般压桩孔中心线离原桩中心线距离为1m,两条锚杆静压桩之间的距离为0.8m～1.2m,静压桩桩底设计持力层为强风化岩,桩长范围约为5m～18m,桩长最终控制压桩的经标定的油压千斤顶压力表读数达到设计最终压桩力来确定。
　　4.4抗浮锚杆的设计
　　（1）锚杆杆体断面设计计算。
　　A=k•Nt/fyk。
　　式中:Nt———锚杆的设计抗拔力,本工程单根锚杆最大设计抗拔为210kN;
　　fyk———钢筋强度标准值,取400MPa;
　　k———安全系数,取1.5;
　　代入数值得:A=1.5×210×103÷400=788mm2。
　　故最大抗拔力不大于100kN的采用Φ25(Ⅲ级钢),最大抗拔力大于100kN的采用Φ32(Ⅲ级钢),其材料强度完全满足所有锚杆抗拔要求。
　　（2）锚杆极限抗拔力的设计计算。
　　Tuk=πDmΣfili。
　　式中:Tuk———锚杆的极限抗拔力;
　　Dm———锚固体直径,土层取0.13m,岩层取0.11m;
　　fi———锚杆注浆体与周围各岩土层极限粘结强度(kPa);土层(砂层、残积层、全风化花岗岩和强风化花岗岩)取50kPa,中风化花岗岩取300kPa,微风化岩取800kPa;
　　li———锚杆体周围各岩土层厚度。
　　经计算可知,锚杆在土层中的极限抗拔力为20kN/m,在中风化岩层中的极限抗拔力为69kN/m,在微风化岩层中的极限抗拔力为276kN/m。根据实际工程,抗浮锚杆总条数定为51条。在抗浮锚杆正式大面积施工前,可选择有代表性的部分进行1根～2根试验性锚杆施工,待达到抗拔要求后,进行极限张拉试验,以验证设计所选的土层摩阻力等参数是否合适,并对施工的成孔、注浆压力等工艺指标进行验证。
　　5结语
　　通过对本工程的地质情况和管桩的偏斜度进行具体分析,根据不同偏斜度的斜桩的承载能力不同而确定加固方法,大大减少其处理费用,缩短工期,从经济和社会效益等多方面取得了较好的效果,达到事半功倍。