不同地質(zhì)環(huán)境下PHC管樁施工質(zhì)量控制

關(guān)鍵詞：PHC管樁；不同地質(zhì)環(huán)境；施工質(zhì)量控制 

　　PHC管樁，即預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁，是20世紀(jì)60年代后期我國逐漸應(yīng)用在鐵路橋梁工程基礎(chǔ)建設(shè)的一種新型可靠的建筑材料。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的加快和建筑技術(shù)的發(fā)展，PHC管樁在如今我國社會中已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在了不僅鐵路橋梁工程，甚至包括工業(yè)與民用建筑、公路、冶金等領(lǐng)域中。因此，在PHC管樁施工中難免會遇到不同的地質(zhì)環(huán)境，為了在這種情況下，保障PHC管樁的施工質(zhì)量，就要針對不同的地質(zhì)環(huán)境采取相對應(yīng)的施工技術(shù)。本文就不同地質(zhì)環(huán)境下PHC管樁施工質(zhì)量控制進(jìn)行了探討，以期能為PHC管樁在不同地質(zhì)環(huán)境下的施工提供參考。 

　　1 PHC管樁概述 

　　PHC管樁具有較好的抗裂、抗彎性能以及一定的穿透能力，可以任意接長樁的長度，國內(nèi)已有80m長的PHC管樁項(xiàng)目施工完成，并取得了良好的效果。另外PHC管樁還具有成樁質(zhì)量高，施工速度快，施工工期短、對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。但PHC管樁也有其適用的土層，在不同的地質(zhì)條件下，PHC管樁施工產(chǎn)生的擠土效應(yīng)會引起土體的隆起，樁體上浮等問題，另外，在某些地層中會出現(xiàn)承載力不足，沉樁困難、樁體斷裂等情況。 

　　2 砂性土質(zhì)條件下PHC管樁的施工 

　　密實(shí)砂土層中的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果表明，將PHC管樁靜力壓入砂層地基中極困難。通常情況下，常用樁位處預(yù)引孔技術(shù)來解決靜壓沉樁困難情況，但由于砂性土結(jié)構(gòu)松散，粘聚力小，土體受擾動易發(fā)生液化、流砂等特點(diǎn)，在砂性土地基中預(yù)引孔及壓樁過程中極易出現(xiàn)塌孔從而導(dǎo)致沉樁困難或失敗。 

　　為了解決砂性土地基中引孔易塌孔問題，可采用大密度泥漿護(hù)壁來解決。某住宅小區(qū)靜壓PHC管樁施工時，為了穿越砂層，采用螺旋鉆機(jī)引孔作業(yè)的同時配制密度不小于1.15g/cm3的膨潤土泥漿，以0.6MPa壓強(qiáng)將泥漿通過中空螺旋鉆桿注入預(yù)引孔內(nèi)，在砂土孔內(nèi)壁形成泥皮以利于砂土孔壁穩(wěn)定。同時螺旋鉆機(jī)和靜壓樁機(jī)協(xié)調(diào)配合，使引孔作業(yè)和壓樁作業(yè)連續(xù)進(jìn)行，避免成孔留置時間過長而增加砂土塌孔的可能性。該工程樁基竣工時，低應(yīng)變反射法檢測結(jié)果顯示I類樁占到80%左右，無III、IV類樁。 

　　當(dāng)PHC管樁需要穿越的砂層較厚時，靜壓樁施工極為困難，應(yīng)優(yōu)先采用錘擊法進(jìn)行施工。確定施工機(jī)械時，應(yīng)選用筒式錘，采用“重錘低擊”方式進(jìn)行施工。同時，應(yīng)選用能穿越硬土的開口樁尖或者穿透力強(qiáng)的錐形樁尖；為了減少管樁的擠土效應(yīng)和土塞效應(yīng)，可輔助引孔措施。 

