预应力管桩施工中应注意的几个问题.pdf

2 0 0 5年 9月 第 2卷 第 3期 深圳土木与建筑 预应 力管桩施工 中应注意的几个问题 胡 煜(深 圳 i i 建 筑 i 务 署)摘要：预应力管桩作为一种经济、可靠的基础处理技术，目前已得到广泛应用。本文介绍了锤击沉桩的 桩锤选择方法、静压桩施工时静压力与单桩承载力的区别和联系、挤土效应及防治措施、时间效应及承 载力检验的休止时间、基坑开挖等预应 力管桩施工时应注意的问题。关键词：预应 力管桩；桩锤选择：挤土效应：时间效应 颅应力管桩 的强度 高、耐打性 好、穿透 姒、承载 力高，足 种J 一 泛被采川的桩。韩 等 人 东省桩基应用调杏分析研究 艾中指：“颅 力管桩由于其综合评价得分第 化，f 1 其技 术 素和 经济因素得分均处于第 一 位，因此是最优先推广使川 的桩 型。”1沉桩方法的选择 在深圳地 区，预 管桩的沉桩 疗法 1 婴何铺 击和静压两种方式，一 般情况下，只要能采 j 锤 d 的，就不采用静压。同一 一 场地、同一规格的桩，锤 出 的承载力相对来说更高。锤击沉桩就像用手锤将钉 打入木中一样，是 一 种碰撞现象，碰撞力l l 常 人，作用时间极短(1 1 0 0 0 0 l 1 0 0 0秒)。如 何 锤质量 刀，3 k g，以速度 V=B m s与钉帽接触，经 t=0 0 0 1 秒后撞击结束，锤速 降为 V =1 m S，锤 撞在钉 上后，两者 一起运 动，为简化起 把运 动粗略地当作均减速的，即 V：V a t 根据 动力第二基本定律，作用在锤 l 的 J 为：一 I f 一f 6一l A，0 0 0 l =l 5 0 0 0 N l 5 3 0k 由此 可见，P。从碰撞理论 J 讲，锤 霞 桩晕 越大，沉桩的效率越高，在实践中选择桩锤的 疗法有 两种，按桩重选择和按桩锤冲击 选择。胡煜，1 9 7 3 8，浙汀 台州 人，一 级注册结构 J 程帅，从 事施 J 及 程管 理的技术工作 地址：圳市振兴路建 大厦 8楼 邮编：5 1 8 0 2 9 电话：8 3 6 8 6 6 7 8 1 1选择桩锤的原则 选择 合适 的锤 和锤级(锤 蘑)必 须对桩 的最 最、入 深 度、地 层()分 布、度 作 综 分析，f l 按照桩锤的特性进行选择，论 如何 郜必须选川 t 使川锤 击能 大 沉桩阻力的桩锤，有 时 几种锤配合使用 有效，例 如上海金茂大厦钢管 桩(=卜 楼 巾9 1 4 42 0，设计桩 长6 5 m，送桩深 度 1 7 5 m)础施 对。先川 f 本神钢的 K B-6 0锤 施打第一 2 5 m K移 打 第 5层，接着 2 3 m长的第 2 节桩用荷 I H 公司的 s c 1 5 0 0液压锤打 入2层 约 1 O m，再接 1 7 m的第 3 桩川法 l玉 l D 1 0 0锤打 至第 ，最后插 1 8 5 m K的送桃，用英 B S P公 乍 产的 I 川一 3 O液 锤将桩送 7 8 5 m。打桩阻力包括 桩尖 体阻、J 手 侧 动摩擦阻力和 的弹性位 移 所产生的能量损失。锤 蕈与桩 比必颁卡 I 1 适应，一 般情况 下锤 重与桩 重比越大，打 桩的效率也越高。如果锤 重 小足则沉桩 难。易 丁 引起桩头损坏。但 当 月 大掣锤打小断面的桃时。也会使桩产生纵 向 压 曲或 局部破坏。综 上所述，选择 桩锤 的 原则如 卜：1)保证桩 能穿 过场地 的各 岩()(包 括 硬 夹 层)，进 入 持 层 定深 度；2)管桩的锤击压应力 1 宜超过 桩 砼抗 压强 度的 5 0，锤击拉应 不宜超过桩身 的抗拉强度 和桩 的有 效预压应 之 和，以防 止桩 身疲 劳 和破 坏：I 3)P C桩总锤 i 数不宜超过 2 0 0 0，最后 1 m锤 数1 宜超过2 5 0；P H C 桩总锤击数不宜超过2 5 0 0，最 后 l m锤击数0 宜超过 3 0 0；43 维普资讯 http:/ 2 0 0 5 年9 月 第2 卷 第3 期 深圳土木与建筑 有关资料表 明，柴油锤与蒸汽锤 的锤击波型不 同，具有同级别的冲力时，蒸汽锤的冲击能量要比柴 油锤高 1 2 1 4倍，按沉桩总贯入阻力计算所需的 冲击力来选择锤型时，应考虑桩锤能量相 当这个因 素。