论预应力管桩停止锤击和终止静压的控制.pdf

收稿日期:2005-12-22作者简介:王建军(1966),男,河北石家庄市人,工程师,主要从事建筑施工与管理工作。论预应力管桩停止锤击和终止静压的控制王建军1,杨 军2,林伊方1,孔 唐1(1.浙江泛华工程监理有限公司,浙江 杭州310005;2.杭州市质量监督总站,浙江 杭州310000)摘 要:预应力管桩受锤击沉桩时,由于受各种因素的影响,在确定停止锤击和静力压桩时终止静压的控制难以规范。为此,特探讨其沉桩控制标准。关键词:预应力管桩;沉桩;贯入度;临界深度中图分类号:TU473.1+3 文献标识码:B 文章编号:1008-3707(2006)06-0046-03 预应力管桩采用锤击沉桩时停止锤击的控制和静力 压桩时终止静压的控制,由于受工程地质条件、桩的密集程度、施工工艺和成桩效应等各种因素的影响,实际操作时难以规范,存在着较大的随意性,有时甚至因判断不当导致失误,从而使桩的承载能力存在隐患。为此本文对一些人为的不确定因素进行探讨,力求规范准确。1 影响贯入度的因素和最后贯入度的确定贯入度在一定程度上反映了桩贯入时动阻力的大小,因此,贯入度的大小能够反映土质的某些情况,与桩的承载能力也有一定的关系。大量的研究表明,影响贯入度大小的因素除了土质的强度和均匀程度外,还与锤击的锤型、锤重、落锤高度、桩型、桩长、桩的密集程度、地下水位,以及成桩效应等因素有关。大量的实践资料还表明:软土和松砂地基桩的最后贯入度的差异更为显著,这主要是土层受到沉桩扰动后的特性受到了较大的改变;同时由于桩锤效率和锤击能量在沉桩过程中发生不规则的变化。实践表明,锤击能量随着锤击数的增多和锤击时间的增加而降低。研究表明,贯入度的大小在沉桩过程中还受到深度效应和密集效应的影响。根据深度效应理论,预应力管桩沉桩时,当桩端进入均匀持力层深度小于临界深度hcp时,极限端阻力一直随着深度的增加而线性增大;当入土深度大于上述临界深度hcp后,极限端阻力则基本上保持不变。侧阻力也同样具有类似的深度效应。然而,贯入度却不能反映上述端阻力和侧阻力特定的深度效应的变化规律。此外,当桩的桩尖所处土层为松砂时,即使桩长相仿的支承桩,由于松砂在沉桩过程中产生的振动密集效应,致使先后施打的桩的最后贯入度也有较大的变化,但桩的承载能力却无明显的差异。贯入度的判定还与桩型、桩长相关联。对于软土地基中摩擦型长桩,其桩的承载能力主要由沿桩身的桩周土的摩阻力提供,桩尖阻力所占比例较小,而桩的最后贯入度却取决于桩尖土质的软硬程度。这对于软土地基摩擦型长桩,如果桩长不同,而桩尖所处土质相似时,桩的最后贯入度可能会相当接近,但桩的承载能力却因为桩长而相差较大。由此用贯入度作为判定是否停锤的控制标准,显然是欠妥的。贯入度还随着施工工艺的不同而改变。为了充分利用地下空间,大中城市的高层建筑一般都有13层地下室,有的甚至4层,其基桩的桩顶埋置深度常达712 m。对于深埋的地下基桩,目前的施工方法一般都采用送桩法。当采用送桩法时,锤击时因桩身不连续,锤击能量损失大,锤击冲击力的传递速度减少,由此获得的最后贯入度是偏小的,并且没有真实地反映土质的情况。特别是当送桩杆细长、刚度较小时,打桩时能量的损失会更大。实测资料表明,在相同的条件下,锤击数和最后贯入度在送桩和不送桩之间的差异是十分明显的。送桩法沉桩时能量的损失和传递率的降低对贯入度大小的影响,尚处在研究中,目前还没有成熟的理论和资料可64浙江建筑 第23卷第6期 2006年6月以借鉴。实践证明,施工现场千变万化的因素,特别是操作因素对贯入度的影响常常比其他各种因素更大、更具不确定性。