浅谈PHC桩.docx
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浅谈PHC桩
摘要:
预应力高强混凝土管桩(简称PHC桩),是在近代高性能混凝土(HPC)和预应力技术的基础上发展起来的混凝土预制构件,它是建设部科技成果重点推广项目。
由于它的卓越性能,广泛应用在工业与民用建筑、桥梁、港口码头、水利工程等,在国家建设中发挥了愈来愈大的作用。
本文通过PHC桩的施工全过程来阐述PHC桩所具有的单桩承载力高、桩身耐锤击性好、穿透力强、造价便宜等特点.同时对施工中容易出现的质量通病制定出了相应的预防措施.
关键词:
PHC桩施工单桩承载力高质量通病预防措施
前言
预应力高强混凝土管桩(简称PHC桩),是专业工厂里采用先张法预应力和离心成型工艺,经过蒸压养护而制成的一种空心圆筒体的等截面构件,运往施工现场后,通过锤击或静压的方法沉入地下作为建(构)筑物的基础。
得到了建筑界人士的青睐,在国外发展迅速,日本、港澳地区及东南亚各国使用都很广泛。
广泛应用在工业与民用建筑、桥梁、港口码头、水利工程等,在国家建设中发挥了愈来愈大的作用。
1、PHC桩特点
(1)单桩承载力高,严格按照国标GB13476—92及日本JISA5337标准生产,其混凝土强度等级不低于C80级,具有高强性能,φ600的PHC桩的单桩允许承载力达到2500~3200KN。
可作为高层、超高层建筑的基础。
其单位承载力的造价比预制混凝土方桩和钻孔灌注桩低,且仅为钢桩的1/3~2/3,并节省钢材。
(2)设计范围广。
桩身耐防腐性能好,规格长度容易调整,使设计选用范围广,容易布桩,对桩端持力层起伏变化大的地质条件适应性强。
在同一建筑物基础中,可使用不同直径的管桩,容易解决布桩问题,可充分发挥每根桩的承载能力。
(3)单桩可接成任意长度,不受施工机械能力和施工条件局限。
(4)成桩质量可靠。
由于采用工厂预制的生产方式,能利用先进的工艺和设备,质量容易控制,产品质量容易保证,且成桩质量监测方便。
(5)桩身耐锤击和抗裂性好,穿透力强。
(6)造价低廉。
其单位承载力价格仅为钢桩的1/3-2/3,并节省钢材。
(7)施工速度快,工期短。
PHC桩在工厂商品化生产,能按施工要求及时供桩,施工前期准备时间短,一般能缩短工期一~二月。
(8)抗弯性能好。
PHC桩选用高强度、低松驰的阴螺纹钢筋作为预应力主筋,使桩身具有较高的预压应力,其抗弯、抗裂性能良好,PHC桩有卓绝的贯入性能,能穿透密实的砂层,能适应复杂的环境与地理条件。
(9)施工现场文明。
施工现场无砂石、水泥,无泥浆污染,对施工现场狭窄的工程特别有利。
2、施工准备
PHC桩专项施工组织设计主要考虑施工方法、桩机与桩锤的选择等等。
2.1桩锤的选择
选择桩锤时,必须充分考虑桩的形状、尺寸、重量、入土长度、结构形式以及土质、气象等条件,并掌握各种锤的特性。
桩锤的夯击能量必须克服桩的贯入阻力,包括克服桩尖阻力、桩侧摩阻力和桩的回弹产生的能量损失等。
如果桩锤的能量不能满足上述要求,则会引起桩头部的局部压曲,难以将桩送到设计标高。
2.2桩架的选择
桩架的设置、安装和准备工作对打桩效率有很大影响。
尽量选择移动灵活,使用方便,对路面要求比较低的桩架。
2.3施工组织设计和桩位测设
根据打桩施工区域内的地质情况和基础几何形状,要合理选择打桩顺序,对周围建筑物采取预防措施。
根据桩基施工图进行桩位测设。
2.4吊装与运输
PHC桩混凝土强度宜超过80%时才能吊装,吊装有两种方法:
当桩长大于13m的PHC桩宜采用支点法,两支点设在离桩两端0.21L处;当桩长不大于13m时,可采用直接进行水平起吊,采用专用吊钩钩住管桩两端内壁直接进行水平起吊。
PHC桩强度达到100%时方可运输,桩在运输过程中支承应满足堆放的要求,并且要绑扎牢固。
PHC桩堆放场地要坚实平整,且最下层要在两支点下放垫木,且垫木支撑点应在同一平面上。
