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软土地基桩基工程打桩过程容易产生的问题以及解决办法


软土地基桩基工程打桩过程容易产生的问题以及解决办法

 

在软土地区,当基底的土是软土时,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。

 

软土地基桩基工程

 

打桩时产生的桩身拉应力影响及对策

 

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。

 

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。

 

 

打桩时软土抗剪强度效应影响及对策

 

打桩时自桩侧面外1~2倍桩径的区域内的软土受到部分重塑,由此引起的高孔隙水压力可能到达或甚至局部超过了总覆盖压力。测试结果指出,含水量的减少会使桩周土密贴桩身,所以拔桩时桩身通常裹着一层薄的坚硬粘土。这层再固结的粘土层,特别是对高灵敏度的原状土,对桩传递荷载到桩周土,和对桩的沉降可能具有很大的影响。打桩时所引起的高孔隙水压力和土的抗剪强度的减少是引起某些滑坡的直接或部分的原因。

 

对含有薄砂层时的软粘土特别有影响,抗剪强度已减少到50%。打桩后重塑粘土的抗剪强度增加非常快。打桩时的另一迹象是打桩阻力的变化,即使在比较短的停歇时间。如更换桩帽上的桩垫或接桩就有明显的变化。这时为了“激发”桩,一般要求先连打几击。抗剪强度在打桩时降低,后来随着时间提高,在桩身外1~2倍桩径的区域内抗剪强度降低了,这个区域内粘土不能恢复到初始的抗剪强度,群桩中抗剪强度的降低会在较远的距离发生。

 

影响土的重塑因素有:如桩长、打桩的方法和粘土的性质,而主要的是土的灵敏度。对某些超灵敏度的粘土,打桩时重塑后的抗剪强度能够低到使粘土沿着桩身向上流动,并且会溢到地表面上。

 

考虑打桩的影响,而在稳定性计算中将抗剪强度减少20%~30%,属较可靠的方法。在计算中一般假定打桩后1~3个月其土的抗剪强度相当于土的初始抗剪强度。对于静压预制桩,其抗剪强度的恢复非常快,试验表明打入桩后3~5天内其承载力值达到或超过设计的承载力值。

 

充分认识打桩时的软土抗剪强度效应影响,能有效分析某些工程滑坡的原因、土坡的稳定性,以及打桩后桩的承载力的恢复状况。对打桩引起的径向裂缝及超灵敏度的粘土溢出造成的施工困难,可预先进行详细的施工可行性设计,考虑超灵敏度的粘土溢出对桩的承载力的影响,防止过多溢出可进行一定量的降水处理。

 

打桩引起的孔隙水压力影响及对策

 

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。

 

 

打桩引起的地面隆起及对策

 

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。

 

 

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