某学生公寓预应力高强混凝土管桩断裂原因分析及处理.pdf

第4 期 2 0 0 7 年4 月 广东 土木与 建筑 GUA NGDONG AR CHI I E C TUR E CI VI L ENGI N EE RI NG No ． 4 AP R 2 0 o 7 某学生公寓预应力高强混凝土管桩断裂原因分析及处理 罗元发 吴 少晖 ( 广东省第一建筑工程有限公司 广州5 1 0 0 1 0 ) 摘要 ： 从土力学角度介 绍某工程半地 下室土方工程施 工过程 中， 由于现场土方临 时堆放不合理 ， 致使 某预应 力 高强混凝土管桩断裂 、 倾斜 ， 并优选补救方案， 在保 证工程质量和 总工期的前提 下， 降低损 失， 达到设计要 求。 关键词： 高强预应力管桩 ；断桩 ；主动土压力 1工程概 况 广州大学城某学生公寓为地下 1 层( 半地下室) ， 地上 7层 ． 总建筑面积 1 1 4 4 0 m ， 采用先张预应力高 强混凝土管桩基础 ， 锤击法施工 ， 规格为 ~ 4 0 0 x 9 5 ， 混凝土强度为 C 8 0 ． 桩身竖向承载力设计值 2 0 0 0 k N， 抗裂弯矩 5 2 k N m． 极限弯矩 7 7 k N m ④⑤ ⑦ ⑩ ⑩ 图 1 1 5 桩 及 土方 堆 放 现 场 平 剖面 图 其中l 5 4 桩为 ~ 4 0 0管 桩 ． 桩长 L = 3 0 m． 桩 尖 已进 入 微 风化 岩 ． 桩基 工 程 完 工 后 ．经高应变动力检测 ． 桩 身结构完整 ． 为 I 类桩 ． 符合 设计要求 但在后续的半地 下 室土 方 施 工过 程 中 ． 发 现 该桩发生倾斜 ． 经低应变动 A —A 力检测 ， 发现桩顶下约 2 ． 4 m处出现断裂现象 ， 土方 施工平剖面如图 1 所示。 根据该工程地质勘察报告， 断桩处由上至下 的土质状况见表 1 。 2断桩事故原因分析 事故发生后 ． 项 目部立 即通知有关各方成立了 事故调查小组， 同时把基坑边堆放的土方全部运走 ， 2 4 表 1 1 5 桩断桩处的土质状况 注 )在前期“ 三通一平， I q 最上 面一层耕植土 已基本被挖去。 并保护现场 经调查核实 ． 各方一致认为该断桩主要 因赶工期所致 ．施工过程中为了缩短工期和节省土 方运输费用 ．以便在地下室 四周土方 回填时就地取 材 ． 因此在半地下室土方施工中． 把基坑中挖 出的土 方大部分堆在基坑边上 ． 个别地方土方堆叠高达 2 m 以上 ． 在基坑边堆土的主动土压力作用下 。 致使 1 5 4 桩发生断裂和倾斜 从土力学的角度分析 ． G B 5 0 0 7 — 2 0 0 2《 建筑地 基基础设计规范》 规定边坡工程主动土压力应按下式 计算 ： = 专Y h k ， 由于边坡 高度< 5 m， 故取 = 1 ． 0 ， 主动土压力系数 k 按规范查表得 k a = 0 ． 2 6 5 ， 则 ： = 1 ． 0 x 专~ 1 9 ． 8 ~ 3 ． 0 x 0 ． 2 6 5 = 4 7 ． 2 2 k N ／ ／ m 边坡堆土 主动土压力作用点距基坑底 的垂直高度为 ： = h ／ ／ 3 = 3． 0 ／ ／ 3 =1 ．0 m． 边坡土压力分布如图 2 ， 把边坡主动土 压力对 1 5 4 桩的作用简化为水平力 和弯矩 眠 。 一 ——厂—_一—— I { i I I ／ 珈 、 l 、 I 、 J 图 2边 坡 土 压 力分 布 图 3桩 顶 边 界 条 件 一 娄! 一 左 一 厂 L 一 一 上 f●● ● 1●， L 维普资讯 2 1 1 0 7 年4 月 第4 期 罗元 发等： 某学生 公寓 预应力 高强混 凝土管 桩断裂 原因分 析及处 理 A P R 2 1 10 7 N o ．4 根据文献『 1 ] m法中的无量纲计算法 ， 由于桩顶 可 自由转动 ． 