从静载试验谈静压PHC管桩施工质量控制-

1、文章编号:1672-4348(200402-0211-04从静载试验谈静压PHC 管桩施工质量控制孙雪峰(厦门市建筑科学研究院,福建厦门361004摘要:通过对静压PHC 管桩的静载Q -s 曲线呈台阶状之原因分析,提出了相应的施工变量控制措施,以避免桩体上浮、桩节焊缝开裂处脱节,桩体和桩端密实持力层脱密。关键词:PHC 管桩;挤土效应;超静孔隙水压力;桩体上浮中图分类号:T U473.13文献标识码:AAnalysing the problems involved in the control of PHCconstruction quality based on static load t

2、estS UN Xue -feng(X iamen Institute of Architectural and Scientific Research ,X iamen 361004,China Abstract :PHC is a new pile type developed in the past tw o years.The load -settlement curve is m ore often step -shaped than other pile types.Based on the analysing of three typical cases ,constructio

3、n con 2trol methods are offered to decrease the problems during static piling.K eyw ords :prestressed high -strength concrete pipe pile ;extruding effect ;excess pore water pressure ;pile shaft floating up.近二三年,静压PHC 管桩以其优良的经济性能指标和可靠的桩身质量逐渐占有了厦门地区大部分的桩基市场,但PHC 管桩属于挤土桩,沉桩过程中的挤土效应也引起一系列的工程问题,如桩距过密可能引起

4、场地周边的道路、管线、房屋等开裂,地基土上浮引起桩体上浮等问题13。从静载试桩情况看,目前厦门地区的静压PHC 管桩的Q -s 曲线呈台阶状的所占比例较大,这在其它桩型较少发现。本文希望通过对这种Q -s 曲线的形成原因分析,提出相应的施工质量控制方法,以确保静压PHC 管桩的施工质量。1试桩实例1.1试桩实例1某工程PHC 管桩,桩径为400mm ,桩长9.0m ,单节桩,其静载试验Q -s 曲线及相应的地质剖面如图1、图2 。图1试桩实例1Q -s 曲线Fig.1Q -s curve of the testing pile in C ase 1该试桩荷载达到430kN 时曲线出现明显拐点,

5、430645kN 之间曲线陡降,沉降量骤增,645kN收稿日期:2004-01-04作者简介:孙雪峰(1971-,男(汉,天津蓟县人,工程师,工程硕士,主要从事岩土工程检测工作.第2卷第2期福建工程学院学报V ol.2N o.22004年6月Journal of Fujian University of T echnologyJun.2004 图2试桩实例1地质剖面图F ig.2T h e geo logical cross 2sectio n o f th e testing pile in C ase 1之后沉降增量减小,曲线趋于平缓,该平缓段和正常基桩Q -s 曲线不同,稍稍上翘。1.2

6、试桩实例2某工程PH C 管桩,桩径为500m m ,桩长28.0m ,其静载试验Q -s 曲线及相应的地质剖面如图3、图4 。图3试桩实例2Q -s 曲线Fig.3Q -s curve of the testing pile in C ase 2图4试桩实例2地质剖面图F ig.4T h e geo logical cross 2sectio n o f th e testing pile in C ase 2该试桩荷载达到1980kN 时曲线出现明显拐点,19802310kN 之间曲线陡降,沉降量骤增,2310kN 之后沉降增量减小,曲线趋于平缓。1.3试桩实例3某工程PHC 管桩,桩径为

7、400mm ,配桩长度28.0m (8.0m +8.0m +12.0m ,其静载试验Q -s 曲线及相应的地质剖面如图5、图6 。图5试桩实例3Q -s 曲线Fig.5Q -s curve of the testing pile in C ase 3图6试桩实例3地质剖面图F ig.6T h e geo logical cross 2sectio n o f th e testing pile in C ase 3该试桩荷载达到340kN 时曲线出现明显拐点,340510kN 之间曲线陡降,沉降量骤增,510kN 之后沉降增量减小,曲线趋于平缓。2试桩实例分析以上3个试桩实例的共同特点是Q -

