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预应力管桩使用必须注意的一些问题

主的端承摩擦桩。

广东其他许多地区基岩埋藏较浅,约10~30m,且基岩风化严重,强风化岩层厚达几米、十几米,这样的工程地质条件,最适合预应力管桩的应用。

预应力管桩一般可以打入强风化岩层1-3m,即可打入N=50~60的地层;管桩不可能打入中风化岩和微风化岩层。

这是一个基本概念,弄不清这个概念就无法正确应用预应力管桩。

预应力管桩的应用,同基他任何桩型一样都有基局限性。

有些工程地质条件就不宜用预应力管桩。

主要有下列四种:(1)孤石和障碍物多的地层不宜应用;(2)有坚硬夹层时不宜应用或慎用;(3)石灰岩地区不宜应用;(4)从松软突变到特别坚硬的地层不宜应用。

详见下节2.4条.二、管桩基础设计应注意的问题2.1工程勘察问题勘察是设计的前提。

错误的勘察必然会导致错误的设计。

目前工程勘察存在以下问题:①勘察是设计的前提。

错误的勘察点要适当加密。

就是一些小型工程,勘察点也不宜少于五个。

有些建设单位为省勘察费用而减少必要的勘察点,结果导致打桩施工时的更大浪费甚至失败。

②标贯试验次数少管桩工程要求地质勘察报告中多提供有用的N值,所谓有用的N值,主要是遇到砂夹层、下卧软弱层、残积层及强风化岩层时多做一些标贯试验,残积层最好每2m、强风化岩层最好每1m测一次N值,有利于配桩和打桩收锤。

有些勘察单位往往在持力层上面的软土层中做了许多标贯试验,而在硬夹层和强风化岩层中一个也不做,这样会给设计和施工带来许多困难,甚至会引起工程质量中故。

③勘察中的弄虚作假个别勘察单位作风不正。

有些孔根本没有钻探,凭空写出来。

有些土层随意升级,如将残积土定为强风化岩,将强风化岩定为中风化岩。

设计人员根据这些报告确定管桩的持力层,必然出差错。

④标贯值不准一个原因就是试验设备不标准,如锤不是63.5kg,落距不是76cm;另一原因就是触探杆长度校正系数取值问题,现行国家规范列出的触探杆长度最长21m,校正系数为0.7,而广东30~40的管桩是常见的,根据广东经验,30m时校正系数为0.61,39m为0.52,有些勘察单位将大于21m的触探杆长度校正系数为0.7m,这就会引起对持力层的误判。

三是当标贯深度达不到30cm时又如何表达N值,常用的换算方法不能反应实际情况。

⑤提供的岩土力学指标不符合实际目前有些勘察人员对建工方面的岩土标准不熟,对基础工程更是隔行隔山,加之现行规范对管桩基础没有专门的规定,给出的设计参数比实际偏小许多,不利于管桩的推广应用。

⑥标贯本身试验的缺陷目前我国的现场标贯试验几乎全是在水冲成孔中进行的,有的特种土层,遇水后立即软化,现场测得的贯入击数比实际偏低很多,根据这样的标贯击数来判断管桩的可打性,有时也会出差错。

2.2单桩承载力问题①管桩的竖向承载力按现行规范公式计算普遍偏低对于入土深度40m以上的超长管桩,采用现行规范提供的设计参数,是可以求得较高的承载力,但对于一些10~20的中短桩,尤其象广州开发区那样的地质,强风化岩层顶面埋深约20m,地面以下16-17m 都是淤泥软土,只有下部2-3m才是硬塑土层,这种桩尖进入强风化岩层1-3m的管桩,按现行规范提供的设计参数计算,承载力远远偏小,有时计算值要比现在实际应用值小一半左右。

单桩承载力设计值定得很低,会造成很大浪费。

事实上,管桩有其独特之处,管桩穿越土层的能力比预预制方桩强得多,管桩桩尖进入风化岩层后,经过剧烈的挤压,桩尖附近的强风化岩层已不是原来的状态,岩体承载力几乎达到中风化岩体的原状水平,据对多知试压桩试验结果进行反算以及广州开发区建总对管桩应力实测数据表明,管桩桩尖进入强风化岩层后qp=5000~6000 kPa,qs=130~180kPa,而现行的规范没有列出强风化岩体的设计参数,一般的设计人员参照坚硬的土层,取qp=2500~3000 kPa,qs=40~50 kPa,这样的设计结果必然偏小。

