引孔法静压预应力混凝土管桩在粉土层中的应用.pdf

浙 江建 筑 ， 第 2 8卷 ， 第 7期 ， 2 0 1 1年 7月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n，V o 1 2 8，N o 7，J u 1 2 0 1 1 引孑 L 法静压预应 力混凝土管桩在 粉 土层 中的应用 Ap p l ic a t io n o f Pr e - s t r e s s e d Co n c r e t e P i l e S t a t i c a l l y P r e s s e d i n Al o n g a L e a d i n g Ho le i n Si lt y S o i l L a y e r 杨 雷霞 ， 杨 浩浩。 ， 黄刚 Y ANG L e i x i a，Y ANG Ha o ha o，HUANG Ga n g ( 1 浙江省 电力设计 院， 浙江 杭州 3 1 0 0 1 2 ； 2 浙江理工大学科技与艺术学院 ， 浙江 杭 州 3 1 1 1 2 1 3 长兴天元建设工程监理有限公司 ， 浙江 长兴 3 1 3 1 0 0 ) 摘要 ： 对 穿越离散型较 大的粉土层 ， 通过从设计到施工整个过程 中遇 到的问题及相 应的处 理方法 的论述 ， 得 出采用预 引孔 的方 法打设 预应力混凝土管桩 ， 虽多了道工序 ， 但从经济 、 进度方面不失 为一种很有参 考意义 的沉桩方 法。对遇 到类 似地 质条件 的工程的设 计和施工具有一定的借鉴作用 。 关键词 ： 引孔法 ； 粉土 ； 预应力混凝土管桩 ； 沉桩 中图分类号 ： T U 4 7 3 1 3 文献标识码 ： B 文章编 号： 1 0 0 8 3 7 0 7 ( 2 0 1 1 ) 0 7 0 0 3 2 0 2 在 浙 江沿 海 的杭 州 萧 山 、 绍 兴 、 慈 溪 等 地 区 ， 地 面 以下广 泛分 布 着饱 和 的 粉 土 、 黏 质粉 土 、 粉 土 ， 且 分布 稳定 ， 工 程 力 学 性 质 较 好 ( 静 力 触 探 q 为 5 1 6 MP a ， 为 2 02 2 0 k P a ) ， 这 一 地 区 的 建 ( 构 ) 筑 物桩 基 一 般 需 穿 越 粉 土 层 或 以 粉 土 层 作 为 持 力层 。 在 笔者 近 年 来 接 触 的 多个 工 程 中 ， 发 现 在 同一 区域 ， 甚 至在 同 一场 地 ， 相 距5 m以 内的沉桩 ， 其 难 易 程度 十分悬殊 。 通过 在某 变 电站 工程 中沉 桩 过程 中 的不断 调整 和探 索 ， 最后 采用 引 孔 法 实 现 了在 粉 土 层 中静 压 预 应力 混凝 土 管 桩 ， 达 到 了满 意 的效 果 。希 望 对类 似 的粉土地基处理 的设计、 施工提供一定的参考价值 。 1 工程概 况 某5 0 0 k V 变 电站位 于宁波 慈溪 市杭 州湾东 南 侧 。站址场地地形较平坦 ， 场地 主要为苗木地及部 分菜地 。地质 勘察报告论 述地貌单 元属河 口相冲 积 、 海积平原 ， 站址 区地基土主要 由冲积、 堆积和河 口滨 海相 淤积 成 因 的粉 土 、 淤泥 质 粉 质 黏 土 及 粉 质 黏土 组成 。 