沿海地区PHC管桩穿越软弱夹层土的施工

1、沿海地区PHC管桩穿越软弱夹层土的施工沿海地区PHC管桩穿越软弱夹层土的施工ConstructionofPHCPipePilePeneatmgSoftSoilInterlayerinCoastalAreas工程施工技术lConstructionTechnologyI欧义明(浙江省电力建设,浙江宁波315010)OUYiming(ZhejiangElectricPowerConstructionCo.Ltd.,Ningb0315010,China)【摘要】在沿海电厂PHC管桩锤击沉桩过程中,桩身穿透硬层进入较厚软弱夹层时,桩身中将产生很大的拉应力,沉桩时极易将桩身拉裂,在送桩的压应力与拉应力的反

2、复作用下,桩身拉裂处将发生严重破坏.在上述地层条件下,PHC管桩沉桩时采用预引孔,改开口桩尖为闭口桩尖等措施或改为静压沉桩,可有效降低桩身中的拉应力,解决桩身受拉而严重破损的难题.【AbstractDuringthecourseofpiledrivingonPHCpipepilebyhammerincoastalareas,whenthepilepenetratesthehardlayerandthenentersintothesoftthickerzone,greattensilestresswillbegeneratedinthepilebody,whicheasilymakesthepi

3、leripped,andalsotherippingareaofthepilewillbebadlydamaged,undertherepeatactionofcompressivestressandtensilestress.Consideringabovestratumconditions,adoptingthepredrillingholetechnic,andalterfromuncorkpiletoetoclosedstyle,orInsteadofsilentpiling,willefficientlyminimizethetensilestressinthefile,andsol

4、vetheproblemofseverdamageonthepilebecauseofhugepullforce.【关键词】桩基础;PHC管桩;桩身破损;软弱夹层;预引孔【Keywordspilefoundation;PHCpipepile;damageofpilebody;softinterlayer;predrillinghole041工程概况一般在1.2m2.1m之间.具体见表1,表2.某电厂位于绍兴绍兴县滨海工业园区内,场地由围涂吹积物,地层主要由第四系冲海积的粉性土,砂土,黏性土和淤组,同步脱硫脱硝.电厂场地的桩端持力层以上土层至上而下分布基本情况:填土:粉土,湿,松散.1粉土:很湿

5、,松散.2粉土:湿,松散稍密.1粉砂:饱和,中密,具中低压缩性.2粉砂:饱和,中密密实,具低压缩陛.淤泥质粉质黏土:很湿,软塑,具高压缩性.粉质黏土夹砂:很湿,软塑可塑,稍表1土层分布表主厂房,锅炉,烟囱,冷却塔等主要构筑物地基处理采用国标03SG409预应力混凝土管桩PHC.AB600(110)型开口管桩,约2500根,桩长45m53m,以粉质黏土夹砂层作为持密中密,具中等压缩性.土层厚度和埋深见表1.地下水埋深力层,进入持力层深度3m,单桩竖向承载力极限值6600kN,设计沉桩终止标准以桩顶标高控制为主,贯入度控制为辅.【作者简介】欧义明(1981),男,浙江宁波人,工程师,从事电厂建2打

6、桩过程及问题分析设土建部分的管理,(电子信箱)253930839qq .2.1打桩准备工作119l工程建设与设计lConstruction&DesignForec表2基础物理力学性质指标一览表从表2可知存在较密实的土层且其下存在厚度达26.3m的软弱夹层.根据综合试桩结果,本场地试桩时存在如下问题:密实的:土层较难穿透,总锤击数偏高,试桩时曾发生断桩,排土量较大,超孔隙水压力上升较陕很容易超过报警阀值.面对上述1司题,我们制定了一系列针对性措施:(1)打桩时对桩身位移,深层土体位移,超孔隙水压力等指标进行实时监测和对沉桩质量进行跟踪检测,以便及时发现问题并纠正.(2)视需要进行

7、预引孔,取出部分土体,防止土层因打桩挤密效应造成后期打桩困难.(3)在打桩中后期在场地内布置适量的深井以释放超孔隙水压力.刚开始施工时为检测施工质量,验证施工工艺和施工措施的适用性,根据设计要求进行了试打,并进行了高应变跟踪检测.(1lO).50b,桩尖开口,桩长50m,送桩2.5m,上节桩长10m,中节长为12m和13m,下节长15m,焊接接桩.试打前,对管桩质量进行了检查验收,满足质量要求.桩锤采用D80.1试打桩从第四节开始连续跟踪检测直至送桩至设计标高.沉桩过程中锤击力一般为4700kN5900kN,锤击能量一下35.0m处桩身混凝土已严重破损.2桩从第四节开始连续跟踪检测直至送桩至设