　　當(dāng)PHC管樁的持力層為砂層時，引孔將擾動土體，損失大部分土體的有效承載力，為了保證單樁承載力，將不宜使用引孔措施，此時錘擊的大部分能量作用在樁身上，樁頭部分受到的應(yīng)力最大，為了避免樁頭應(yīng)力過大而導(dǎo)致破壞，可以通過調(diào)節(jié)樁機(jī)燃油泵的排油量來減少錘擊能。具體的做法為調(diào)整頂桿與頂銷之間的調(diào)整墊片的厚度，從而調(diào)整壓油杠桿與泵體安裝平面之間的距離，墊片越厚，相同擋位上的供油量越少。沉樁過程中因超孔隙水壓力上升引起的“抱頭效應(yīng)”可通過施工休止來消除，并通過休止復(fù)打來控制樁體的上浮。 

　　3 深厚軟粘土條件下PHC管樁的施工 

　　軟土具有含水量高、飽和度高、垂直滲透性低以及抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高以及承載能力低、結(jié)構(gòu)性強(qiáng)、靈敏度高等特點(diǎn)。PHC管樁沉樁過程中，隨著應(yīng)力的增大和土骨架間聯(lián)結(jié)的破壞，土骨架間的有效應(yīng)力轉(zhuǎn)移到孔隙中的水體中，從而引起樁周土體孔隙水壓力升高，有效應(yīng)力減小。若土體中的超孔隙水壓力未得到及時、有效的消散，將造成樁基的承載力下降。在超孔隙水壓力以及地下水對管樁產(chǎn)生的浮力以及由于管樁施工產(chǎn)生的擠土效應(yīng)的共同作用下，管樁會產(chǎn)生上浮現(xiàn)象。只有等到超孔隙水壓力消散到小于單樁抗浮極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值與管樁自重之和時，管樁才會停止上浮。為了減輕管樁上浮以及土體的擠土效應(yīng)，在管樁施工時應(yīng)降低打樁速度，保證土體有足夠的休止時間，同時使打樁過程中形成的超孔隙水壓力得到及時的消散，樁周土體重新固結(jié)，樁周土體有效應(yīng)力增大，土體強(qiáng)度增強(qiáng)。待超孔隙水壓力消散后，對上浮的管樁應(yīng)進(jìn)行復(fù)打。為了減輕擠土效應(yīng)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體情況采取應(yīng)對措施： 

　�。�1）測量樁頂、樁周及周圍建筑物的位移，掌握地基土體的隆起和管樁的上浮情況并測量打樁引起的超孔隙水壓力的積累和消散過程。 

　　（2）設(shè)置應(yīng)力釋放孔，減少地基土體的變形及其影響范圍，釋放沉樁所產(chǎn)生的有效應(yīng)力并加快超孔隙水壓力的消散。 

　�。�3）在壓樁場地四周及鄰近建筑物的地方開挖防擠溝，減小淺層土體的側(cè)向位移和隆起，并降低沉樁對鄰近建筑物基礎(chǔ)的影響。 

　�。�4）設(shè)置袋裝砂井、塑料排水板或者采用井點(diǎn)降水措施，降低地下水位，改善土體的排水性質(zhì)，加快消散沉樁引起的超孔隙水壓力，提高土體的強(qiáng)度以增大其對土體變形的約束力。 

