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超高强预应力混凝土管桩(PHC桩)施工技术

[日期:2013-05-31]
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通州市建工大厦主楼东西长36m,南北宽18m,地上20层,地下1层,建筑面积12000m2。采用框架剪力墙结构。建筑物总荷载约200000kN,最大单柱荷载6700kN o基础采用筏板基础,桩采用超高强预应力混凝土管桩(PHC桩),规格为ф600×110,桩长24m(2根12m校对接),主楼共打设93根桩,设计单桩承载力3100kN。

1 PHC桩特点

  (1) 严格按照国标GB13476—92及日本JISA 5337标准生产,其混凝土强度等级不低于C80级。

  (2) 单桩承载力高,设计范围广。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) 单校可接成任意长度,不受施工机械能力和施工条件局限。

  (4) 成桩质量可靠,沉桩后桩长和桩身质量可用直接手段进行监测。

  (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,文明施工o

2 打桩准备

  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。鉴于本工程有软、硬两种土层,故选用了蒸汽锤,锤重8t。

  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。桩架选用D—308S型履带行走式桩架,其最大特点是移动灵活,使用方便,运行机构为履带,对路面要求比较低o

  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 堆存吊运

  管桩一般需设计两个支点,其吊点需符合位置要求。管桩堆存需要使用软垫(木垫)。管桩起吊运输中应免受振动、冲撞。

  2.5 管桩龄期的确定

  管桩从制造成型到打桩施工的间隔时间宜尽量长些,混凝土强度应达到设计强度等级标准值以上(若在工厂制造,一般按80%的设计强度等级标准值出厂),故要求现场要堆存一定量的桩,按“先进场桩先打”的原则,满足管桩的强度要求。

  2.6 检查修整

  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。

3打桩阶段技术措施

  3.1 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。第一节管桩插入地下时,要尽量保持位置方向正确。开始要轻轻打下,认真检查,若有偏差应及时纠正,必要时要拔出重打。校核桩的垂直度可采用垂直角,即用两个方向(互成90°)的经纬仪使导架保持垂直。通过桩机导架的旋转、滑动及停留进行调整。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。

  3.2 锤打

  因地层较软,初打时可能下沉量较大,宜采取低提锤,轻打下,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,以免管桩受弯受权。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。

  3.3 接桩

  接桩时要注意新接桩节与原桩节的轴线一致,两施焊面上的泥土、油污、铁锈等要预先清刷干净。当下节桩的桩头距地面1—1.2m时,即可进行焊接接桩。接桩时可在下节桩头上安装导向箍,以便新接桩节的引导就位。上节桩找正方向后,对称点焊4—6点加以固定,然后拆除导向箍。管桩焊接施工应由有经验的焊工按照技术规程的要求认真进行;施焊第一层时,宜适当加大电流,加大熔深。采用手工焊接,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。

  3.4 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击的平均贯人度和最后1m的锤击数等。

  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。经实测,裙楼东侧3m处的建工园招待所没有沉降或上升现象,仅顶板出现一些轻微裂缝。现建工大厦竣工已1年多,招待所使用正常,对结构无不良影响。

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,在筏板基础钢筋绑扎前,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,用十一夹板作底模,用12号铁丝悬吊于孔内,钢筋按要求绑扎,用不低于C40的混凝土灌筑,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

  6.1 试桩要求

  为确定单桩承载力是否满足设计要求,打桩前进行了单桩竖向抗压静载试验。试桩数量为三组,第一组试桩1根,锚桩6根;第二组试桩1根,锚桩4根;第三组试桩1根,锚桩4根。试桩最大预加荷载为:第一组6200kN,第二组5000kN,第三组4000kN。

  6.2 试桩标准

  按《建筑桩基技术规范》(JQJ 94—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。

  6.3 试桩装置和加载时间

  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,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o

  6.4 试桩结果

  试桩、锚桩均为正式工程桩,第一根试桩要求加荷到6200kN,当加到第7级(4960 kN)时,1h后沉降量突然增大,达到16.67mm/h,且总沉降量已到38.06mm,显然地基已达到破坏,因而终止试验。根据试桩的Q—s曲线和s—1gt曲线显示,极限荷载取4340kN。第二根试桩要求加到5000kN,当加到第9级5000N时,45min后沉降量突然增大,达15.25mm/h,且总沉降量已到36.51mm,显然地基也已达到破坏,因而终止试验。根据试桩的Q—s曲线和s—lgt‘曲线显示,极限荷载取4500kN;第三根试桩要求加到4000kN。稳定后又要求继续上加2级到4800kN,此级稳定后终止加载,极限荷载取4800kN。据此算出试桩结果统计特征值:Qum=4547kN,Sn=0.052,因此单桩竖向极限承载力标准值Quk=Qum=4547kN,满足设计要求。

7 施工体会

  (1) “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(桩锤重8t)和较低的速度施打,效果良好。

  (2) 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。

  (3) 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。

  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。本工程基础形状规则,施工时遵循“对称施工”的原则,确保了基础内挤压应力的平衡。

  打桩施工时,先打主楼桩——深桩(24m长),后打裙楼桩——浅桩(9m长);先打跨中桩,后打边区桩;先打近桩,后打远桩;先打毗邻建筑物的桩,后打远离建筑物的桩。通过采取以上措施,有效地降低了桩基的侧向位移。

  (4) 防震沟的设置有效地降低了对临近建筑物的影响,裙楼东侧建工园招待所基础为条形钢筋混凝土基础,深1m,基础底板边离大厦地下室外墙仅2.5m,桩基施工前开挖了一条宽0.8m、深2m的防震沟,沟中满填黄砂,经观察和检测,在整个施工过程中,对招待所结构无不良影响。

  (5) PHC桩采用C80混凝土,强度高;钢筋采用预应力螺旋筋,抗裂性好,因此成桩质量可靠,不易损坏,实际施工中,仅2根桩破裂,补救措施也方便快捷。

  (6) 采用PHC桩,可做到现场清洁,文明施工。

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