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摘 要:PHC樁作為近年來我國出現的一種新型預制樁,憑借其單樁承載力高,耐打性好,穿透能力強以及施工便捷、質量可靠、經濟性好等優點,已經得到廣泛應用。但我國北方地區應用相對較小,本文通過工程實踐分析總結PHC樁在我國北方港口工程中的應用。全文包括分析解決PHC樁打設中遇礫卵石層的問題,其中還包括相關PHC樁基承載力檢測的高應變試驗及靜載試驗等。
關鍵詞:PHC管樁、AGLOR、礫卵石層、檢測、厚度
Abstract: In this paper, through the engineering practice analysis of PHC pile in ports in North China engineering application, analysis and solution of PHC pile in gravel layer in question, which also includes PHC pile bearing capacity test of high strain test and static load test.
Key words: PHC;AGLOR; piles of gravel layers; thickness; detection
中圖分類號:TU473.1 文獻標識碼:A 文章編號:
1、引言
PHC樁作為近年來我國出現的一種新型預制樁,憑借其單樁承載力高,耐打性好,穿透能力強以及施工便捷、質量可靠、經濟性好等優點,已經得到廣泛應用。但我國北方地區應用相對較小,且PHC樁對地質有適用性的要求。有的地質并不適用,如土層中含有不宜作為持力層而且管樁又難以貫穿的堅硬土層,如較厚的砂層;土層中含有較多影響沉樁施工的孤石或其他障礙物等。本文通過工程實踐分析總結PHC樁在我國北方港口工程中的應用。特別是針對北方地區海岸線易出現的礫卵石層,文中通過設計計算、打樁施工工藝及打樁記錄、樁基承載力檢測的高應變試驗等分析總結,PHC樁遇礫卵石層的適應性及打設PHC過程中的注意事項等。
2、工程概況
2.1、工程概況
北方某船廠船臺區共有4個船臺滑道,單個船臺滑道長680m。900t龍門吊軌道梁分列船臺區兩側側。900t龍門吊軌道梁軌道梁單側長1159m。船臺及900T軌道梁PHC樁總數約為1.35萬根。船臺滑道和900t龍門吊軌道梁均采用φ800mmPHC樁樁基基礎,樁外徑800mm,內徑580mm,采用混凝土的強度等級為C80F350。PHC樁樁型由生產廠家提供。
2.2、工程地質條件
根據勘探資料,地層由上至下劃分為:
素填土、粉土、細砂、中砂、粉質粘土、礫卵石、粘土、碎石、石英砂巖殘積土、強風化輝綠巖、中風化輝綠巖、強風化石英砂巖、中風化石英砂巖。
礫卵石層、碎石層樁側阻力和樁端阻力設計參數如下:樁的極限端阻力標準值為3500 kPa及4500 kPa,樁端阻力特征值為2000 kPa及2600 kPa。
3、結構的空間計算
以900T龍門吊(雙)軌道梁的計算為例:
本次計算的對象為船臺區900T龍門吊(雙)的軌道梁及其樁基礎。各構件的內力均采用目前廣泛使用的有限元軟件Algor進行空間計算。根據結構計算結果對樁基進行選型(PHC樁)計算,進行樁基礎的單樁垂直極限承載力驗算;對軌道梁進行配筋計算。經ALGOR建模計算,可知900t龍門吊(雙)軌道梁φ800mmPHC樁樁基承載力滿足計算要求。
4、PHC樁基施工
4.1、打樁設備及打樁要求
項目特點是PHC樁基數量巨大,船臺及900T軌道梁PHC樁總數約為1.35萬根。因為項目的主要質量控制重點及難點均在PHC樁基的質量上。PHC施工中,采用HD80型柴油錘,同時采用十字尖樁靴。打設PHC樁時樁時以貫入度控制,最后一陣10擊平均貫入度小于5mm,同時通過設計樁底高程校核,方可停錘。
4.2、PHC打設遇礫卵石層