地基 土 的组 成 、 分 布 与 性 质 ， 自上 而下 依 次 为 ： ( 1 ) 层粉质黏土 ： 灰黄色， 层厚 1 0 01 6 0 m， 很湿， 软 塑 可 塑 ； ( 2 ) 层 淤 泥 质 粉 质 黏 土 ： 灰 色 ， 层 厚 0 9 01 8 0 1 13 ， 饱 和 ， 流 塑 ； ( 3 ) 层 粉 土 ： 青 灰 色 ， 很 湿 ， 稍 密 ， 干 强 度 低 ， 韧 性 低 ， 层 厚 0 9 02 9 0 i n ； ( 41 ) 层 粉 土 ： 青 灰 色 ， 湿 ， 中 密 ， 层 厚 4 1 0 6 3 0 m； ( 4 2 ) 层 粉 土 ： 青 灰 色 、 灰 色 ， 湿 ， 稍 密 ， 一 般层 厚 0 5 01 5 0 1 1 1 ； ( 4_3 ) 层 粉 土 ： 青 灰 色 ， 湿 ， 中密 ， 层 厚 3 8 0 5 7 0 I n ； ( 5 ) 层 粉 质黏 土 与 粉土 互 层 ： 灰 色 ， 很 湿 ， 稍 密 ， 轻 塑 性 ， 层 厚 4 6 07 5 0 m； ( 6 ) 层淤泥质粉质黏土 ： 青灰色 ， 饱 和， 流塑 ， 一般层 厚 2 6 o 0 2 8 2 0 m； ( 7 ) 层 粉 质黏 土 ： 灰 色 ， 很 湿 一 湿 ， 可 塑 软 塑 ， 以可 塑 为 主 ， 一 般 层 厚 3 0 0 4 3 0 m； ( 8 ) 层 砾砂 ： 灰 色， 稍 密 中密 ， 一般 层厚 2 0 0 3 3 0 IT I 。 ( 1 ) ( 5 ) 层 地 质 土 的静 力 触探 指标 见 表 1 ， 典 型 的地 质 剖面 见 图 1 。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 41 8 作者简 介： 杨 雷霞 ( 1 9 6 9 一)， 女 ， 浙江奉化人 ， 高级工程师 ， 从事变电工程设计工作 。 第 7期 杨雷霞等： 引孔法静压预应力混凝土管桩在粉土层中的应用 3 3 表 1 ( 1 ) 一( 5 ) 层地质 土的静力触探指标 ， 二 乃 一 11 ， ， 一 3 = = = _ S 一8 ， 5 互 一 9 尹 ， 一 C | ， 一 兰 n 一 8 圳 lI，3 80 O 5 O 5 O 1 O 1 5 2 0 q c P s ( M P a ) 0 ： ! 举 ； 5 0 1 0 0 1 5 O 2 0 0 2 5 0 3 0 0 ： ! I ! ： 2 图 1典型的地质 剖面 图 2设计 方案的选择与确认 变电站内主要建( 构) 筑物结构形式 ： 主控通信 楼采 用两 层框 架结 构 ， 5 0 0 k V 继 电器 小 室 、 站 用 电室 采用单 层 框架 结构 。主变压 器基 础 采用 现浇 钢筋 混 凝土筏 板结 构。5 0 0 k V G I S 、 2 2 0 k V G I S 基础 均采用 整 浇筏 板 和支墩 相 结合 的结 构形 式 。 初步设计阶段 ， 根据工程的地层分布情况 ， 对采 用钻孑 L 灌注桩和预应力混凝土管桩进行 了技术经济 比较 ， 预应力混凝土管桩具有强度高 、 造价低 、 施工 速度快等优点 ， 如采用钻孔灌注桩 ， 虽可避免插桩现 象 ， 但施 工工期较长 ， 施工质量较难保证 ； 根据核算 ， 对于同为1 2 I n 的桩 ， P C 4 0 0 ( 7 5 ) 预应力混凝土管桩 的单桩承载力 特征值为4 9 0 k N， 而 q b 6 0 0的钻孔灌 注桩的单桩承载力特征值为5 0 0 k N， 单桩承载力基 本一致 ； 从工程造价方面分析， 6 0 0的钻孔灌注桩 每米造 价 约 3 4 5元 ， 而 P C 4 0 0 ( 7 5 ) 预 应力 混 凝 土 管 桩每米造价约 1 2 0元 ， 核算整个工程投资将相差 2 9 0 万元左右， 经济上不合理。最后经过设计评审， 确定 采用 P C 4 0 0( 7 5 ) 预应 力 混凝 土 管 桩 ， 桩 端 持 力 层 为 ( 4 3 ) 层粉 土 。