软土地基中预应力混凝土管桩的选用与施工探讨

专注地信

软弱土是指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土的统称。由软弱土组成的地基称为软土地基。这类土广泛分布于我国东南沿海和内陆江河湖泊湿地的周围。其特性为: 含水量高、抗剪强度低、压缩性高、渗透性小、具有很大流变性。　
　
预应力混凝土管桩具有施工进度快、干作业、静压桩的噪声低、造价省等众多特点,故在地质条件允许及抗震烈度小于7 度的地区,目前大多数工程优先选择采用预应力混凝土管桩。但其抗拉及抗裂强度很差,且断裂桩常发生在打桩过程和挖土过程中。由于在混凝土管桩选择上往往存在失误,施工单位也未针对软土的特性采取相应的措施,导致桩基完成后动测结果显示有较多断裂桩存在以及桩偏位，给工程质量带来隐患。

根据我站最近几年受监的几个工程（如海关大楼、昌正茗都等）来看，所实施的预应力混凝土管经桩动测结果得出:无基坑的桩的断裂主要在桩顶8m以内的焊缝位置,可能因配桩不当引起。而有基坑的桩的断裂主要在桩顶8m
以内的焊缝位置和桩顶3～6m的范围,可能主要因配桩不当和土方开挖引起。薄壁桩的断裂数量明显比厚壁桩多，由于施工不当，造成的后果也很严重。

1 　桩在软土中的受力特点
1.1 　软硬土交界处
　　由于打桩速度快,土体运动加剧,导致对先成桩的挤压力很大,如果下部土层坚硬或有坚硬夹层,可能导致桩体在软硬土交界部位产生横向裂缝。
　　当桩在向下施压下沉的过程中,桩给周边的土施以压应力,土体需要释放应力,就会移动变形,由于上部土层的约束小于下部土层,土体产生水平位移和上升位移,这种位移导致土体对成桩上部的侧向挤压加大,使桩受弯断裂。
　　当然,也不是越近地表这种压力越大,由于离沉桩越远的部位越近地表的土体向上的变形约束越小,土体可向上位移,土体隆起,对侧向的压力也逐渐减小。

1.2 　焊缝位置处
　　焊缝位置是管桩的薄弱位置,其抗裂弯矩较桩管部位小,且该部位易产生应力集中。故在焊接质量不良、挤土严重的地区,管桩的裂缝有相当一部分发生在焊缝位置。故在软土地基中,应重视管桩的焊接质量的检查。做到三人三边三遍围焊。焊缝自然冷却后入土(冷却时间≥8min，但实际往往没达到此时间) ,防止焊缝脆裂。同时配桩时要参照地质报告,避免接头在软硬交界的软土层2m范围内。因为坚硬土层具有嵌固作用,软土的流动挤压使桩在软硬交界的软土层2m范围内的弯矩很大,极易达到桩的抗裂弯矩。
1.3 　桩头3～6m的范围内
　　由于桩工机械、挖土机械的运行以及临近基坑边的土体压力易导致桩头3～6m 的范围内发生断裂,而且这种断裂往往伴随桩头严重位移甚至桩体错位。
　　1) 桩工机械的重量很大,当桩头离地表仅有1m 左右时,桩工机械的压力使表层软土发生水平位移导致桩上部发生断裂。另外由于桩机施压抬机下坠振动,使土体流变后对已成桩的侧压导致断裂。所以要合理选用桩机,不能太大,防止压力变形;不能太小,防止桩机抬机下坠振动使土体流变。考虑桩在软土中的固结强度很大,往往压桩力仅须选择单桩设计承载力的1.2～1.8倍即可，但实际取的值要大得多。
2) 挖土机械的运行对土体形成水平冲击,使土体产生水平位移对桩头产生冲击,而且挖土机械在坑边运行增加了对土体的主动土压力,使靠近挖机部位的土体对桩的压力加大而产生断裂桩。
　　3) 基坑边坡的土体压力也导致桩头3～6m的范围内发生断裂, 这主要是边坡的土体对临近边坡的桩产生主动土压力, 使边坡与桩之间的土发生挤压后对桩产生水平推力, 当推力产生的弯矩大于桩的抗裂弯矩后,桩便产生裂缝。
　　以上桩工机械、挖土机械的运行以及临近基坑边的土体压力的影响均在桩的上部,经统计,桩的裂缝往往在3～6m的范围内。在软土中配桩时,考虑到焊缝这一薄弱点,最上部尽量不配短桩,要求上部桩长≥8m。
2 　预应力混凝土管桩注意事项
2.1 　设计对桩的选择
　　软土的应变变形很大,成桩对土体的挤压对相临桩的影响很大,如果桩的抗裂弯矩小,极易导致断桩,故在软土地中基慎用预应力混凝土薄壁管桩,可选用预应力混凝土管桩。如本市临城地块地表3～15米范围内为普遍为淤泥质粘土或淤泥质粉质粘土,在该区块范围内选用预应力混凝土薄壁管桩的工程平均断裂桩率相对较高,必须经处理甚至补桩方能保证工程质量,而选用预应力混凝土管桩的工程断裂桩率较低，有些征得设计同意可不做处理。因此,在针对该类土质进行选桩时,应慎用预应力混凝土薄壁管桩,应对沉桩施工的挤土效应对桩及周边环境的影响充分考虑和计算。虽然同桩径的预应力混凝土管桩比预应力混凝土薄壁管桩单价高,但预应力混凝土管桩容易保证工程质量,且预应力混凝土薄壁管桩发生质量问题的后期处理费用很高,且影响工期。对工程各方形成负面影响。