1 2 按桩重量选择桩倭 锤重一般应大于桩重，落锤施工中锤重与桩重 的比为 1 5 2 5 为佳，落锤高度通常为 1 3 m，对于 柴油锤，锤重与桩重的比为 1 1 5(丹麦规范中规 定，最小锤重与桩重之 比为0 8)，以重锤低落距打桩 为好。若用轻锤，即使落距再大，也难以将桩打入土 体，且 容易 击碎桩 头，根据 碰撞 理论 可知：=1 H 1 1 1-1_f _ 1 ：(1)：7 1，：十一1 7 ，：(2)=一 7 1，一十 一 7 ，(2)2 2一 一 其 中 T 碰撞开始两物体动能之和：T 碰撞结束时两物体动能之和；m 、m 分别为两物体的质量：v 、v 分别为两物体碰撞前的速度；u 、u 分别为两物体碰撞后的速度；(1)一(2)得：一丁=(圭 ，。!+圭 ，：)一1HI l l l l 2+一 ：甜：改写(3)得：t o-T=l -l ll-)+!)一7 1=(+，。)(V 1-1 1 1)+1 ，V+1 1 2(V-11 2)由 于 一 z，。=(1+膏)(。一 ：)(s)V -1 1 2=一(1+)V-V 2)(6)，7 7+，7 7 4 4 将(5)、(6)代入(4)得 T o-T=)()，)：(：)(l)2 ”7，+7 L +(I 一 11 2)由 于 7，l 一，：=一 (，l 一 ，：)(8)将(8)代入(7)得 7=_J 一 7 1：)2 +7、L 一(一 )：(2(1 一 )2 7，+I l l 一 (9)对于非弹性碰撞，k=0；对于打桩或锻造，则 v=0，则(9)变为：m T m ：，l l ，(1 0)由式(1 0)可知，碰撞 中动 能损失是初始动 能的一部分，损失的多少，取决于两碰撞物体(锤 和桩)质量 m 与 m 的 比值。当m m，时，初始的动能几乎完全消耗在碰撞 中，这样对锻压金属最适合，动 能损失大，一方面可 使锻件变形大、效率高，另一方面使碰撞后的速度 小，减弱 了对厂房结构的振动。因此，在锻造金属时 应该选用 比锻锤重很多倍 的砧座，一般砧座的重量为 锻锤锤重的 1 5 2 0倍。维普资讯 http:/ 2 0 0 5年 9月 第 2卷 第 3期 深圳土木与建筑 V O D 2 N o3 S E P 2 0 05 吼 赢 则 0 一 u，即初始动能几乎没有损 失，这 对打桩工程最 为适合，动能损 失少，一方向不致将 桩打裂，另 一方面 使碰撞(锤击)的桩 具有 较大 的速度，使桩 迅速 下沉。所 以，我们 在打桩 时应 选 用重 量较 大的桩锤。桩 锤重 的选用，可参 见表 1。8 1 3按锤冲击力选用桩锤 只有当选用的桩锤冲击力 P 大于桩的总贯入阻 力 P 时，桩才能穿透土层打入设计规定的深度或岩(土)层。试验资料表 明，P C桩 当锤击应 力为砼 强度 的 7 5 时，锤击 8 1 9次产生疲劳破坏；当锤击 应力为砼强度的 4 5 5 7 时，锤击 2 4 0 0次产生疲 劳破坏。因此，过大的桩锤冲击力将会在桩身中产 生过 大的锤击应 力，从而导致桩 的破坏。为 了防止 打桩 过 程 中 出现 锤 击 应力 过大 导致 管桩 的破坏，预应力混凝土管桩基础技术规程(D B J T 1 5 2 2 9 8)第 6 3 3条规定：“打桩时桩帽与桩 头之间应 设 置弹 性衬 垫。”其 目的是 为 了延 长锤 击作 用 时 间，降低锤击应力。同时该规程的第 6 4 6条规定 如下：总锤击数及最后 1 m沉桩锤击应符合下列规 定：(1)P C桩总锤击数不宜超 过 2 0 0 0，最后 1 m 沉桩击数不宜超过 2 5 0；(2)P H C桩总锤击数不宜 过 2 5 0 0，最后 1 m沉桩击数不宜超过 3 0 0。桩的总贯入阻力 P的大小与土质、桩型、桩长 等 因素有 关，可 按下列 公式计 算：开口 桩 =K【，。+(，。