本工程PHC桩的堆放层数不得超过四层。
PHC桩的吊装、运输及堆放过程中应轻起轻放,应避免振动、碰撞、滚落。
2.5检查修整
PHC桩的质量验收项目主要有外观质量、尺寸偏差、砼抗压强度和抗弯性能等四项。
管桩施工前应再次逐根检查,即检查混凝土桩有无严重质量问题,对管桩两端应清理干净,施焊面上有油漆杂物污染时,应清刷干净。
只有验收合格的成品桩才可沉桩。
3、PHC桩的沉桩施工
3.1施工顺序
沉桩施工顺序一般宜采用先长桩后短桩,先大径后小径的原则,自中间分两边对称前进,或自中间向四周进行。
3.2测放桩位
测放的桩位经测量监理复测无误后方可进行沉桩,并且每天施工前要检查即将施打的桩位与邻桩之间的尺寸是否正确。
为便于送桩高度控制设一定数量的水准点。
3.3桩机就位
检查桩机,确保设备正常运转后移动设备就位、对中、调直。
3.4插桩
桩打入过程中修正桩的角度较困难,因此就位时应正确安放。
起吊前在桩身上划出以米为单位的长度标记,起吊支点宜在桩端0.3L处;将桩吊起后,缓缓得将桩一端送入桩帽中,对位准确后,再用两台经纬仪(轴线互相垂直)双向调整桩的垂直度,通过桩机导架的旋转、滑动及停留进行调整;插入时的垂直度偏差不得超过0.5%,确保位置及垂直度符合要求后先利用桩锤的自重将桩压入土中经纬仪应设置在不受打桩影响处,并经常加以调平,使之保持垂直。
3.5锤击沉桩
因地层较软,初打时可能下沉量较大,宜低锤轻打,随着沉桩加深,沉速减慢,起锤高度可渐增。
在整个打桩过程中,要使桩锤、桩帽、桩身尽量保持在同一轴线上。
必要时应将桩锤及桩架导杆方向按桩身方向调整。
要注意尽量不使管桩受到偏心锤打,以免管桩弯扭破坏。
打桩较难下沉时,要检查落锤有无倾斜偏心,特别是要检查桩垫桩帽是否合适。
如果不合适,需更换或补充软垫。
每根桩宜连续一次打完,不要中断,以免难以继续打下。
3.6接桩施工
接桩采用端板式焊接接头。
当下节桩的桩头距地面1.0~1.2m左右时,开始进行接桩。
先将焊接面清刷干净,再在下节桩头上安装导向箍引导就位,以便新接桩节的引导就位。
当PHC桩对好后,对称点焊4~6点加以固定,然后拆除导向箍。
由2名电焊工按照技术规程的要求手工对称施焊,焊接层数应大于等于二层,施焊第一层时,宜适当加大电流,加大熔深,内层焊渣必须清理干净后再焊下一层,要保证焊缝饱满连续。
第一层用ф3.2或ф4.0的E4320型焊条,第二层以后用ф4.0—ф5.0的E4320型焊条,要保证焊接质量焊好的桩接头应自然冷却3~8分钟后方可锤击沉桩。
3.7送桩
为将管桩打到设计标高,需要采用送桩器,送桩器用钢板制作,长4m。
设计送桩器的原则是打入阻力不能太大,容易拔出,能将冲击力有效地传到桩上,并能重复使用。
4、打桩记录和周围建筑物观察
打桩过程中应详细记录各种作业时间,每打入0.5~1m的锤击数、桩位置的偏斜、最后10击的平均贯入度和最后1m的锤击数等。
按规范要求整理成表并进行质量评价,必要时进行静载与动载试验。
打桩过程中应详细观察周围建筑物沉降或上升情况,在建筑物上设置观察点,利用远处的固定水准点进行对比分析,从而确定沉降或上升情况。
5、PHC管桩与基础底板连接技术
为有效防止基础上浮并保证基础和桩基的整体协同工作,采用了如此的作法,从而保证了管桩与基础的连接。
土方开挖至设计标高露出管桩后,清理管桩孔内的垃圾及污物,将PHC桩顶部的60cm高度内中间空部份灌入强度不低于C40的砼,混凝土中微掺UEA膨胀剂(掺量10%)。
待基础底板钢筋绑扎时,管桩锚筋与基础底板钢筋要焊牢,基础底板钢筋与管桩桩头也要焊牢。
6、试压桩
为确定单桩承载力是否满足设计要求,打桩前进行单桩竖向抗压静载试验。
试桩标准按《建筑桩基技术规范》(JQJ94—94)单桩竖向抗压静载荷试验中有关标准,采用慢速维持荷载法进行。
竖向静载荷抗压试验采用锚桩横梁反力装置。