2.2 　施工配桩的选择

　　在软土中配桩时,考虑到焊缝这一薄弱点,最上部决不能配短桩,要求上部桩长≥8m,。同时配桩时要参照地质报告,避免接头在软硬交界的软土2m范围内。配桩时要求桩头达到设计标高的要求,防止开挖时桩的一侧土被挖除而产生悬臂力。施工配桩时,尽量选择长桩,减少焊接接头。

2.3 　打桩速度的控制

　　由于粘性土、淤泥质土的固结时间较长,且桩体快速压入会使土的性质剧变,土体的压缩变形加大,故打桩速度应比其他土质慢,防止桩位偏移和断桩。一般软土地基中,在同一区块每天不超过15根（二节桩），最好控制在10根（三节桩）以内，遇特殊情况再应减少沉桩数量。压桩时,要缓慢压入,压桩速度控制在≤1.5m/min。当桩进入坚硬土层时应缓慢加载,防止急剧施压产生的冲击使桩体开裂。

2.4 　土方开挖时的注意事项

大多数工程均采用机械开挖土方,对土方开挖这一分部工程是比较经济的方法,但它可能给桩基础带来很大的危害,正如前所说的断裂桩，如临城舟山市人才公寓大楼基坑土方属于流溯状，在挖第二层土时，就明显感觉桩在位移，后立即停止开挖，马上进行检测，已发现有数根桩已断裂，后经专家论证，整个基坑改为人工开挖。为此土方开挖应注意以下要点。

1）施工方一定要按照土方开挖方案进行，如为深基坑，还要结合专家论证的意见实施。

　 2) 考虑到粘性土、淤泥质土的固结时间较长,施工组织设计时,应考虑全部成桩后15d 开挖,让桩周土固结稳定,严禁边打桩边挖土。

　 3) 土方车一般为10～20t ，有些可能载重量更大,局部加压后易使桩断裂。故土方车严禁驶入桩顶挖土区域内。尽可能停在二台挖机可接驳到的地方。

　 4) 尽量不采用大挖机挖土,尤其当土质较差时挖机辅以钢垫板开挖,以减小对土体的压强。严禁挖机在桩顶来回走动,防止对桩顶产生屡次冲击,且保留基底以上30cm人工开挖，但实际很多单位未做到。

　 5) 要求分层开挖,且桩周土的高差≤1m，但目前各施工单位未很好做到这一点，应引起高度重视。若桩露出开挖面以上,则必须先掏挖挖机一侧的土,以减小侧压,防止断桩。

　6) 坑边严禁堆土和其他建筑材料，具体要在专项方案中明确离基坑边距离及重量。

　 7) 对于基坑,基底尽可能采用采用灌注桩及连续墙围护（由建设与设计单位确定）,防止边坡滑移对桩体产生侧压。为了减少土体流变,可采取技术措施如下:当表层土的流塑性很大,分层开挖也不能保证桩体质量时,可先分层将表层土剥至桩顶1.5～2m 位置,借助钢板桩和钢垫板开挖,以减小土体的压强;开挖时应逐轴放钢板桩和钢垫板。

2.5 　其他注意事项

　　1) 对桩的龄期要求　管桩混凝土强度达到设计强度,且常压蒸汽养护后在常温下静停7d 后方可沉桩，对于锤击桩等具体要根据设计要求及图集实施。

　　2) 配桩时要尽量使桩顶标高达到设计标高,避免土方开挖时产生悬臂。

　　3) 打桩前,若现场表土松软、桩顶土层≤1m,应先填40～60cm 碎砖块或塘渣等坚硬土,防止桩机陷入,同时减小软土的变形。

　　3) 加强施工现场排水,减小土体软化。在雨水多的季节施工时,可在场地表层铺15cm 砂土。

　　4) 对桩垂直度要求　沉桩过程中经常检查桩身垂直度,并及时纠正,当桩进入坚硬土层后,严禁采用移动桩架的方法强行回扳,防止断桩。

5) 对截桩的要求　应采用锯桩器,或手持电动工具切割,严禁采用大锤横向敲击或强行扳拉。

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