8、s 曲线呈台阶状。从曲线上看,应该为桩身或桩端某个位置存在一定间隙,荷载克服了某一段桩身的侧阻力后,桩身发生大的沉降变化,间隙被压密,桩212福建工程学院学报第2卷端承载力才发挥作用。试桩实例1是一特例,为单节桩,不存在接头问题。参考地勘报告计算其极限侧阻力约为470kN,与Q-s曲线第一拐点430kN较为接近。因此可以认为在430kN时桩身侧阻力得到了充分的发挥,该桩主要是桩端持力层问题,即桩端与密实持力层之间有一定厚度的软弱层或虚土,当桩侧阻发挥至极限时,桩端虚土经过大沉降量被压实,桩端承载力才发挥出来。试桩实例2为多节桩,参考地勘报告计算其极限侧阻力约为1960kN,与Q-s曲线第一拐点

9、1980kN较为接近。因此可以认为在1980kN时桩身侧阻力得到了充分的发挥,该桩和试桩实例1一样也为桩端持力层问题。试桩实例3为多节桩,参考地勘报告计算极限侧阻力约为1400kN,从地面起第一节桩的极限侧阻力约为300kN,和Q-s曲线第一拐点340kN 较为接近,因此可以认为在340kN时只有第一节桩的侧阻力得到了充分的发挥,该桩主要是第一节桩接头问题,即桩节在接头处脱开,在第一节桩极限侧阻力充分发挥后,接头处两桩节间隙在压力下闭合,之后桩全长度发挥侧阻力和端阻力。从静载试验后的低应变动力检测对上述分析也提供了佐证:试桩实例1桩底反映明显,桩身无明显缺陷;试桩实例2桩身无明显缺陷;试桩实例

10、3显示,在第一节桩接桩部位即12m处有明显缺陷反应。许多人见到Q-s曲线呈台阶状就认为是桩身接头问题,静载试验后低应变动测反应不出接头问题,是因为在静载试验过程中接头被压密对接起来。事实上接头处间隙会由软弱土填充,即使再压密实对低应变动测来说也都是界面的反应。因此静载试验后进行低应变动测不会影响动测结果。PHC管桩基础引起桩端与密实持力层之间或桩节接头处存在一定的间隙,不管是持力层问题还是接头问题,终究可以归结为桩身上浮问题。3Q-s曲线异常原因分析厦门地区对沉桩效应起决定作用的土层主要为饱和粘土层,因此主要分析饱和粘土对静压沉桩的影响。PHC管桩属于挤土桩,在静压沉桩过程中,桩尖刺入土体使土

11、产生冲剪破坏,桩身周围土体发生直接剪切破坏。孔隙水在冲剪挤压作用下,形成了不均匀水头。由于饱和粘土渗透性差,其瞬时排水固结效应不明显,因此土体内形成了巨大的超静孔隙水压力。饱和粘土具有较强的结构性,在很大的超静孔隙水压力作用下土体结构受到破坏,有效应力降低,桩周及桩端一定范围内土体的抗剪强度大幅度降低。抗剪强度的降低减小了沉桩阻力,因而能将桩沉入较深的地基土层中。这是超静孔压在沉桩过程中对沉桩的贡献。同时由于饱和粘土中的超静孔隙水压力消散缓慢,有效应力降低,土体发生隆起和侧向位移,连带桩体产生上浮和水平位移,也即“抬桩”现象。另一个桩体上浮的原因是达到终压力时稳压时间较短,桩周及桩端的土体结构

