预应力管桩Q

预应力管桩Q-S曲线畸变的原因分析及处理预防措施 预应力管桩Q-S曲线畸变上浮桩的原因分析及处理预防 杨昌生 （张家港保税区建设工程质量检测有限公司 邮编:215633） 【摘要】 本文通过实际工程中上浮的PHC管桩的检测数据Q-S曲线的畸变特性,着重介绍桩的上浮现象,分析产生上浮的现象原因,对上浮桩的抗压承载力检测方法提出科学预防和建议. 【关键词】静载试验 孔隙水压力 挤土效应 负摩阻力 引言 随着预应力管桩生产工艺及施工工艺的日趋成熟，预应力混凝土管桩以及施工速度快、质量可靠、造价相对较低、抗震性能好等优点，近年来预应力管桩（预制桩）特别是管桩在长三角及沿海地区被广泛应用于工业与民用建筑以及在高层建筑中得到了广泛应用，其施工质量的要求也越来越高。但由于土层地质条件的复杂性和施工工艺的局限性，施工过程中容易出现桩偏移、倾斜弯折，场地松软甚至挤断管桩等一些质量问题。本文针对过去工程检验过程中遇到的一些上浮桩的事例，针对Q-S曲线畸变的原因,分析一下初浅的看法。 1．基桩Q-S 曲线畸变的性状及原因分析 1.1在饱和软土中设置挤土桩，如设计和施工不当，就会产生明显的挤土效应，导致桩上涌和移位、地面隆起，从而降低桩的承载能力，有时还会损坏相邻建筑物，桩基施工后，还可能使软土中的孔隙水压力消散，土层产生再固结沉降，使桩产生负摩擦阻力，降低基桩的承载力，增加基桩的沉降。由于承载力设计越来越大,预制桩的长度有限,接桩是难免,理所当然;基桩类型、品种规格繁多，桩间距过小,在打桩的过程中,发现群桩施打有困难,有的达不到设计标高等等,都给建设工程质量带来了质量隐患;按GB5007-2002《建筑地基基础设计规范》,群桩设计要求,桩间距（中心距）一般控制在3—3.5D（D为桩直径）.为了验证设计承载力,对于基桩承载力特征值的确定.由于地质条件工不同,给设计带来了诸多不便,为了给设计提供可靠的依据,在无工程经验和相邻参考数据的情况下,往往单位工程基桩都要先进行试桩,然后进行验收性检验.所以,在过去的多年抽样检测基桩的承载力中，我们发现了Q-S曲线有畸变的现象，畸变的曲线归略了一下，大体上有4各种。尽管按JGJ106-2003《建筑基桩检测技术规程》进行检验,但其最终结果仍然满足承载力要求,纠其原因,大概主要有这几种情况:1、桩的接头搭接不好；2、桩身断裂的缺陷桩；3、桩端虽进行持力层，但下面有孔隙（即吊脚桩）；4、桩身混凝土强度偏低或缩径局部被压碎。其中③种情况尤为突出，Q-S曲线主要表现为先缓变形，当加载至6-7级荷载时，突然加大沉降或曲线突变，Q-S曲线中下凹部分。 1.2基桩的Q-S曲线性状受多种因素的制约，桩周土体的变化、软硬夹层的存在以及桩的施工质量都对Q-S曲线的性状产生影响，当桩周浅部为软土淤以以及松散填土以下为中等坚硬的均匀土层时，Q-S曲线的起始段首先畸变，第一、第二级竖向荷载作用下，沉降量明显大于后续等级下的沉降量，如图1.1.1所示,施工因素是桩身产生缺陷的主要原因;是引起Q-S曲线畸变的主要因素;例如,预制桩制作强度偏低,桩身轴线挠度过大,打桩机械能力过小（轻锤多击）,桩顶不平整或遇到障碍等均能引起桩身折断或桩顶破坏;场地松软桩机移动挤压断裂等等。Q-S曲线在较小竖向荷载的作用下，出现突然转折的陡降破坏（见图1.1.2）。Q-S曲线在突变点之前是一条平缓的直线，突变所对应的荷载值不大，沉降量很小，甚至不到1㎜。突变破坏之后，沉降梯度剧增，Q-S曲线出现竖向转折。并且出现突变破坏后，荷载值 难以稳定，甚至大幅降低。在基桩竖向抗压载荷试验中，为了判明缺陷性质，出现突变陡降后，不宜立即卸荷，应继续观测桩顶沉降超过100㎜；并同时记录沉降出现突变后的荷载变化。这种变化主要表现为砼灌注桩，在这里就不多述了。