n +(，J ，|J)闭口 桩 =K(+(，0 L )式中S开 口桩尖 的折算面积(c m 2)，一般 取桩尖环形 面积的 2倍；S 闭口桩尖的截面积(C m 2)；L 桩侧 阻力集中区的高度(o m)，一般取 7 8倍 D：D桩 的外直径(C m)；U 桩的外周长(C m)；U 桩 的内周长(C m)；锤重选用参数表 表 1 筒式柴油锤(t)1 2 t 1 8 t 2 5 t 3 5 t 4 t 4 5 t 6 t 7 t 8 t 1 5 t 6 0 0 9 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0-4 5 0 0-5 0 0 o 6 0 0 7 0 0 0-1 2 O O 锤冲击力(K N)9 0 0 1 5 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 1 8 O o o 管桩直径(c m)2 5 3 0 3 c I 40 3 5 4 1 4 0-5 0 4 5 5 5 5 c l v 6 0 5 5 6 5 6 0-7 0 6 5 8 0 8 1 0 o 一般进入深度 粘(m)0 5 1 1 2 1 5 一 5 弓 2 5 3 5 3 4 3 5-4 5 4-5 性 桩尖可达 到静 土 力触探“P s”2 3 4 5 6 7 7 7 值(MP a)一般进入深度 砂(m)0 5 0 5 1 0 5 1 1 1 5 1 1 5 1 5 2 2 2 5 2 3 2 5 3 5 3 5-5 土 桩尖可 达到标 1 5 2 0 1 5 2 5 2 0 3 0 2 5 3 5 3 5 45 4 0 4 5 4 5-5 0 5 0 5 0 5 0 准锤击 值 软 强风 桩尖 质 化 可进 0 5 0 5 1 0 5 1 5 1 1 5 1 5 一 5 0 2 5 3 3-4 入深 岩 中等 度 表层 表层 05 0 5 1 1 1 5 1 5 2 2 2 5 石 风化(m)常用控制贯入度(e ra 1 0击)2 3 2 3 2 3 2 3 3 4 3 5 3 5 4 8 4 8 5 1 0 设计单桩极限承载 2 5 4 0 0-8 0 0 1 5 0 2 5 0 o 3 0 0 0 4 0 0 0-5 0 0 o 7 0 0 0 1 O 0 O 力(K N)6 0 0 2 0 0 0 2 6 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 8 0 0 0 9 0 0 0 l l O o o 1 6 O o o 1 2 1 8 2 5 3 5 4 4 5 6 7 2 8 1 5 锤 的质 量(t)2 7 5|5 6 5 7 5 0 1 0 l 0 5 1 5 21 1 6 4|适宜的桩质量(t)1 1 5 1 3 一 u 2 5 2 5 6 3 7 3 5 8 5 1 0 6 1 2 7 1 5 1 c I 40 45 维普资讯 http:/ 2 0 0 5年 9月 第 2卷 第 3期 深圳土木与建筑 f 桩内土心的摩阻力(K P a)，表 2；f 一一桩侧土的摩l5 且力(K )：R 一一 桩内士心的摩 l5l l (K 1 7 a)；N标准贯入 击数：K 桩身l5且力系数，开 L 桩 t q-收 K=1 0 5 1 1 5：闭L=桩 可取 K=1 2 1 3：根据上式计算所得的P u 值，参考表1，拨锤冲山 力，选用筒式柴油锤。1 4按技术规程、规范选择打桩锤 预应 力混凝 l十管桩 基础技 术规程 (D B J T l 5 2 2 9 8)在附录 C L f 给 H 了选择简式柴油桃锤 参数 表，详 见表 3。2静 力压入预应力管桩 静 力压入沉桩不会产生锤 击沉桩 时的噪，桩 身不会 出现锤击动应力，施 比较 文明。桩的极限 承载力与静力压桩的最后压桩力之间的关系足 程界 很感 兴趣 的问题。沉桩 的压桩 力(终 压 力)不 等 同于桩的极 限承载 力，两者之间的关系随 地基 岩(七)性质 的不 同而不 同，无 确 定 的 比仇。尽 管 如此，对某地区或 某 一类型的地层条件，足有规 律的，例 如J 东地【，终压力与极限承载力的关系 如 卜：Q (1 2 5 1 4 入)P L l ZP Q 一 静 压桩 单桩的极限承载；入 一 一静压桩的 K细比，入：L d 或 L b，其 中 I 为静压桩入土深度，d为静压管桩的直径，b为 静 方桩 的边 长；P 一一 静压桩的终压力值。