锤击沉桩时,如果场地不平整、桩机不平稳、插桩不直、操作马虎、不规范,桩锤、锤帽或送桩杆、桩身三者不在同一轴线上,产生偏心锤击,看似贯入度已经很小,实际上并没有真实反映土质的强度,而是一种假象;如果以此来判定是否停锤,就可能造成失误,给桩的承载能力留下严重的隐患。综上所述,影响最后贯入度的因素和条件多而复杂,既有客观因素,又有主观的人为因素,实际施工中难以通过计算的方法将这些因素进行综合分析,以确定一个最后贯入度的控制值。因此,对于最后贯入度的确定,首要的问题是如何设法把影响贯入度不确定因素的因素减少到最低程度,并使取得的最后贯入度具有可比性。笔者认为,最合理可行的选择和途径应该是对可能会影响最后贯入度的技术工艺因素,在锤击沉桩全过程中使其规范化。这样,在规范化基础上取得的最后贯入度才能够真实地反映地基土土质的强度,才具有可比性,才能用来作为控制停止锤击的衡量参数。因此,对于最后贯入度施工控制值的确定,宜借鉴经验和试打桩相结合的方法来确定。2 总锤击数与桩的承载力大量的工程实践表明,锤击沉桩时桩的承载能力除了与桩端进入持力层的深度和最后贯入度相关外,还与总锤击数相关联。实际施工中常常发生这样的情况:桩端进入持力层的深度和最后贯入度已达到相关规定,而桩的承载力仍不达要求。这时如果继续锤击,桩的承载能力会随着锤击数的增加而呈现逐渐提高的趋势,当总锤击数达到某一数值时,桩的承载力会达到一个足够的稳值。实践表明,控制锤击数可以弥补地质因素变化带来的不足,因此,实际施工时,不管是以桩端标高控制的桩,还是以最后贯入度控制的桩,为了确保桩的承载能力,除了控制桩端进入持力层深度和最后贯入度外,还应同时对总锤击数进行辅助控制,要求总锤击数达到或超过试打桩时的总锤击数或商定的总锤击数。3 承载力的时间效应与终压控制预应力管桩在饱和土中连续沉入时,除了产生很大超静孔隙压力外,桩周土经挤压扰动,桩周产生重塑区,土的强度降低。随着时间的推移,孔隙水压力逐渐消散,桩侧土在自重应力和沉桩扩散应力共同作用下逐渐固结密实,土的有效应力增大,与此同时,桩周土的强度也逐渐恢复,桩的竖向承载能力随着时间而增长。其增长规律为初始增长速度较快,随后逐渐趋缓,到达某一时间后稳定于某一极限值。根据不同土质、不同桩型、不同尺寸的桩承载力时效的试验观察表明,其最终单桩极限承载力比沉桩初始增长40%400%,达到稳定值所需要的时间为几十天至数百天。由于承载力的时间效应,在静力压桩时所显示的最终压桩力并不是桩的最终承载能力。终止压桩后,随着时间的推移,桩的竖向承载力将随着时间而增长。如果把最终压桩力作为控制桩的承载力的依据,也就是说,如果把最终压桩力作为静力压桩时终止沉桩的控制标准,那么就应导入承载力的时间效应,建立成桩时的最终压桩力与桩的极限承载力之间随着时间增长的数理点系,据此来确定所需要的最终压桩力。为了探索桩的承载力随时间增长的规律,并把这种规律应用到桩基的设计和施工中,其正确可行的途径和方法是,对不同工程地质条件下常用的桩径、桩长在沉桩结束后进行不同休止时间的试验,寻求建立最终压桩力与经过不同休止时间后静载试验所得的竖向极限承载力之间的关系,并以此来推算静力压桩成桩时所需要的最终压桩力。竖向极限承载力是休止时间t的函数,并与土质、桩径、桩长有关。对于挤土桩承载力随时间增长的计算,目前受推荐的是李雄、李金在1992年刊登于岩土工程学报 第4期关于饱和软土中预制桩承载力时效的研究 一文中提出的估算方法:Qut=Quo(1+t)(1)t=t/(at+b5)(2)式(1)中:Quo 桩的初始(t=0)承载力;t 任一时间t桩的极限承载力Qut相对于初始极限承载力Quo的增长率,是休止时间的函数。