有时因桩身混凝土强度偏低或上部接桩有缺陷，此时破坏荷载已接近于设计极限荷载，也会导致在较大荷载作用下，桩身强度突然破坏。桩身强度突然破坏的真实原因容易被忽略，应通过Q-S曲线性状分析加以签别。属桩身结构强度破坏时Q-S曲线具有脆性破坏特征；属地基土对桩的支载力丧失时Q-S曲线，在沉降陡降段前有明显的平滑过渡段，Q-S曲线陡降突变之特征。 2．挤土效应对群桩施工的影响 2．1、挤土群桩施工时，由于土体的侧挤和隆起，预制桩特别是在桩沉入地基后，桩周土受到强烈的扰动，主要表现为径向位移（侧挤）和竖向位移（土隆起），桩尖和桩周土在一定范围内的土体受到不排水剪切以及很大的水平挤压，桩周土体接近于“非压缩性”，并产生较大的剪切变形，此时地基扰动，重塑土自由水被挤压，而形成较大的次静孔隙水压力，从而降低了土的不排水剪强度 ，促使桩周土体在沉桩过程中向桩周发生较大的侧向位移和隆起，由于孔隙水向四周消散及地基土体低压缩性的影响以及群桩施工中的叠加因素，进一步加大了位移量和隆起，易造成邻桩的上浮（负摩阻力也就产生了）。尤其遇到大面积密集群桩施工情况。如伴随施工顺序不合理，打桩速率过快，桩身接头连接状态较差时，往往在预制桩接头部位易出现脱开高度数毫米至7-8㎜不等的整合性缝隙，对于短桩（L≤20D）有时还会出现桩身整体上浮，桩端是悬空的现象（即所谓的吊脚桩）。 2．2在密实的砂土地基中，也可看到沉桩时的排土效应，所造成土体较大的侧向位移及较显著的上拱和隆起现象。除了桩脚近的薄层砂土颗粒被挤压破碎，使这部分土获得进一步挤密而附着在桩身上外（在粘性土和松散砂质土地基中一般不存在），桩周其他土体主要表现为侧向位移和隆起。尤其在沉桩振动影响的作用下，密实砂土不仅产生松驰效应，而且还会引起砂土强度显著降低，从而减小了邻近土体对变位的约束作用，尤其对上层土体的约束作用。这将进一步增加地基土的侧向位移和隆起，地表土的上拱和隆起现象更为显著。 2．3不敏感粘性土中沉桩时，土体受挤动时的特征不同于不敏感的饱和粘性土，因为沉桩时，对地基土的扰动会使地下水位以上的桩因敏感粘性土液化，液化土挤到桩周表面上，相应地减小了桩周土体的侧向位移，也减少了桩周范围外地表上的隆起，且沉桩将促使敏感粘性土产生重新固结，从而减少了地基土体的隆起，隆起量也往往小于桩的入土体积。尤其在沿海地区，海边或湖边的填土区，地层中约有8-10米厚的淤泥层（饱和软粘土层），后沉入桩通过挤土的作用，将先沉入的桩上抬起来，就形成上浮桩。据有关国外（sagaseta专家）资料介绍，用球形孔扩传理论提出，地表的水平和垂直隆起量有一个理论计算公式（这里略），该理论公式表明，相应的位移与土层类别有较大关系，这就充分说明单桩侧向位移和垂直位移是存在的，而且群桩效应更为显著，不言而喻是由于叠加效应原理产生的。实际上，在不同的土层中，沉桩引起地基土的隆起量是不同的，在饱和软粘土和密实砂土中隆起量大于密实粘性土层中隆起量。 3．上浮桩的结果分析 3．1上浮的预制桩（管桩）直接引起的结果有两个：正如前面所述的，断桩和吊脚桩。对接桩质量较差时，在桩的下端嵌固紧密，摩阻力很大，在土上抬过程中，对上段桩有往上拉的负摩擦阻力作用，使上段桩与下段桩产生分离，导致断桩。如接桩质量好的，桩的摩阻力较小，土在上抬的过程中，可将桩整体上抬一段位移，大约在7-8㎝，从而造成桩底变空，形成（纯摩擦桩）吊脚桩。从相应的Q-S曲线上可以看出，侧阻力很小，我们在工程测试中发现，当承载力接近摩擦阻力时，Q-S曲线就显得比较异常，有一个陡降的过程，显然满足测试终止条件，但是这只是一种假象，不能就止终结，而应继续加载观察，以判定此类缺陷状态对基桩承载力的影响，为设计处理提供依据，大量静载证实，桩身脱开缝隙的桩，往往在较低竖向荷载作用时，使本级荷载下的沉降量也超过前一级沉降量的5-6倍，《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003已达到规定的终止试验条件。