1991年笔者在《预应力管桩的设计、施工和工程质量控制》一文中提出了一个估算桩尖进入强风化岩层的管桩单桩竖向承载力标准值的经验公式。

Rk=100NAp+UpΣqsiLi式中Rk——管桩竖向承载力标准值;N——桩端处强风化岩的标贯值;Ap——桩尖(封口)投影面积;Up——管桩桩身外周长;Li——各土层划分的各段桩长;qsi——桩周土的摩擦力标准值,按GBJ7-89规范附录十五所列数值的上限(高值)取用,强风化岩的qs值取150 kPa。

公式适用范围:a、管桩桩尖必须进入N≥50的强风化岩层,当N﹥60时,取N=60;b、当计算出来的Rk大于桩身额定承载力Rb时,取Rk为额定承载力Rb。

所谓桩身额定承载力就是桩身最大允许轴向承压力,目前我国管桩生产厂家流行的算式是套用日本和英国的公式,即Rb=1/4*(fce-σpc)·A式中Rb——管桩桩身额定承载力;fce——管桩桩身混凝土设计强度,如C80时,取fce=80 kPa;σpc——桩身有效预应力;A——桩身有效横截面积。

]②桩间距大小影响管桩的承载力规定桩的最小中心距是为了减少桩周应力重迭,也是为了减少打桩对邻桩的影响.<建筑桩基技术规范>(JGJ94-94)规定挤土预桩排数超过三排(含三排)且桩数超过9根(含9根)的摩擦型桩基,桩的最小中心距为3.0d。

目前,大面积的管桩群,在高层建筑的塔楼基础中被广泛应用,有的一个大承台含有管桩200余根。

如果此时桩间距仍为3.5甚至3.0,打桩引起的土体上涌现象很明显,有时甚至可以将施工场地地面抬高1米左右,这样不仅影响桩的承载力,还可以将薄弱的管桩接头拉脱。

因此高层建筑主楼的管桩基础,最小桩间距为4.0,有条件时采用4.5,这样挤土影响可大大减少,对保证管桩的设计承载力很有帮助。

当然,太大的桩间距又会增加桩承台的造价。

③对静载试桩荷载最大值的不同理解将会引起对管桩承载力的不同评价现行基础规范采用RK和R两种不同承载力表达方式,Rk是单桩的竖向承向承载力标准值,R是单桩竖向承载力设计值,对桩数为3根或3根以下的桩承台,取R=1.1 Rk,四根或四根以上的桩承台取R=1.2 Rk。

检验单桩竖向承载力时是用2 Rk还是用2R来进行静载荷试验?不少设计人员往往要求将二倍的单桩承载力设计值作为静载试验荷载值来评价桩的好坏。

这是一种误解。

按规范要求,应以2 Rk作为最大荷载值来检验桩的承载力,因为2 Rk等于单桩竖向极限承载力。

如果用2倍单桩承载力设计值,也即用2.4 Rk 或2.2 Rk(大于极限承载力)为最大荷载来试压,对一些承载力富余量较多的管桩,是可以过关的;对一些承载力没什么富余的管桩,按2 Rk来试压,是可以合格的,按2.4 Rk来试压是不合格的,结论完全不一样。

2.3收锤标准问题收锤标准即停止施打的控制条件与管桩的承载力之间的关系相当密切,尤其是最后贯入度,常常被作为收锤时的重要条件,但将最后贯入度作为收锤标准的唯一指标的观点值得商榷,因为贯入度本身就是一个变化的不确定的量:①不同柴油锤贯入度就不同重锤与轻锤打同一根桩,贯入度要求不一样。

②不同桩长贯入度要求不同同一个锤打长桩和打短桩,贯入度要求不一样。

根据动量原理,冲击能相同,质量大(长桩)的位移小即贯入度小,反之贯入度大。

所以,承载力相同的管桩,短桩的贯入度要求可大一些,长桩的贯入度应该小一些。

③收锤时间不同贯入不一样在粘土层中打管桩,刚打好就立即测贯入度,贯入度可能比较大,由于粘土的重塑固结作用,过几小时或几天再测试,贯入度就小得多了,在一些风化残积土很厚的地区打桩,初时测出的贯入度比较大,只要停一二个小时再复打,贯入度就锐减,有的甚至变为零。

而在砂层中打桩,刚收锤时贯入度很小,由于砂粒的松驰时效影响,过一段时间再复打,贯入度可能会变大。

④有无送桩器测出的贯入度不一样因为送桩器与桩头的连接不是刚性的,锤击能量在这里的传递不顺畅,所以,同一大小的冲击能量,直接作用在桩头上,测出的贯入度大一些,装上送桩器施打,测出的贯入度小一些。