8、计标高.沉桩过程中锤击力一般为6000kN6500kN,锤击能量一般120桩顶下35.Om处桩身混凝土已严重破损.根据1,2检测情况,3桩从第二节开始连续跟踪检测,4300kN6000kN,锤击能量一般为60kJ80kJ.从以上高应变检测数据,结合表1中的土层分布,可以看出,3根桩的破损具有共生:均发生在桩端穿透号粉砂硬层进入软弱的淤泥质粉质黏土后,且破损位置位于下节桩接桩附近.一般来讲,沉桩过程发生桩体破损主要是桩身质量始,其施工质量都进行严格控制:采用重锤低击,用l挡锤击;垂直度采用双向经纬仪控制,第一节桩垂直度控制在0.5%以内,CO:气体保护焊,焊缝饱满,焊缝冷却时间均在10min以上

9、,桩垫每打一节进行了更换.从理论方面对桩身破损原因进行分析,根据行波理论,结合现场具体地层情况(见表2),不同的土层对应着不同的边界条件:粉砂层相对较硬,淤泥质粉质黏土层相对较软,当桩尖穿透砂层,局部进入淤泥层时,淤泥层很软相当于桩尖被悬空,可近似为自由端;而被砂层嵌固处桩侧摩阻力很大,可近似为固定端.锤击桩顶时,应力波自上而下沿桩身传播,穿过粉砂层时,由于桩侧摩阻力很大,在砂层段产生向下的拉力淤泥质粉质黏土层后,应力波的波峰通过层,层交界面后很快到达桩尖反射回来,反射回粉砂层界面时,拉力波会因粉砂层界面接近固定端而大部分反射成向下拉力波并叠加,造成地层软硬交界处桩身拉应力很大,软层硬层差别越

10、大,拉应力越大.用通俗的话来讲就是,桩尖处于软弱层时尖端不着力,在桩锤的冲量作用下,桩身整体往下移动,位于硬层的桩段被"抱牢",由于惯性,软弱交界面以下桩段继续往下冲,由此桩身内产生一个较大的拉应力,当这个拉应力超过桩的预压应力及桩材抗拉能力后就会造成桩身拉裂或拉断,通常拉裂部位是桩的薄弱处桩头附近,桩身拉裂后继续锤击,在拉压应力反复作用下,拉裂处就会严重破损.据此,我们首先从减弱粉砂层的嵌固作用人手,减弱拉应力波的叠加,在桩尖端板上焊一圈比桩直径大的钢板环挤土板,作为挤开砂土减少嵌固用.桩PHC-AB600(1lO).10,12,13,15b桩头端板增加钢板左右时桩顶下4

11、0.Om处桩身混凝土严重破损,锤击数2226击,施工正常,沉桩过程中锤击力一般为6500kN6800kN,锤击能量中桩身中最大拉应力为10MPa左右,桩身破损前桩身中拉应力一般为5MPa6MPa左右;加钢板环未起明显作用,在砂土中加挤土板的效果不如在粘土中效果明显.分析:施工中要求改进或注意的地方均已严格要求,试打的桩材质量也无明显缺陷,然而依然出现了试打的桩都出现桩身严重破损的问题.根据检测结果,试打过程中桩身最大拉应力为IOMPa左右,超过该桩型的混凝土有效预压应力设计值5.5MPa与C80混凝土抗拉强度2.22MPa之和,由此可以的拉应力已经超过AB型桩桩身抗拉强度设计值,也超过c型桩有

12、效预压应力值,因此,靠提高管桩等级,加挤土板已不能完全解决问题,必须采取引孔,控制锤击能量等措施降低拉2粉砂层后,所以预引孔深度定为20m,引穿致密的2粉砂层为准.5桩PHC.AB600(110).15,15,13,10b开始进行预引孔,引孔直径400mm,为降低锤击能量采用D62锤,施工第三节桩时,高应变跟踪检测发现桩顶以下约30m处桩身破碎;继续5500kN5900kN,锤击能量一般为50k.160kJ,打桩沉桩至20m时桩身中最大拉应力为6MPa7MPa之间,桩身破损前桩身中拉应力一般为8MPa10MPa之间.预引孔400mm仍发生桩身严重破损,加大引孔直径至520mm,并提高桩的等级,

13、改用130mm壁厚的桩型.6桩改为PHC.AB600(130)15,15,13,10b,引孔直径再次严重破损.锤击数为1669击,打桩沉桩过程中锤击力一般为5800kN6200kN,锤击能量般为75kJ85kJ.用130mm壁厚的桩并引孔520mm仍然发生桩身破损,再次提高桩标准至B型桩,观察到破损大多发生在桩端接头附近,对桩的薄弱处桩头进行加固.7桩为PHC.B600(110).13,10,15,15b桩,引孔直径520mm,桩头进行了加强,端板处增加6根30cm长锚筋,桩端lm混凝土加钢纤维.采用D62锤进行沉桩,锤击数为1069击,锤击力为6000kN6400kN,锤击能量为50kJ60