施工 图设 计全站 总桩数1 0 7 3 根 。 根据以往在绍兴 、 杭州下沙、 萧山地 区粉土地基 处 理 的成熟 经验 ， 结 合 本 工 程 的桩 型及 地 基 土 层 分 布情况 ， 选择采用静压桩的压桩方式 ， 设计单桩承载 力 特征 值为4 9 0 k N。 3 现场 实施中的主要 问题及处理 3 1 桩基配重达到常规要求， 却无法打设至设计标高 从 打第 一 根 试 桩 开 始 ， 当 压 桩 力 达 到 1 2 7 0 k N 时 即出现 抬架 ， 有效 桩 长仅 为 l 0 5 m， 无 法满 足 设计 要求 。 处理 对 策 ： 试 桩 打 设 的具 体 情 况反 映 出按 常规 的桩基配重存在问题 ， 针对粉土的特点 ， 确定更换桩 机 ， 加 大压 桩力 。 理 论计 算桩 身 极 限承载 力 Q =( 一 0 3 4 c r 。 ) A = ( 3 8 5 0 3 4 X 4 6 7 ) 盯( 2 0 0 一1 2 5 ) = 2 8 2 5 t 长期荷载作用下 ， 桩身竖向承载力设计值取 Q =( 一 0 3 4 。 ) A = ( 2 7 5 0 3 4 4 6 7 ) 1 T ( 2 0 0 一 1 2 5 ) =1 l 4 l 4 5 t =0 6 0 7 5 桩 身 安全 系数 K=1 9 3 2 4 7 根据理论计算和 以往成功的静力压桩经验 ， 提 高压桩力至2 1 0 0 k N。 3 2能成桩 到位 ， 但 进度 缓慢 在 最 大 压 桩 力 以2 1 0 0 k N控 制 的 情 况 下 ， 能 静 压到设计标高 ， 但沉桩速度较慢。 处理对策： 为满足工程进度要求 ， 可修改原静压 的成桩方式为锤击 ； 增加静压桩机数量 ； 采用引孔后 再沉 桩 的方式 。 ( 1 ) 改用锤击的打桩方式 ： 由于锤击 沉桩的瞬 ( 下转第3 9页) 第 7期 曹国银等 ： 独塔四索面异型斜拉桥主墩钻孔灌注桩质量控制 3 9 4桩完整性检测 为 了检 查 和 确 保 P m1 2主墩 4 5根 长 桩 的施 工 质量 ， 除 P ml 2 2 3桩外 ， 其余 4 4根桩均采用了泥砂 分离 器 ， 并 进 行成 桩 的超声 波无 损检测 ， 结 果表 明有 4 3根达到 I类桩 、 只有 1根为 类桩 ， 说 明施工方 案及质量的控制措施到位， 确保了大桥的桩基质量。 5 结 语 宁波外 滩 大 桥 主跨 2 2 5 m +8 2 m +3 0 m独 塔 四 索面异型斜拉桥宽度大 ， 主墩钻孔桩数多， 又处于复 杂的地质条件带 ， 本文针对长大桩基特点并结合上 部软土 、 下部穿越较厚砂砾层的地质条件 ， 预先制定 了切实可行的措施 ， 施工过程中严格执行 ， 尤其是采 用泥砂分离器后效果显著。该桥 已于 2 0 1 0年底竣 工通 车 ， 实 践证 明科 学 管 理 和预 案 措 施 到位 是 本 工 程 的桩基 施工 质量 控 制 的关 键 所 在 ， 其 成 功经 验 可 为类似工程提供借鉴。 参 考 文 献 1 路桥集团第 一公路工程局 J rf J 0 4 1 - 2 0 0 0公路桥涵施 工技术规 范 S 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 0 【 2】 张闽 ， 果有 刚 ， 张凡 ， 等 C J J 2 - 2 0 0 8城 市桥梁 工程施 工与 质量 验收规 范 S 北京 ： 中 国建筑工业出版社， 2 0 0 8 ( 上 接 第 3 3页 ) 时荷 载 大 ， 必 须 改 桩 型 为 P HC 5 0 0( 1 0 0 ) 以上 的 桩 型 ， 相 比于 P C 4 0 0 ( 7 5 ) 桩 ， 每米 增加 费用 约 4 5元 ， 估 算整个桩基工程增加费用约 5 8万元。