礫卵石層土層分析,卵石(Q4al+m):飽和,稍密-中密,粒徑20~120mm,顆粒不均勻,磨圓度較好,呈圓形或亞圓形。鉆孔揭露厚度0.3~14.40m,層底埋深5.50~29.90m,層底高程-25.54~-1.14m。卵石層下臥強風化巖層。該層在船臺區和900T軌道梁均有分布。
針對礫卵石層PHC樁是否可以打穿;若PHC樁不能打穿礫卵石層,則礫卵石層作為本工程樁基的持力層,樁基的承載力是否能滿足結構要求,在結構上是否安全可靠。這在設計中是一個重點和難點,這一課題在國內尚無更多可以借鑒的經驗。因卵石層下臥強風化巖層,而非軟弱夾層,這是本工程相對有利的一面,因此在設計階段計算設計樁長的時候暫按可以打穿礫卵石層考慮。
施工中發現部分PHC樁無法打設至設計標高,針對部分樁的打入長度和設計樁長差別大的地區及礫卵石層區又進行了補充地勘。綜合原地勘報告及補堪資料可知, 1#、2#、3#船臺區靠海側普遍存在礫卵石層,且厚度在4米以上,同時部分卵石粒徑達到20cm~30cm。現場如3#船臺11分段φ800PHC樁打設過程中存在難以穿透該卵石層的現象。
項目實施過程中設計方建議業主方要求施工單位先暫停卵(碎)石層過厚段樁的施工。同時業主組織檢測單位對已打設的卵(碎)石層過厚段樁如3#船臺11分段等樁位進行靜載荷試驗。
5、樁基檢測
PHC樁在沉樁期間,分期分批進行了高應變動測、低應變樁身質量檢驗及靜載荷檢測。
5.1、高應變檢測
檢測測試儀器為美國PDA-PAL型高應變動力打樁分析儀,沖擊設備采用HD80型柴油錘。資料分析采用實測曲線擬合法,使用程序為CAPWAP(R)2000-1WINDOWS版本。得出單樁極限承載力、樁基阻力、樁端阻力、模擬靜載P-S曲線等成果。
5.2、樁基靜載荷檢測
1)檢測對象:船臺樁基工程中的S3E-11-12號樁,該樁總入土深度為18.21m,最后貫入度為3mm/10擊,樁徑800mm,設計承載力1863KN。
2)檢測原理:采用慢速維持荷載法,主要檢測設備為JCQ-503D靜力載荷測試儀、CYB-10S油壓傳感器、MS-50容珊式位移傳感器,按照要求對選取的工程樁,分10級逐漸加載,對此試樁的加載總值定為其設計承載力的1.6倍。
3)檢測結果:通過現場靜力載荷試驗,載荷測試儀采集數據如下:最大加載值3000KN,累計沉降為19.56mm.
6、綜合分析
設計方結合原地質資料、補充勘查報告和大量的打樁記錄等相關資料,對持力層為卵(碎)石層的樁基進行了承載力驗算,計算結果滿足設計要求。同時結合某質量檢測中心提交的《樁基檢測報告》(靜力荷載試驗)結果:S3E-11-12#預制管樁(φ800PHC樁)的豎向抗壓承載力設計值滿足設計要求, S3E-11-12#屬于持力層為卵(碎)石層的樁基。得出船臺SLS區卵(碎)石層可作為樁基持力層。
7、結論
7.1、文中介紹的項目工程實例,已經通過了相關驗收,并投產使用2年,船臺和900T龍門吊基礎穩定,未發現任何因PHC樁基基礎引發的問題。PHC管樁在北方港口工程的適用性上得到了充分論證。
7.2、通過實踐工程的地勘資料,打樁記錄,設計樁基承載力的計算,樁基高應變檢測等各方數據綜合分析,得出如下經驗供參考借鑒。針對礫卵石層(粒徑20~120mm)層厚4m以下800mm直徑的PHC樁采用HD80型(以上)柴油錘和十字尖樁靴基本可以打穿;若層厚4m~6m之間,則打穿有一定的概率;若層厚6m以上則很難打穿。
7.3、礫卵石層(粒徑20~120mm)可作為樁基持力層,設計計算的樁基承載力較高應變檢測的PHC樁樁基承載力偏低。因為樁基計算樁土約束力多為經驗公式,在理論計算值和實測值存在一定的偏差。建議最終以一定數量的靜載荷檢測樁的檢驗結果為判定樁基承載力是否滿足設計要求的主要依據。
7.4、試打樁對于樁基對地基土的適應性是最好最直觀的體現,針對地質變化比較大的場區,做好地勘工作及試樁工作將給工程的樁基設計帶來最可靠的依據,將有效的節省工程造價。
參考文獻
[1] 《港口工程樁基動力檢測規程》(JTJ 249-2001)
[2] 建筑基樁檢測技術規范,JGJ 106-2003