14、kJ,沉桩过程中的拉应力一般为5MPa6MPa,最大为IOMPa左右,沉桩至设计标高,桩顶下38.Om处桩身混凝土严重破损.注意到前面试打桩都是开口桩尖,并且桩芯土栓高度都较高,沉桩53m桩内土芯长40m,我们分析是土栓造成软硬交界面以下桩身重量增大,惯性增大使得拉应力变大而破坏桩身.下一步我们试着将开口桩尖改为锥形闭口桩尖,使之无法形成桩内土-心4-4-.8桩为PHC.B600(110).13,10,15,15桩,锥形闭口桩尖,引孔直径520mm,桩端加强.采用D62锤进行沉桩,锤击数为2667击,锤击力为4800kN5200kN,锤击能量为401050kJ,沉桩过程中的拉应力一般为2MPa

15、4MPa,最大为5MPa左右,顺利沉桩至设计标高,试打成功.试打成功后,再次试打了2根PHC.B600(110)13,1O,15,15锥形闭口桩尖桩,均试打成功.PHC.B600(1lO)型闭口桩试打成功后,我们又对PHC-AB600(110)型闭口桩进行了引孔试打,3根中2根试打成功,1根发生桩身混凝土轻微破损.根据上面试打桩数据,同样开口桩尖条件下,自重较重的PHC.AB600(130)型桩发生2处桩身严重破损,比PHC-AB600(110)型桩的破损更加严重;自重一j羊的条件下,桩内有较高土121l工程建设与设计ICom+ion&DtsignForProject芯的PHC

16、.AB600(110)开口桩尖型桩破损比没土芯的PHCAB600(1lO)闭口桩尖型桩破损严重;同样闭口桩尖条件下,桩有效预压应力较小的PHC.AB600(110)型桩破损比PHCB600(110)型桩严重.由此可知,减少桩自重,降低桩内土过软弱夹层时,桩身重量(含土栓)越大,锤击沉桩时桩身拉应力越大,桩身越容易发生破损;桩的有效预压应力越大,抵抗拉应力的能力越强,桩身越不容易发生破损.我们分析,开口桩尖改闭口桩尖,一个效果是降低桩身重量,使得惯性变小而降低拉应力,另一个效果是增大桩端阻力,在引孔的条件下,缩小软弱层与硬层的差别,从而抵消部分拉应力.3试打桩所获的结论根据前面试打桩过程,我们可

17、以得出以下结论:1)复杂地质条件下,必须高度重视试打桩的作用;通过试打可以验证施工工艺和施工措施的适用性,防止出现一开始就盲目进行大规模打桩造成大批坏桩.经过试打,为正式打桩奠定基础.2)高应变跟踪检测十分重要.在本工程试打过程中,沉桩中,靠肉眼观察已经难以全面把握施工质量,必须依靠高科技手段进行监测和检测,因此,落实信息化施工也是很重要的.3)穿过软弱夹层时,桩身重量(含土栓)越大桩身拉应力越大;采用开口桩尖改闭口桩尖,预引孔等措施能有效降低拉应力.由于开口桩尖改闭口桩尖会导致锤击数增加,为避免总锤击数过高桩身疲劳破坏,最好配合预引孔等措施.虽然最后本工程因为进度和造价等原因,现场桩基施工改

18、为在深井降水基础上预引孔400ram的静压沉桩,但锤击沉桩的整个过程就是一个从各方面不断分析及论证和汲取教训,逐步完善的过程,其结果值得类似工程借鉴.4结语1)桩身穿透硬层进入较厚软弱夹层,锤击沉桩时桩身中将产生很大的拉应力,且硬层和软弱层的密实度相差越大,拉应力越大,沉桩时极易将桩身拉裂,在送桩的压应力与拉应力的反复作用下,桩身拉裂处将发生严重破坏.2)在沿海地区PHC管桩施工中,经常遇到地下土层沉积存在较厚软弱夹层这种地层条件下,必须采取合理措施,否则极易发生质量事故.根据我们的摸索,PHC管桩锤击沉桩时采用预引孔,改开口桩尖为闭口桩尖等措施,可有效降低桩身中是很深,具备静压施工条件的情况下,可考虑在预引孔基础上进行静压沉桩.【参考文献】J】.中国港湾建设,2002(5):25.【2】王国辉,周文龙.PHC管桩穿越软弱夹层桩身破损及施工对策J_施工技术,2009(9):9597.【3】JGJ94-2008建筑桩基技术规范【s.【4JGJ79-2002建筑地基处理技术规范【s】.【收稿日期12011-11-28(上接第118页)5