同时， 经对附 近5 k m区域 的浙江 慈溪 风 电场 和 附近工 业 厂房 的桩 基调研 ， 总结该 区域实施 的预应力混凝土管桩在锤 击施工过程 中， 在桩架周 围有较明显的弹簧土现象 产生 ， 而且也有局部桩基达不到设 计有效桩长 的情 况 。相 比于风 电场及 工业 厂房 ， 本 工程 桩位更 密 ， 桩 间影响更大 ， 对是否能保证全部桩位达到设计要求 还 是存 在较 大 的风 险 。 ( 2 ) 增加桩机 ： 根据静压桩的压桩模式 ， 对粉土 层的影响相对较小 ， 而且在桩身强度允许的情况下 加大压桩力能达到要求O但沉桩速度过于缓慢 ， 至 少需增加三台静压桩机 ， 才能满足工程进度要求 。 ( 3 ) 采用引孔法再压桩 ： 压桩前采用 3 O 0孔径 的引孔机至1 0 5 m， 再后续静压预应力混凝土管桩。 因为在静压桩施工前 ， 引孔机 已经按照桩位把整个 桩孔的土壤取出来 ， 形成一个相对孔洞 ， 在静压桩施 工 时桩 对 土壤 的摩 擦 挤 压 力 大大 减 小 ， 可 以达 到 设 计 要求 的桩 长 ； 同 时为 减 少 沉 桩 方式 改 变 对 桩 基 承 载力的影响 ， 控制压桩力 不小于 1 8 0 0 k N。初 步估 算 ， 引孔费用每米约 3 0元。 综合各方案的优缺点 ， 结合工程进度要求 ， 确定 采用预引孑 L 后再静压沉桩的方式 。 3 3 预引孔后 少数未达到设计的有效桩长的情况 在引孔长度和压桩力双控的情况下 ， 沉桩后 ， 先 进 行 静 载 荷 试 验 ， 单 桩 极 限 承 载 力 特 征 值 为 l 5 0 0 k N， 设计按单桩承载力特征值7 5 0 k N调整 G I S 基础桩位布置 ， 减少 2 0 4根 ， 约占总桩数的 2 0 。减 去引孑 L 增加的费用 ， 直接减少工程投资 2 2 5万元。 采用预引孔压桩法施工 ， 施工难度大大降低 ， 进 度加快 ， 由原每台桩基每天 67根提高到每天 3 0 4 0根 。 在实施 的过程中， 引孔结束后 ， 还出现个别桩成 桩 困难 的情况 ， 究其原 因主要是 由于引孑 L 过后至沉 桩 的间歇时间过长或在雨天成孔 ， 由于粉土的流砂 现 象造 成塌 孔 ， 故施 工 过 程 中引孔 至压 桩 的 时 间 间 隔控制也尤为重要 ， 正常情况下 ， 不宜超过2 h 。 4 结 语 结合沿海地区5 0 0 k V 变 电站在粉土层上采用预 应力 混凝 土 管桩进 行 地 基 处 理 的 工程 实 例 ， 可 以看 出 ： 对于穿越 q 值离散性较大 的粉土层 ， 特别是 短桩 ， 虽然计算 承载力不大 ， 但 由于粉 土固有 的特 性 ， 在桩基 的施 打过 程 中还是 出现 了不 少 问题 。 通过本工程实例 ， 总结如下 ： ( 1 ) 对 穿越 离散 型较 大 的粉 土或 桩 基持 力 层 为 粉 土类 的工 程 ， 采用 静力 法压 桩时 ， 应适 当加 大桩 基 的配重 ， 而不宜以常规的配置方式进行桩基配重。 ( 2 ) 对分 布 的粉 土层 性 质 变 化 较 大 的 区域 ， 地 质勘察单位在满足规范要求 的前提下 ， 宜加密钻探 孔 的布 置 。 ( 3 ) 对 q 、 值离散性较大的粉土地基 ， 采用预 引孔法成孔后再压桩 ， 既节约工程投资又保证进度 和质量， 不失为行之有效的方法 ， 同时注意引孑 L 和成 桩之间时间间歇 的控制 ， 避免粉土流砂塌孔而导致 的无法成桩到位 。对类似地质条件下的预应力混凝 土管桩的设计和施工具有一定的借鉴意义。