　�。�5）采取預(yù)引孔措施，提高樁的排土量，可顯著減小沉樁擠土對地基變形及超孔隙水壓力得到影響程度和范圍。 

　�。�6）采取跳打方式進(jìn)行沉樁，并根據(jù)擠土情況適當(dāng)增加跳打的間距。 

　　上述措施結(jié)合實(shí)際工程情況，可以單獨(dú)使用也可結(jié)合使用。 

　　某樁基工程，場地原始地貌為海濱灘涂，場地素填土厚度約7m，淤泥層厚約5m～11m，淤泥層下依次為粉土、粘性土以及強(qiáng)風(fēng)化巖，地下水位較高，設(shè)計選用PHC-95A-400以及PHC-95A-500型管樁，樁位分布較密集。施工過程中，由于工期緊張，10天時間內(nèi)共完成了1069根靜壓管樁施工。由于施工速度太快，且土層的透水性差，施工中產(chǎn)生的超孔隙水壓力難以消散，導(dǎo)致管樁上浮嚴(yán)重，對管樁的沉降觀測結(jié)果顯示，PHC-95A-500型管樁上浮量在20～104mm之間，PHC-95-400型管樁沉降量在20～55mm之間。針對此情況，對上浮樁采取了取消樁尖、降低成樁速度以及加大跳打間距，并對施工完畢的管樁全部復(fù)壓等措施，處理結(jié)果仍不理想，待沉樁后25天對管樁重新復(fù)壓，才控制住管樁上浮。后續(xù)施工的管樁采取了增大終壓力、增加復(fù)壓次數(shù)、增長復(fù)壓時間、加大跳打間距等措施，效果良好，觀測結(jié)果顯示后續(xù)施工的管樁基本無上浮情況。

　　4 巖溶地質(zhì)條件下PHC管樁的施工 

　　巖溶地區(qū)溶洞發(fā)育復(fù)雜多樣，覆蓋土層性質(zhì)不一，巖層出露變化大，巖層面傾角大且常常還有土洞伴生。巖溶及土洞均為不良地質(zhì)，存在巖溶及土洞的場地，原則上應(yīng)該舍棄或繞避，否則可能增加地基處理的工作量。若考慮到其他因素，仍作為建設(shè)場地使用時，應(yīng)查明巖溶的埋藏條件、發(fā)育情況及發(fā)育趨勢以及地下水情況，且優(yōu)先選用灌注樁作為建筑物的基礎(chǔ)。當(dāng)巖溶比較穩(wěn)定時，可選用PHC管樁基礎(chǔ)。在溶巖地區(qū)采用PHC管樁的優(yōu)勢主要為：有效利用覆蓋土層的承載力，且可以直接穿越溶洞、土洞，克服灌注樁等其他樁型成孔難的缺點(diǎn)。但在施工過程中面臨著承載力不足、斷樁等問題。 

　　當(dāng)覆蓋土層較厚，管樁有較好的持力層時，可以考慮把樁端落在溶洞以上一定距離的持力層中，但是要注意前提是溶洞比較穩(wěn)定，若是不穩(wěn)定的溶洞，考慮到溶蝕繼續(xù)作用的不利影響，這種樁基方案絕對是比較冒險的。 

　　當(dāng)覆蓋層較薄時，管樁需穿過溶洞，把樁端落在穩(wěn)定的持力層上，但是溶洞形狀各異，打樁過程樁端在遇到斜度較大的接觸面時，偏心受壓容易產(chǎn)生斷樁。所以在巖溶地區(qū)使用管樁要慎之又慎。若基巖的承載力太低，不能滿足單樁承載力要求，此時需要在PHC管樁的基礎(chǔ)上配合樁底加固等輔助措施，先把管樁打到距巖面一定高度處，然后根據(jù)溶洞的發(fā)育程度、溶洞的大小以及頂層巖面的厚度及傾斜情況，采用樁底注漿或高壓旋噴工藝把樁底至巖面的土層加固到一定的強(qiáng)度，從而提高管樁的承載力。若有必要，還應(yīng)將頂層的溶洞注漿填充加固。 