t=(Qut-Quo)/Quo=t/(at+b)其中a,b为与桩径、桩长与土质有关的经验系数。依据上述提供的估算方法,统计确定式(2)中的系数,然后根据工程静载试验t时的Qut确定静力压桩时最终压桩力的控制值,也可推算出工程完工时的Qut值并用以进行设计。74王建军等:论预应力管桩停止锤击和终止静压的控制4 端阻力和侧阻力的深度效应与终压控制室外原型试验表明,预应力管桩沉桩时,随着入土深度的增加,其端阻力有着自己特定的变化规律。当桩端进入均匀持力层深度小于某一深度hcp时,极限端阻力一直随着深度的增加而线性增大;当入土深度大于上述深度hcp后,极限端阻力则基本上保持恒定不变,称此深度hcp为端阻力的临界深度,称该恒定极限端阻力为端阻稳值qpl。端阻力的临界深度和端阻稳值均随着砂性土持力层的相对密度增大而增大。端阻力的临界深度还受持力层上面覆盖土层自重和地面荷载的影响;当覆盖压力为零时,临界深度随着端阻稳值增大而增大;当覆盖压力大于零时,临界深度和端阻稳值呈非线性关系,覆盖压力越大,端阻稳值增大越小;在端阻稳值一定条件下,临界深度随覆盖压力的增大而减小。原型试验还表明,端阻力的临界深度随桩径增大而增大。对于黏性土端阻力的深度效应,则有待于进一步研究。侧阻力也有上述端阻力一样的深度效应,当桩入土深度超过一定深度hcs后,侧阻力也不再随深度增大而线性增大,该一定深度hcs即为侧阻力的临界深度。目前根据砂性土中模型试验所得到的侧阻临界深度hcs不尽相同,国外不同学者得到的侧阻临界深度hcs与端阻临界深度hcp的关系,有的为hcs=(0.50.7)hcp;有的则为hcs=(0.30.5)hcp,而现场试验有的则得到hcs=hcp。侧阻稳值qsl随着砂土密度提高而增大,上覆压力PO使qsl有所提高。关于黏性土侧阻的深度效应,其变化规律亦有待进一步探讨。考虑深度效应端阻稳值的计算,目前用得较多的是1976年Forayet Puech提出的砂层中极限端阻稳值的半径验算公式:qpl=kcpc(3)式(3)中:qpl 极限端阻稳值(MPa);kc 经验系数,根据相对密度Dr可查图1曲线确定;pc 砂土临界压力(MPa),可由Dr查图1曲线确定。Forayet Puech还提出了砂层中端阻的临界深度hcp的计算方法:1)当无覆盖压力(P0=0)时:hcp=25d1/2(1+qpl/10)(4)式(4)中:hcp 临界深度(cm);d 桩径(cm)。2)当有覆盖压力P0 0时,由图2根据PO值和qpl由相应曲线确定hcp。在工程实践中,为了确保静压桩的成桩质量,在终止沉桩时,除了控制最终压桩力外,还要控制桩端的标高,同时,对摩擦桩和端承桩采取不同的终压控制。对于摩擦桩,应对桩端标高和压桩力进行双控制;对于端承桩则应以压桩力为主,同时为了确保桩尖可靠地进入持力层,尚需对桩端标高进行辅助控制。图1 端阻力稳值计算图图2 临界深度、端阻稳值及覆盖压力的关系(hcp,d的单位为cm)在实际工程中,常常会出现下述情况:当进入持力层深度已达到设计要求,但压桩力不再随入土深度而继续增加,而压桩力又尚未达到要求的最终压桩力。这表明在既有的持力土层和桩径条件下,桩的入土深度已达到临界深度,解决的途径应该是采取增大桩径和调整桩距等其它措施。这种情况的产生常常是由于根据土的物理力学指标与承载力参数之间的经验关系确定桩的单桩极限承载力标准值(下转第54页)84王建军等:论预应力管桩停止锤击和终止静压的控制体系与主体的防雷体系之间连接的电阻进行检测。