整个加荷利用电动油泵带动2台5000kN油压千斤顶加荷,用荷重传感器、荷重显示器和0.4级精密油压表显示荷载,电测位移计和机械表两种手段同时测读沉降值,计算机采样、记录、整理和打印数据。
为防止仪器受外界干扰,应特备有一空调封闭工作间,以保证仪器的正常工作。
试桩与锚桩沉桩10d后即可加载。
7、PHC桩在施工中容易出现的问题
PUC桩在施工过程中,会碰到各种质量通病,主要有:
1、沉桩困难,达不到设计标高;
2、桩偏移或倾斜过大;
3、桩达到设计标高或深度,但桩的承载能力不足;
4、压桩阻力与地质资料或试验桩所反映阻力相比有异常现象;
5、桩体破损,影响桩的继续下沉。
7.1沉桩困难,达不到设计标高
主要原因
相应预防措施
压桩设备桩选型不合理,设备吨位小,能量不足
配备合适压桩设备,保证设备有足够压入能力
压桩时中途停歇时间过长
一根桩应连续压入,严禁中途停歇
压桩过程中设备突然出现故障,排除时间过长;或中途突然停电
进场前对设备进行大修保养,施工时进行例行检修,确保压桩施工时设备正常运行。
避开停电时间施工
没有详细分析地质资料,忽略了浅层杂填土层中的障碍物及中间硬夹层、透镜体等的存在等情况
分析地质资料,清除浅层障碍物。
配足压重,确保桩能压穿土层中的硬夹层、透镜体等
忽略了桩距过密或压顺序不当,人为形成“封闭”桩,使地基土挤密,强度增加
制定合理的压桩顺序及流程,严禁形成“封闭”桩
桩身强度不足,沉桩过程中桩顶、桩身或桩尖破损,被迫停压
严把制桩各个环节质量关,加强进场桩的质量验收,保证桩的质量满足设计要求
桩就位插入倾斜过大,引起沉桩困难,甚至与邻桩相撞
桩就位插入时如倾斜过大应将桩拔出,待清除障碍物后再重新插入,确保压入桩的垂直度
桩的接头较多且焊接质量不好或桩端停在硬夹层中进行接桩
合理选择桩的搭配,避免在砂质粉土、砂土等硬土层中焊接桩,采用3~4台焊机同时对称焊接,尽量缩短焊接时间,使桩被快速连续压入
7.2桩偏移或倾斜过大
主要原因
相应预防措施
压桩机大身(平台)没有调平
压桩施工时一定要用顶升油缸将桩机大身(平台)调平
压桩机立柱和大身(平台)不垂直
压桩施工前应将立柱和大身(平台)调至垂直满足要求
就位插入时精度不足
桩插入时对中误差控制在10mm,并用两台经纬仪在互相垂直的两个方向校正其垂直度
相邻送桩孔的影响
送桩孔应及时回填
地下障碍物或暗浜、场地下陷等影响
施工前详细调查掌握工程环境、场址建筑历史和地层土性、暗滨的分布和填土层的特性及其分布状况,预先清除地下障碍物、处理暗浜等
送桩杆、压头、桩不在同一轴线上,或桩顶不平整所造成的施工偏压
施工时应确保送桩杆、压头、桩在同一轴线上,并在沉桩过程中随时校验和调正
桩尖偏斜或桩体弯曲
提高桩的制作质量,加强进场桩的质量验收,防止桩顶和接头面的歪斜及桩尖偏心和桩体弯曲等不良现象发生。
不合格的桩坚决不用
接桩质量不良,接头松动或上下节桩不在同一轴线上
提高施工焊接桩质量,保证上下节同轴,严格按规范要求进行隐蔽工程验收
压桩顺序不合理,后压的桩挤先压的桩
制订合理的压桩顺序,尽量采取“走长线”压桩,给超孔隙水压力消散提供尽量长的时间,避免其累积叠加,减小挤土影响
基坑围护不当,或挖土方法、顺序、开挖时间、开挖深度不当
压桩结束10天左右,待超孔隙水压力充分消散后方可开挖;且围护结构应有足够的强度与刚度,避免侧向土体位移;机械开挖至桩顶30cm时采用人工开挖,避免挖斗碰撞桩头
7.3桩达到设计标高或深度,但桩的承载能力不足
主要原因
相应预防措施
设计桩端持力层面起伏较大
当知道桩端持力层面起伏较大时,应对其分区并且采用不同的桩长。
压桩施工时除标高控制外,尚应控制最终压入力
地质勘察资料不详细,造成设计桩长不足,桩尖未能进入持力层足够的深度
当压桩时发现某个区域最终压桩力明显比其它区域偏低时。
针对特殊情况及时和设计单位联系,变更设计改变布桩或增加桩数或增加桩长等措施来满足设计承载力。
对开口桩,可考虑在桩尖端设置十字加强劲或其它半闭口桩尖等形式,以谋求增加尖端闭塞效应的方法,来提高桩的承载能力