不 同地区、不 同地 层岩(土)性静 压桩 的终 压 力与单桃承载力的关系不同，有学者对此进行 了 埘比试验 分析，其结果见表 4。i 9 从表 4叮以看 出，桩 的截面尺、日 同，入土深度几乎相等，试桩 3终 压力为 7 l 3 K N，比试桩 2高出4 6 ，但试桩 2和试桩 3的极限承载力均为 1 6 8 7 K N，说明桩的极限承载力 与最终压桩 力没有直接对 关系式，而与桩的入土 深 度和 桩端 处 的岩(_十)层 性质 有 关。粘性 土、粉土层地基 ：的摩擦型静压桩的承载力与终压力没有 直接关系，但桩端处于坚硬 j 层时，最终压桩力越 大，桩 的承 载 力越 高。静压桩的施T终压力 与极限承载力是两个不同 土体的动力强度(KP a)表 2 土质 I灰粘土(N=7 1 0)l 灰粘土(N：2 0 2 5)l 粉砂(N=3 0 5 0)f l 2 5 0 I 2 5 03 0 0 I 3 5 0 R l 3 0 0 0 4 0 0 0 I 4 0 0 05 0 0 0 l 6 0 0 0 8 0 0 0 选择筒式柴油打桩锤参数表 表 3 柴油锤型号 2 5 3 2 3 6 4 0 5 0”6 0”6 2 7 2”8 0 4 冲击锤质量 2 5 3 2 4 5 6 0 7 2 8 0 (t)3 5 4 6 6 2 3 6 5 常用冲程(m)1 5 2 2 1 6 3 2 1 8 3 2 1 0 6 1 8 2 5 2 3 4 锤体总质量(t)5 6 6 2 7 2 8 2 9 2 1 1 1 2 5 1 5 1 8 4 1 7 4 2 0 3 0 0 4 O O 5 0 0 5 5 0 6 0 0 适用管桩规格 3 0 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 8 0 0 4 0 0 6 0 0 单桩竖向承载力设计值 6 O 02 0 0 0 8 0 0 1 2 0 0 l 3 O 0 2 4 0 0 l 8 0 0 3 3 0 0 2 2 0 O 3 g O 0 2 6 0 O 4 5 0 0 适用范围(K N)密实砂层 密实砂层 桩尖可进入的岩土层 坚硬土层 坚硬土层 强风化岩 强风化岩 强风化岩 强风化岩 全风化岩 强风化岩 常用控制贯入度m l O 击)2 04 0 2 05 0 2 0 5 0 2 05 0 3 07 O 3 08 0 4 6 试验桩的最终压桩力、极限荷载表 表4 试桩号 截面尺寸 入土深度 最终压桩力 复压间隔 复压力 极限荷载(c m)(m)(K N)时间(h)(K N)(K N)试桩 1 3 5 3 5 2 2 3 4 8 8 5 4 1 4 3 5(桩未动)l 5 2 2 试桩 2 3 5 3 5 2 2 4 8 8 l 6 8 7 试桩 3 3 5 3 5 2 2 3 7 1 3 l 6 8 7 维普资讯 http:/ 2 0 0 5 年 9,E l 第 2 卷 第 3 期 深勿 tI 土木与建筑 V O 2 N o 3 S E P 2 0 0 5 的概念，小仪 质 川，l l _ 数f“大小也 1 川，静 J 机的j 桩力 址一 机体冲 l 休 卜 透的机 l5 I l J()l I，I J)t f J 1 f Ij!IJ I i J J 1 l f l，J“摩擦。桃 J I t f J 1 戈 J 的 圳 5 3挤土效应及防治措施 3 1挤土效应 C 桩过f t I I，十 I J j-桩仆 的【f 小l _IJ L I J 划 I：挤，他J lIl_J 的 t：剑，的扰动，嘤，为f tJ f 移，桩尖 f I l 扫 d 定池l 的 f 小暖刘 1、仆 水 f _ J 以 人的水、挤J h，柑川 t f 小=接近 J。缩 r ，产 生较 人的，成【I “L 隙水 J I J J 扰 功 唧 l、，午 f j t f n 4 5 1 的桩有 1 9根，最大 垂直度偏差为 l 1。基坑开挖时，严禁边打桩边开 挖，同时还应考虑 时空效应，解决好开挖土方与支 护结 构施工 的关系。4 8 维普资讯 http:/