文章针对静压桩基础的沉桩原理及特点进行研究,通过深入分析静压桩的施工工艺流程和工艺要点,对常见的质量问题和解决措施进行探讨,为今后静压管桩技术的应用和实践提供参考。
1静压桩沉桩原理
在沉桩施工过程中,桩尖深入进土体中,未扰动土的初始应力状态遭到破坏,桩尖下土体也产生了变形。地面覆土层的土体向四周挤开,桩身受到了土体的法向压力,产生了桩周阻力,当桩顶的静压力>沉桩时的阻力时,桩会继续下沉;当桩顶的静压力<沉桩时的阻力时,桩停止下沉。当静压桩尖处应力>抗剪强度时,土体就会出现挤压侧移和或阻力塑性流动,在黏土的表面,土壤会隆起,砂土将被拖曳下沉。在强烈扰动下,桩周土体平衡被破坏,土体挤压引起桩周土体孔隙水压力上升,导致土的抗剪强度大大降低,土体的抗压强度会在超静孔压力、扰动重塑作用下大大下降。静压桩施工完成后,土体中孔隙水压力开始消散,土体固结强度逐渐恢复,上部桩柱穴区被充满,中部桩滑移区消失,下部桩挤压区压力减小,此时桩方获得工程意义上的极限承载力。
2静压桩的主要施工方法
2.1施工主要流程
静压桩的施工主要流程按如下方式进行:“测量放线、桩机就位、首节桩起吊就位、复核调整桩位、桩端入土初步加压、检查校正桩身垂直度、正式沉桩、观测校正桩身垂直度、压至桩顶距地面0.5~1.0m时,再吊入上一节桩就位、接桩、继续沉桩、做好压力值记录、成桩、移机到下一根桩位”(如图1所示)。
2.2放线测量方法
工程施工需按照设计要求执行,根据施工设计总图,在施工现场的地面上标定建筑物的平面位置、形状和高程,为后续深入施工奠定基础。工程施工过程中,测量工作尤为显得重要,需要准确无误地确认轴线控制点和水准基点。
2.3管桩堆放方法
管桩进场前需通过验收,按规定要求检查外观、尺寸以及检验报告的相关参数。堆放地点要平整,管桩按不同型号分类堆放。场地若足够开阔,可采取单层堆放,若场地有限,可叠层堆放,高度最好≤5层,并在与管桩长度方向垂直位置设置至少2道垫木。垫木宜选用耐压的长木或枕木,不得用棱角的金属构件替代[1]。
2.4管桩就位及初步加压方法
管桩就位后,开动压桩装置,先移动桩机至地面桩位预标记点,然后利用桩机上的起重臂,吊装桩端入土,待桩身基本稳定后,对桩身调平处理,进行正式沉桩,平稳地控制压桩速度、压桩时间和压力参数。
2.5接桩方式
接桩的方式有两种:一种为机械接头连接方式,另一种为端板焊接连接方式,焊接为目前的主流连接方式。整个接桩过程要持续进行,中间不可中断,应合理选配各节桩的长度,持力层位置不得进行接桩操作。两节桩对接成功且垂直度符合要求后才可以开始焊接,焊后沉桩前,要保证焊缝完全冷却,才能继续进行下一操作步骤。
2.6沉桩方法
入土深度、垂直度、截桩长度、桩顶标高及压力值、贯入度等参数确认无误后,方可开展沉桩施工;为保证沉桩的精确度宜采用送桩器操作,既可保证中心点的对准,也可保证施压参数的合格;沉桩到位后,桩身在地面之上的部位应截除,截除后进行下一根桩位的操作。
3静压桩施工要点
3.1施工条件
施工条件具备的前提是场地条件达标,当施工场地不平整时,需要清除场地的异物和障碍物,并用砂石土压实,防止地面过于松软,同时设置好排水系统,确保后续施工的顺利开展。
3.2施工顺序