但当缝隙闭合或上浮桩端与硬持力层相接触后，也就是具有端承力一起共同作用时，才能真正反映基桩的承载能力，所以应继续观察，随着持续时间或荷载的增加，变形梯度明显变缓，基桩的承载力又开始调动出来，Q-S曲线出现沉降台阶（见图1.1.3）。由于吊脚桩或接头断开都有这样一个脱开闭合台阶，整桩的支载能力不能就止终结，而应继续加载观察，直至满足终止试验要求。 3.2为了弄明白这一现象，我们对某工程的一根承台上浮桩进行了两次试验，所得出的Q-S曲线就证明了这一点，第一次整根桩由于上抬、吊脚，变成纯摩擦桩，只有侧阻力，桩端阻力没有参加工作，在很小荷载作用下，沉降已经很大，当桩沉降到一定值后，也就是间隙闭合。第二次试验时，桩的承载能力明显不同，沉降变得较稳，桩的承载力就提高很多，这就说明了桩的侧阻和端阻已共同工作的结果。 4．Q-S曲线畸变上浮桩的检测处理及预防 4.1目前对上浮桩竖向抗压承载力检测主要有高应变法和静载试验方法两种，高应变法是对桩施加瞬间的冲击，使桩产生运动，通过安装在桩身的传感器和采集系统连接，收集的桩受冲击之动时桩身自然力和速度两组数据，通过分析数据并结合现场土层情况，拟定一些参数，可计算桩的抗压承载力。高应变方法是一种间接的方法，而且是要求测试人员经验相对较高，而且误差也比较大，相对精度还没有静载荷试验方法来得直接、准确，影响因素多，可靠性较低。当在工程基桩检测过程中发现有上浮桩的情况后，不要马上下结论，应认真对待，首先向公司技术主管汇报，由主检和技术主管共同研究，结合施工、土质、持力层情况认真加以分析，有针对性的继续试验，直至满足试验要求为止。所以笔者建议，应以静载法为主。 静载法主要是模拟结构实际受力状况及荷载，分级施加荷载，按时观察沉降的方法，从而描绘出Q-S曲线，依据现行有效的标准规范及沉降与时间的关系来分析判定承载力的方法。该方法直接简单，而且精度比较高，是普遍采用的传统方法，该方法有利于上浮桩的检测，对上浮桩检测如何处理方法与上述相同，检测技术按相应标准执行，我相信只要坚持科学、公正、严谨的态度对待基桩检测，检测的质量方针、目标一定会实现的。 4.2为了减少上浮桩,关键采取技术预防措施,一是从监控措施入手,加强施打过程中的上抬量控制,采用控制标高的方法,对施打前和施打后的标高进行测量;二是严格施打顺序,应按施工组织设计的顺序进行,三是应根据场地土质情况,对特别软的土质应进行加固,以便施打机械移动，减小机械自重对基桩的有害挤压造成断桩，四是基桩接桩搭接应可靠，对焊接接头要按规定进行无损探伤检测，达到要求后方可施工。五是加强施工过程的监督检查，六是地基开挖的控制，严禁用机械开挖，以防伤害基桩断裂 5.结语 预应力管桩基础由于设计和施工的局限性,容易造成桩身断裂或倾斜等质量问题。实践证明，对于管桩断裂和上浮吊脚等质量问题是可以控制和预防的。只要严格遵守规范规定，按基坑开挖工序进行施工，严把工程检测质量关，类似的质量事故可以减少的，对于我们检测人员来说，发现止类情况一定要认真对待，不要马虎了事，应科学对待每一次检测，分析研究每一根Q-S曲线图，切忌盲目进行，以免给工程造成重大的质量隐患。 参考文献 〔1〕​ JGJ106-2003，建筑基桩检测技术规程 北京：中国建筑工业出版社，2003 〔2〕​ GB5007-2002，建筑地基础设计规范 北京：中国建筑工业出版社，2002 〔3〕​ 2008大地仪器有限公司 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 集 广州 作者信息： 单位：张家港保税区建设工程质量检测有限公司 姓名：杨昌生 职务 技术负责人 职称 高级工程师 联系电话：13451715146 电子信箱：444315814@qq.com