为要达到设计承载力,使用送桩器时的收锤贯入度应比不用送桩器的收锤贯入度要严些。

⑤不同设计在承载力贯入度要求也不同一般来说,同一场区同一规格承载力设计值较低的桩,收锤贯入度要求大一些,反之,贯入度可小一些。

⑥不同设计承载力贯入度的“灵敏度”不同以桩侧摩阻力为主的端承摩擦桩,对贯入度的“灵敏度”较低,摩阻力占的比例越大,“灵敏度”越低;而以桩端阻力为主的摩擦端承桩,由于要有足够的端承力作保证,收锤时的贯入度要求比较严格,也可说这类桩对贯入度的“灵敏度”高。

广东近十年来应用管桩已有1000多万米,大多数(80%)管桩的桩尖座落在强风化基岩上,一般来说,桩尖进入N=50~60的强风化岩层中,单桩承载力标准值可达到或接近管桩桩身的额定承载力,贯入度大多数为15~50㎜/10击,说明桩锤选小了,换大一级柴油锤即可解决问题。

用重锤低击的施打方法,可使打桩的破损减少到最低程度,承载力也可达到设计要求。

收锤标准应与场地的工程地质条件、单桩承载力设计值、桩的种类规格长短、柴油锤的冲击能量等多种因素有关,收锤标准应包括最后贯入度、桩入土深度、总锤击数、每米锤击数及最后1m锤击数、桩端持力层及桩尖进入持力层深度等综合指标。

这些综合指标不是无侧重的,据笔者经验,桩端持力层、最后贯入度或最后1m锤击数这几个指标是收锤标准中的主要指标。

桩端持力层是定性控制,最后贯入度或最后1m 锤击数是定量控制。

当然,主要指标也会随着工程条件不同而不所不同,如摩擦桩,上述三个指标都不是主要指标,桩长才是主要控控制指标。

就是摩擦端承桩,上述三个主工指标也会随着地质条件的变化而变化,如强风化岩上面有10多米甚至更厚的坚硬风化残积土层,管桩桩端持力层并非一定要打到强风化岩层,大致进入坚硬风化残积土层,管桩桩端持力层并非一定要打到强风化岩层,大致进入坚硬的风化残积土层8m左右即要满足设计承载力和沉降要求,若死死抱住非打到强风化残积土层不可的观点,有时桩的总锤击数可高达3000~4000击,这对工程质量并无益处,每米进尺锤击数也是一个不可忽视的参考指标,通过观察桩的每米进尺锤击数,可以清楚地看出桩长范围内土层的软硬及厚度,甚至可以判断桩尖进入强风化岩层的深度,为打桩收锤提供直观的信息。

所以,一定要具体情况具体分析,不能认为列出这么多收锤指标,收锤验收时一定要全部达以这些指标不可,应该有所侧重,突出重点,抓住主要矛盾,参考其他指标,作综合评定。

否则,又会走向事物的另一端,引起新的工程质量问题。

如何确定收锤标准?一般的规范都提出“宜通过试打桩确定”。

通过试打桩可以了解管桩的可打性,验证选锤的合理程度,提出较适合实际的收锤标准。

问题是大多数工程,试打桩以后没有立即进行静载荷试验,一般要等工程桩全部打完以后再做静载荷抽检,万一当初试打桩时收锤标准定得不当,等最后的静载荷试压结果出来,发现桩的承载力达不到设计要求,为时已晚,挽救非常困难,因而不少设计人员在试打桩时往往将收锤标准定得非常苛刻,从而与施工发生矛盾,为解决这一矛盾,笔者推荐有PDA打桩分析仪配合柴油打桩机进行现场试打桩,可以尽快地得出比较合理的收锤标准,方法是:①试打桩应选在地质钻探技术孔附近,按不少于1%工程桩数量且不少于3根进行;②按地质资料提供的桩入土深度再加长3~4m 作为配桩长度,用柴油锤按常规方法施打;③桩尖接近持力层时桩头外装上传感器,启动PDA,继续锤击;④根据土的性质估计土的恢复系数,如在粘性土层,取恢复系数α=1.2~1.25;砂土层取α=0.9~1.0;⑤当PDA显示瞬时阻力为2 Rk/α时停止锤击,记下每米锤击数、入土深度,测出最后贯入度,分析桩尖进入持力层深度;⑥经过24h再复打一次,若PDA测出的瞬时阻力达到2 Rk时,说明恢复系数估计正确,前一天测得的收锤指标可以作为今后施打试桩附近的管桩的收锤验收标准。

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