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软土桩基打桩施工过程中常见问题以及监测方案


软土桩基打桩施工过程中常见问题以及监测方案

 

在软土地区的工程中,当工程的基底土是软土时,建筑物很少采用浅基础。仅当基础设置在厚的硬壳层上,以及其下的软土的厚度几乎是均匀的,且下卧的软粘土的应力增量小,而应力分布又均匀,以致压缩性粘土层的固结所引起的建筑物的平均沉降和差异沉降能被允许时,才能选用这类不打桩的基础。

 

因此,在软土地区除了应用各类灌注桩外,通常采用打入式的预制混凝土桩、钢桩。由于软土的工程地质特性,打桩过程中往往引起种种影响和危害,如:打桩时的应力作用使桩身发生屈服或断裂,土的抗剪强度效应,使高灵敏度软粘土沿桩身表面向上溢出,孔隙水压力的变化使地面产生纵向裂缝,影响桩群四周的稳定性,桩周土侧向位移、地面隆起等。

 

在工程中,软土中打桩挤土造成周边土体的水平位移及竖向隆起, 并在软土中产生超孔隙水压力, 从而引发一系列软土打桩施工问题,本文主要集中于研究打桩时产生的桩身拉应力影响及对策,打桩引起的孔隙水压力影响及对策,打桩引起的地面隆起及对策等几个方面,加强软土中打桩施工,保证工程的质量。

 

软土桩基打桩施工过程中常见问题以及监测方案

 

一、软土中打桩施工的不良影响及对策


1、打桩时产生的桩身拉应力影响及对策


软土中打桩系统由垫板(块)、锤垫、桩帽和专用于混凝土桩或钢桩的桩垫组成,这个系统模拟成两个非线性弹簧和一个质量块。当桩锤锤击桩顶时,在桩顶产生压应力波沿桩身由上向下传播,它的最大强度主要取决于桩锤的锤击速度、锤重、桩锤的效率、锤垫的刚度和恢复系数等。有效锤击能量通过式1计算:

 

式中: 桩锤的效率,其值在0~1之间, 考虑在打桩系统(包括桩帽、锤垫、桩垫)中的能量损失系数, 桩锤的额定能量。

 

锤击最大应力与桩锤系统的有效锤击能量有关。研究应力波的形状和强度的影响因素。由于应力波沿着桩身传播以及能量在土中的损失而减少了振幅。桩身阻尼一般为0.015~0.020 s/m,软粘土中阻尼一般约为0.5~1% s/m。

 

在软土打桩过程中,由于桩端为软土层,初始压应力波在桩端处以反射形成拉应力波向上传播。在采用锤重轻和落距大时,桩端部分会产生高的张拉应力,反射的张拉应力波超过限值时会使钢筋产生屈服和桩身接头脱落,桩身薄弱部分产生断裂等。在实际工程中,会导致桩身发生屈服或断裂,严重影响桩身的完整性及其承载能力。

 

为了减少打桩过程中拉应力波的影响,在工程打桩试验阶段,应进行一定量的打桩监控分析,选择适宜的锤重、落距、锤垫等,监测锤击系统作用下桩身的最大拉应力和最大压应力。打桩工程中也有必要进行抽样监测桩身的拉应力,防止拉应力作用下桩身接头脱节,桩身屈服或断裂带来的严重工程隐患。桩身接头处脱开的应力监测曲线,有较大的拉应力存在。

 

2、打桩引起的孔隙水压力影响及对策


软土中打桩引起的高孔隙水压力一般随着粘土的抗剪强度的增加而增加,随着桩距的减小而增加,群桩的抗剪强度的增加一般大于单桩。打桩后的孔隙水压力值是总覆盖压力的3~4倍。软粘土的孔隙水压力最大增量相当于5~7 , 是粘土的不排水抗剪强度。该值与在理想弹塑性介质中无限长圆柱形孔扩张理论分析而推导出来的理论值是十分一致的。由于桩身表面处的孔隙水压力可能很高,以致打桩时会发生水力劈裂和打桩周围产生一组径向的裂缝。这些径向裂缝使超孔隙水压力迅速消散。

 