沉桩顺序的原则是“先中间后四周、先密集桩后稀疏桩、先长桩后短桩、先大直径桩后小直径桩、先大承台桩后小承台桩”。为了确定更为合理的沉桩顺序,需对周围和现场工程地质条件进行勘验,综合考虑地下管线、建筑物与周边环境的关系。
3.3施工方法
管桩设计强度必须高于设计值,施工时要严格控制桩身混凝土的表面温度,温差≤环境温度的20℃。管桩用压力蒸汽养护,平均1次/d,管桩起吊前,要保证桩机平与地面垂直,并平稳准确的调节至相应位置。一般可采用抱压式桩机沉桩,桩机吊运桩身时,抱压力必须<桩身的抗压压力,而且要避开桩身焊缝连接部位。桩身在安装的过程如果产生倾斜,要尽快拔出桩身,不能通过移动桩架的方法进行调整。在安装过程中若无法沉桩或沉桩困难,须停止作业,反复确认地质情况,分析原因,制定有效措施后方可继续沉桩[2]。
4静压桩出现常见质量问题与解决措施
4.1沉桩设计不符合要求
1)原因分析:地质勘察资料与实际工程地质情况存在偏差,相关参数达不到设计要求;由于突发情况,如设备故障、现场异常等原因,导致沉桩过程中断,桩周阻力增大,难以沉桩到设计要求的持力层。2)解决措施:首先,确定项目的地质条件,如有必要,需对地质开展勘察,从而合理地选择持力层、确定沉桩参数与沉桩设备;沉桩过程若出现异常,要立即停止施工,认真分析原因,找出解决措施,切忌不可盲目打桩,以防桩体破损。
4.2接桩处出现开裂现象
开裂现象出现在上、下两节桩的接桩处。1)原因分析:桩的上下段不在同一条直线上,接桩处焊缝部位容易产生应力集中,从而产生开裂;焊接时,焊接接头未接好,接头表面不平整,表面焊渣未清理干净;未严格按工艺要求进行焊接施工,未进行分层焊接、导致焊缝不连续,焊接产生了缺陷,焊后预冷时间较快,产生脆裂。2)解决措施:为了使上下两节桩垂直,建议设置接桩用临时导向箍。先复核上下两节桩的桩心偏差是否存在错位。焊接开始前确认焊机及相关设备完好,焊条型号及材质符合工艺要求,同时对焊接表面及焊接接头部位进行打磨、清洁。焊接时应严格按照焊接工艺参数执行,严格控制焊接电流、电压、焊接速度等参数。焊接接头部位应先开好坡口,在坡口附近先施加点焊以固定上下两节桩,固定好后再拆掉临时导向箍,最后分层、均匀施焊,施焊作业人员必须持有相关证。采用自然冷却法冷却焊接后的焊缝,禁止使用水冷法处理。
4.3桩身断裂
施工过程中,桩身产生倾斜和断裂。1)原因分析:混凝土自身质量问题,导致柱身强度不够,在受力过程导致断裂;桩的存放、运输、吊运过程,防护不当,导致表面出现裂纹或缺陷,当外界施加很大的作用力时,柱身容易断裂;地面出现异常沉降,桩机和桩身产生了严重倾斜,桩身受力不均,受到偏载,最终断裂。2)解决措施:加强过程监控,在施工初始阶段,若发现桩身倾斜,要立刻停止作业并及时纠正。及时调整上下两节桩的平整度,沉桩速度需放慢、放稳,便于及时停止及调整。在施工过程出现断裂,不可惊慌,应组织相关人员进行现场分析,确定处置方法,可加固的采取加固处理,不可加固的要换桩或者补桩。
5结语
综上所述,静压桩是我国基础工程中的一种常见桩基形式,凭借着施工噪声小、振动小、可预制、进度快等诸多优势,得到了广泛的推广和应用。在静压桩实际施工中,应根据施工现场条件等合理确定成桩工艺参数与相关设备,规范开展各道工序,加强质量控制,防止出现接桩处开裂、桩身断裂等问题,切实保证工程基础稳固、可靠,为后续施工作业顺利开展保驾护航。