12、未被充分破坏,土体未发生充分重塑,因而卸载后回弹量较大,桩体上浮。桩体上浮使得桩体与密实持力层之间形成间隙,间隙被软土或虚土所填充。上部土体上浮位移大于下部土体上浮位移,因而当管桩接头焊缝开裂时上段桩体上浮位移大于下段桩体上浮位移,接头处也会脱开一定的间隙。静载试验时,间隙以上的桩侧阻力先发挥,待侧阻力充分发挥后必然引起沉降量骤增。当间隙处的软土或虚土被压密实后其端阻力才得到发挥,桩的支承条件才发生改变。因而静载试验的Q-s曲线呈台阶状。试桩实例1工程的其它基桩配桩长度基本都在20m以上,该桩恰巧落在孤石上,其它基桩的施工引起地基土体上抬,连带该桩上浮,造成桩端与孤石的脱节。由于间隙较小,桩端

13、与孤石间的软土或虚土被很快压密及侧向挤出,因而端承力很快发挥,陡降之后的Q-s曲线呈上翘的趋势。试桩实例2主要为后施工的基桩引起地基土体上抬,连带该桩上浮,造成桩端与密实持力层之间产生一定间隙。试桩实例3质量问题为桩接头处焊缝开裂,主要有两个原因:下节桩垂直度不符合要求,上节桩在接桩时作了相应的调整,使得焊缝不均,在沉桩过程中因应力集中造成焊缝开裂;电焊焊缝饱满,但由于赶时间,未经自然冷却就立即施压,造成接头处遇地下水开裂。4相应施工质量控制措施综合以上分析,静载试验Q-s曲线呈台阶状的主要问题是桩接头处或桩端与密实持力层之间存在间隙,其根本原因是饱和粘土中超静孔压不312第2期孙雪峰从静载试

14、验谈静压PHC管桩施工质量控制易消散导致地基土体上浮连带桩体上浮,因此施工过程中应从减少间隙及超静孔压角度来解决问题4。4.1桩接头处施工质量控制措施1应严格控制第一节桩入土时的垂直度,垂直度偏差应小于0.5%。2电焊焊缝饱满,焊接完毕后应自然冷却一定时间,一般二氧化碳保护焊不少于5min,普通电弧焊不少于8min。4.2减少桩端与密实持力层间隙的施工措施1在达到终压力时,应进行适当的持荷及复压。持荷时产生的超静孔隙水压力会进一步使得土体的结构性破坏及损伤,使土体强度降低并发生重塑,这样可以减小在卸荷时桩身的回弹量。再次复压会巩固持荷时取得的效果。从这一意义上讲,持荷比超压沉桩更合理。2加大桩

15、间距,或加大桩径以减少基桩总数,降低超静孔隙水压力,从而减少土体上浮。3制定合理的沉桩顺序,应遵循由内及外、由近及远、先长后短、先大后小等沉桩原则。4控制施工进度,后续沉桩应保证前期沉桩有一定的超静孔压消散时间,必要时可进行孔压监测。5土体上浮作用及侧向挤压作用明显时,可布置防挤沟和应力释放孔,以减少土体上浮和侧向挤压。6采用预钻孔方式辅助沉桩,降低挤土效应。7对工程桩上浮进行监测,尤其对于先施工的桩及短桩,上浮严重的应进行复压。5结语厦门地区静压PHC管桩部分静载试验Q-s 曲线呈台阶状这一特殊现象在以往的沉管灌注桩、人工挖孔桩、大直径沉管灌注桩、深层搅拌桩、冲钻孔灌注桩中还是较少遇到,其根本原因是:静压桩属于挤土桩,沉桩过程在饱和粘土中产生了巨大的超静孔压,引起有效应力降低,地基土体上浮,从而连带桩体上浮,引起桩节焊缝开裂处脱节、桩体和桩端密实持力层脱离。静载Q-s曲线呈台阶状是脱离处间隙被荷载压密后桩端承载力才得以发挥的结果。桩体上浮会引起过大的沉降量和不均匀沉降。因此,应在施工过程中对每个施工环节