当桩周孔隙水压力相当于土中的初始侧向有效应力时,径向裂缝就会闭合。此后,孔隙水压力的消散就会变慢。排水主要是离开桩朝径向流动。打桩引起的高孔隙水压力会影响桩群四周范围内的稳定性,特别是在层状的粘土中。

 

为了有效控制打桩引起的孔隙水压力的影响,在桩身表面上附以排水板的方法,在打桩时可减少孔隙水压力。试验数据表明由于排水而减少了初始孔隙水压力50%。也可通过预钻孔的方法进行减少打桩时的孔隙水压力。

 

软土桩基打桩施工过程中常见问题以及监测方案

 

3、打桩引起的地面隆起及对策


软土中打桩可能引起较大的地面隆起,特别在桩距很小和桩长很大时尤其如此。沿着桩的上部向上的力超过了桩的下部拔出的阻力时,地面隆起能将邻桩抬起。由于打桩时孔隙水压力的迅速消散和土的固结,以及部分饱和土内的气体压缩等,隆起土的总体积常常明显地少于桩的总体积。在深坑开挖中,当桩的间距比较小的时候(少于4~5倍桩径),通常坑面隆起大约是0.5m,特别是对底面隆起安全系数取得比较低时,深坑开挖的隆起是比较大的。

 

在软土中桩的打入会增加土中的侧向压力,当桩距小时,则侧向压力的增加就大。应力增加所取决的因素有:粘土的压缩性和粘土的抗剪强度。在高灵敏度粘土中打桩时,土经重塑后的稠度变成类似重液的稠度。桩表面的侧压力就相当于重液的侧压力。打桩引起的土体隆起,使周围桩产生侧向位移及上拔现象,对桩身质量及承载能力的影响较大,桩身上拔使桩尖于桩端土产生间隙。

 

二、加强软土打桩施工监测


在工程桩基础施工中,对软土中打桩施工的不良影响难以彻底的消除,因此要强工程软土中打桩施工的作用。依据工程软土打桩监测及实测的反馈信息, 及时调整工程软土打桩施工参数,保证工程软土中打桩施工的顺利进行及桩基础的质量。

 

1、在工程打桩前对周围环境的调查研究,工程打桩前应对打桩区边缘 3 倍桩长范围内的环境状况进行详细调查, 要收集周围建筑工程的基础类型, 使用现状, 平面布置,对工程周围地下管线情况进行详细的调查, 有无重要煤气管, 电缆等。

 

2、在工程软土打桩中,土体隆起及水平位移的监测监测点在打桩区内可均匀布置, 软土打桩区外应主要布设在边坡及对位移较敏感的建筑物所在区域。软土打桩监测资料应整理出土体位移随桩数、打桩施工流水、打桩速率变化等的规律, 预估位移发展趋势;整理垂直、水平位移随打桩区距离变化的规律。

 

3、在工程软土打桩中,孔隙水压力的监测在打桩区内应选 1~2 处孔压预计较高的区域集中布点, 不同深度监测点应搭配布置。主要监测孔压与桩入土距离、深度的关系, 在打桩中,监测施工流水对孔压的影响, 监测桩群外孔压变化情况, 确定打桩影响范围, 打桩结束后孔压消散规律。

 

软土桩基打桩施工过程中常见问题以及监测方案


4、在工程软土打桩中,邻近建筑物的监测邻近建筑物的监测包括裂缝及位移发展状况两大方面。每次监测结束后, 根据监测数据应整理出测点位移随打桩流水、建基础埋深、筑物荷重、打桩速率、基础形式的不同而产生的变化。再应用整理的成果以预估位移的发展趋势及建筑物可能产生的损坏。

 

5、在工程软土打桩中,对地下管线的监测应直接在管线上设置抱箍式测点或在管线周围相同深度的土体中设测点, 通过小直径套管, 钻孔,钢筋等将测点引至地面监测。要根据不同管线适应变形的特性, 确定其在地层变形时的允许最小曲率半径, 然后监测在打桩过程中曲率半径的变化情况, 当曲率半径接近允许最小曲率半径时, 即应通知软土打桩施工单位采取措施,保证软土中桩基的质量及整个建筑物的质量。

 

通过软土中打桩理论分析和工程实践,可见软土中打桩施工存在很多问题,只有有效的解决影响软土打桩的因素,加强软土打桩施工,才能保证桩基础的质量及整个建筑工程的质量。

 

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