　　某住宅樓，根據(jù)地勘報告，場地土層中有溶洞及土洞。其中，土洞夾在粉質(zhì)粘土之間，土洞填充物層厚0～6m，土體呈飽和、流塑狀；溶洞夾在中風(fēng)化灰?guī)r之間，溶洞填充物層厚0～2m，土體飽和，流塑～軟塑狀。工程原設(shè)計采用沖孔灌注樁方案，以中風(fēng)化灰?guī)r為樁端持力層，造價約為400萬元，工期約90天�？紤]到灌注樁方案工期較長，經(jīng)多方論證，最終采用PHC管樁復(fù)合地基加筏板基礎(chǔ)的方案，節(jié)約造價近20%，工期減小至30天左右。PHC管樁選用PHC-94A-400型，選擇中風(fēng)化灰?guī)r為持力層。在有溶洞及土洞的區(qū)域，PHC管樁施工完成后，采用直徑600mm的雙重管旋噴注漿處理，加固管樁周圍的薄弱土層。注漿引孔直徑為110mm，復(fù)合漿液的配合比為水泥：重鈣粉：粉煤灰=1：3：3，水灰比1：1，注漿壓力為0.5～1.0MPa。施工完成后，選取6根樁進(jìn)行單樁復(fù)合地基承載力檢測，均滿足設(shè)計要求。 

　　巖溶地區(qū)PHC管樁施工時斷樁的原因較多，除了管樁自身的材料缺陷以及施工機(jī)械的原因外還和地質(zhì)情況和打樁工藝有關(guān)。巖溶地質(zhì)方面的原因主要有：施工時遇到較大的溶洞或土洞，管樁穿透溶洞頂板后，突然快速下滑導(dǎo)致斷裂；由于巖面不平，地層不規(guī)則，在施壓過程中，樁下端碰到傾斜基巖或陷入溶溝、溶槽而斷裂。打樁工藝方面的原因主要有：沉樁入土速度過快，遇到突變巖面或孤石導(dǎo)致管樁應(yīng)力過大而斷裂。施工時應(yīng)采取有效措施防止或減少斷樁的發(fā)生。 

　�。�1）沉樁前，應(yīng)研究樁位附近的地勘鉆孔資料，了解各貫穿土層的分布和物理力學(xué)性質(zhì)，并查明地下溶洞、土洞的位置和規(guī)模，嚴(yán)格按照地勘資料確定管樁的長度。 

　�。�2）當(dāng)管樁的入土深度接近計劃樁長或樁的入土壓力急劇增大時，應(yīng)控制管樁的入土速度，避免樁下端碰到傾斜巖面。 

　�。�3）采用倒錐型樁尖，增大樁尖刺入巖面的嵌入力，減少管樁順巖面產(chǎn)生的滑移。 

　�。�4）嚴(yán)格控制管樁的質(zhì)量，對樁身出現(xiàn)裂紋、麻面等缺陷的管樁嚴(yán)禁使用，并控制好上下兩節(jié)樁之間的焊縫質(zhì)量。 

　�。�5）施工過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)沉樁機(jī)械抖動，壓樁力持續(xù)穩(wěn)定、壓樁力瞬時降低等異常情況時，應(yīng)立即用測繩對樁身進(jìn)行探測，檢驗(yàn)是否斷樁。 

　　5 結(jié)語 

　　綜上所述，PHC管樁具有單樁承載力高、沉樁質(zhì)量可靠、造價便宜等優(yōu)點(diǎn)使其得到廣泛應(yīng)用，特別是在沿海地區(qū)。因?yàn)镻HC管樁應(yīng)用廣泛，所以會面對不同的地質(zhì)環(huán)境，因此，為了保障PHC管樁的施工，就要根據(jù)不同的地質(zhì)條件，制定合理的工藝管理措施，精心組織施工組織設(shè)計，從而提高成樁的質(zhì)量，保障管樁的施工。 

　　參考文獻(xiàn)： 

　　[1]邱偉東.PHC管樁沉樁施工中的問題及對策探討[J].城市建設(shè)理論研究.2011（09）. 

　　[2]孫倉龍、鄒林昆.復(fù)雜地質(zhì)條件下PHC管樁的設(shè)計優(yōu)化及施工實(shí)踐[J].建筑科學(xué).2004（06）.