避雷体系安装完后应及时提交验收,并将结果及时记录。楼层间楼板与幕墙之间应有防火保温措施,防火保温材料的安装应严格按设计要求施工;防火保温材料宜采用整块岩棉,固定防火保温材料的防火衬板应锚固牢靠。6 保护和清洁(1)施工中的幕墙应采用适当的措施加以保护,防止发生碰撞、污染、变形、变色及排水管堵塞等现象。(2)施工中对幕墙及幕墙构件表面装饰造成影响的黏附物要及时清除,恢复其原状及面貌。(3)幕墙安装完后,应从上到下用中性清洁剂对幕墙表面及外露构件进行清洗。清洗玻璃采用中性清洁剂,清洗前应进行腐蚀性检验,证明对不锈钢爪和玻璃无腐蚀作用后方能使用。7 注意事项 玻璃安装前应将表面尘土、污染物擦拭干净。幕墙周边玻璃镶嵌时,对于插入槽口尺寸按 建筑幕墙(JGJ 3035)中的有关规定进行校核。玻璃与任何构件不得直接碰触,玻璃定位后应及时固定并保持平整。玻璃安装完毕应先进行自检,合格后报质检人员进行抽检。抽检量为总数的5%以上,且不少于5件;所检测点不合格数不超过10%,方可判为合格。玻璃的品种、规格与色彩应与设计要求相符,整幅幕墙玻璃的色泽应均匀,玻璃的镀膜面应朝向室内方向;若发现玻璃的颜色有较大的出入或镀膜脱落等现象,应及时向有关部门反映,得到处理后方可安装。玻璃在安装时候应注意保护,避免碰撞、损伤或跌落。因玻璃面积较大及重量较重,故应采用真空吸盘提升安装。分格玻璃拼缝应竖直横平,缝宽均匀,并符合设计及规范中的偏差要求。每块玻璃初步定位后,要与相临玻璃进行协调,保证拼缝符合要求。对不符合要求的应进行调校修正,自检合格后报质检人员进行抽检,每幅幕墙抽检5%的分格,且不得少于3个分格。抽检合格后方可进行固定和打胶。在安装时应按设计要求进行防雷体系的可靠连接。8 结 语在本工程的施工过程中由于严格执行了玻璃钢幕墙工程技术规范(JGJ 102296),而且项目部技术组还提出了具体施工作业方案,加之建设方和监理工程师进行实地指导,从而保证了该工程项目圆满竣工。最后,该工程获得了2004年浙江省钱江杯 优质工程奖。(上接第48页)时,桩长的取值系单纯从谋求桩的承载力角度出发,没有考虑桩的深度效应。因此,当确定桩的单桩极限承载力标准值时,对于桩长的取值,设计计算时除了考虑持力层的种类、桩径大小以及所采用的预应力管桩桩尖的形式外,还要综合考虑深度效应这个因素。室外原型试验和工程实践表明,临界深度随着桩径增大而增大,也随着砂持力层相对密度增大而增大,还与持力层上面覆盖层的自重和地面荷载有关。在均质土层中,临界深度一般为310倍桩径范围;当持力层为中密砂土或砂质粉土时,临界深度则在57倍桩径范围。5 停止锤击和终止静压的控制亟需规范化 建筑桩基技术规范(JGJ 94294)第7.4.5条对锤击沉桩停止锤击的控制原则做出了规定。但是,长期的桩基工程实践表明,由于地基土工程地质性状的复杂性和多变性,由于人们对岩土的各种工程地质特性和规律尚未充分认识,同时由于工程地质勘探技术和手段的局限性,地质资料往往难以正确地反映地基土层的埋深和层厚的变化,以及土质的均匀程度,建筑桩基技术规范 提出的停止锤击的控制原则是不够充分的,实际施工时难以规范,这样,常常给桩的承载力留下隐患。在我国现行的规范、规程中,对于静力压桩时最终压力和终止沉桩的控制标准,至今尚无明确的规范要求。随着高强度、高性能预应力管桩的开发应用,新型大吨位静力压桩机械的问世,预应力管桩在桩基工程中得到越来越广泛的应用。因此,对锤击沉桩和静力压桩应该分别编制和颁发国家标准的施工技术规程,以提高预应力管桩的沉桩质量,进一步推动预应力管桩的应用具有深远的意义。45徐生良等:点支式玻璃幕墙施工