试桩时休止期没达到规范规定的时间而提前测试,或测试时附近正在打桩,桩周土体仍在扰动中
试桩的休止期一定满足规范规定,试桩时桩周1.5倍桩长范围内严禁打桩等作业
7.4压桩阻力与地质资料或试验桩所反映阻力相比有异常现象
主要原因
相应预防措施
桩端持力层层面起伏较大
按照持力面的起伏变化减小或增大桩的入土深度,压桩时以标高控制为主外,还应以压入力作参考
地面至持力层层间存在硬透镜体或暗浜
配备有足够压入能力的压桩设备,提高压桩精度,防止桩体破损
地下有障碍物未清除掉
用钢送桩杆先进行桩位探测,查清并清除遗漏的地下障碍物
压桩顺序和压桩进度安排不合理
确定合理的压桩顺序及合适的日沉桩数量。
对有砂性土夹层分布区,桩尖可适当加长,压桩顺序应尽量采用中心开花的施工方法,严禁形成“封闭”桩
7.5桩体破损,影响桩的继续下沉
主要原因
相应预防措施
由于制桩质量不良或运输堆放过程中支点位置不准确
桩身砼强度达到设计值70%方可起吊脱模,达到100%方可施工。
运桩时,桩体强度应满足设计施工要求,支点位置正确,上下支点应对齐
吊桩时,吊点位置不准确、吊索过短,以及吊桩操作不当
吊桩时,桩体强度应满足设计施工要求,支点位置正确,起吊均匀平稳,水平吊运采取两点吊,吊点距桩端0.207L。
单点起吊时吊点距桩端0.293L(L为桩长)。
起吊过程中应防止桩体晃动或其它物体碰撞
压桩时,桩头强度不足或桩头不平整、送桩杆与桩不同心等所引起的施工偏压,造成局部应力集中
使用同桩径的送桩杆,保持压头、送桩杆、桩体在同一轴线上,避免施工偏压
送桩阶段压入力过大超过桩头强度,送桩尺寸过大或倾斜所引起的施工偏压
确保桩的养护期,提高砼强度等级以增强桩体强度。
桩头设置钢帽、桩尖设置钢桩靴等
桩尖强度不足,地下障碍物或孤块石冲撞等
根据地基土性和布桩情况,确定合理的压桩顺序
压桩时桩体强度不足,桩单节长度较长且桩尖进入硬夹层,桩顶冲击力过大,桩突然下沉,施工偏压,强力进行偏位矫正,桩的细长比过大,接桩质量不良,桩距较小且桩布较密
保证接头质量,用楔型垫铁填实接头间隙。
提高桩的就位和压入精度,避免强力矫正。
压入时应保证一根桩连续压入严禁中途停歇
8、结论
(1)PHC桩强度高,抗弯性能好,具有卓绝的贯入性能,施工速度快,工期短。
PHC桩由于采用预应力螺旋筋,抗裂性好,因此成桩质量可靠,不易损坏,这是其它预制桩所不具有的特点。
(2)采用PHC桩,可做到现场清洁,文明施工。
特别适合工期短、城市环境条件下的桩基施工。
(3)“重锤低打”能有效降低锤击应力。
桩锤对桩头的锤击速度越快,在桩身上产生的应力波强度也越高,即打桩应力与锤击速度成正比,所以为降低锤击应力并保持较好的贯入度,采用了较重的桩锤和较低的速度施打,效果良好。
(4)桩头衬垫效应对锤击应力也有直接影响。
为延长锤击作用时间、降低锤击速度,并借以降低锤击应力,选用软厚适宜的木桩垫,收到良好效果。
(5)选择合理的打桩施工顺序,能减小桩的侧向位移,对周围建筑物不会有大的影响。
应根据基础形状和长应先里后外,先深后浅,由中心逐渐往外侧对称施工。
桩基侧向位移是软弱地基施工中经常见到的一种现象,根据不同情况进行综合分析,制订出合理的打桩施工方案,并采取相应措施,可以把打桩危害降低到最低限度。
基础形状规则的打桩施工顺序应先里后外,由中心逐渐往外侧对称施工
(6)防震沟的设置可以有效地降低了对临近建筑物的影响。
9、参考文献
1、《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)
2、《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002
3、史佩栋,实用桩基工程手册,中国建筑工业出版社,1999
4、《桩基工程手册》
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