故桩顶边界条件如图 3 ， 在水平力 和 力矩 作用下 ． 桩身最大弯矩及其位置可分别按下 式计算 ： 即 ‰ C 2 ， X = 。C 8 0预应力混凝土管 桩E = 3 ． 8 ~ 1 0 10 N ／ m 2 ． 查资料得水平地基系数随深度 线性增长的比例系数m = l O x 1 0 6 N ／ m m z ． 预应力管桩 惯性矩， = ( d 外 q ) ／ 6 4 = ( 0 ．4 4 _ 0 ．2 1 ) ／ 6 4 = 3 ． 8 x 1 0 -a m 4 。 根据规范要求 ．考虑桩周土空间受力的影响． 计 算 宽度 b ~ - 0 ．9 x ( 1 ． 5 d 外 + 0 ． 5 ) = o ． 9 x ( 1 ． 5 x 0 ．4 + 0 ． 5 ) = o ． 9 9 m， 故 H0 = E 6 0 = 4 7 ． 2 2 x 0 ． 9 9 = 4 6 ． 7 5 k N， Mo = E． b 0 X= 4 7 ． 2 2 x 0 ． 9 9 x1 ． 0 = 4 6 ． 7 5 k N n l 。 桩的相对刚度系数 ~ v ／ E l ／ ( m b o ) = 1 ．0 8 m 。 根据 无量钢系数 C = M o ／ ( H o ) = E6 0 ／ ( 6 0 ) = 1 ．0 ／ 1 ．0 8 = 0 ． 9 2 6 ． 查表 6 — 3 — 2得换算深度 ： 0 ． 9 7 6 ． 故最大弯矩 离基坑底的垂直距离为 ： ： 0 ． 9 7 6 x 1 ． 0 8 ： 1 ． 0 6 m， 距桩顶为 1 ．3 m + 1 ．0 6 m = 2 ．3 6 m， 并根据 = IT／ ， 查表 6 — 3 — 1 得无量钢系数 C 2 = 1 ． 6 6 ，故 = Mo C 2 = E a b 0 x C 2 - -4 7 ． 2 x O ． 9 9 x 1 ． 0 x 1 ． 6 6 = 7 7 ． 5 7 k N． I n ． 大 于预应 力混 凝 土 钢管桩本身的极限弯矩 7 7 k N． I n ．故导致该桩断裂 ． 桩的实测断裂位置为桩顶以下约 2 ． 4 m． 与理论计算 位置很接近 3补救措 施 根据地质勘察报告 ． 该场地土层 中的粉质粘土 可塑 、 承载力较低 ， 不宜作为建筑物地基持力层 ： 淤 泥层承载力低、 抗剪性差 、 松散 、 粉细砂易液化 ， 未经 处理也不能作为建筑物地基持力层 ： 可塑性砂质粘 土工程地质性能较好 ． 当满足上部荷载要求时 ． 可选 作 2 4层低矮建筑物的天然地基浅基础持力层 。 我们初步制定了3种补救方案： ①采用高压灌 注水 泥浆 ． 使 淤 泥层 淤泥 固结 ． 提 高 土体 承 载 能力 ； ②在 1 5 4 " 桩旁对称补打 2根预应力高强混凝土管 桩 ；③ 以 1 5 4 * 桩 为中心． 以纵横间 距 5 0 0 m m分别打 入 6行 和 6列 共 3 6根 尾 径 1 2 0 m m 以上 的松 木 桩 ． 桩 长 5 m．穿过 淤 泥 层 进 入 可 塑 砂 质 粘土层 1 m 以上 同时将桩 承台增 图4 桩承台加固处理 大到 3 mx 3 m， 高度仍为 9 0 0 mm， 承台钢筋的大小 、 型 号和间距不变 ． 详如图 4所示 根据以上 3种方案各 自的特点 ．并结合工地实 际情况， 我们认为方案①所需施工_T期最长 ， 机械设 备费用较高， 无法满足总工期要求 ； 方案②所需机械 设备费用及材料费用最高． 施工 T期较长 ． 也不能满 足要求； 而方案③则造价低， 材料便宜． 工期最短， 采 用工地现有设备即可完成 ． 故应为最优方案 经设计 验算满足要求 4 结 束语 目前的建筑工程 由于各方均追求效益最大化 ． 其合同工期中可压缩的时间相当少 ．因此在工程开 工前应把各种可能出现 的不利情况考虑周全．这一 点是相当重要的 ． 否则一味求快 ． 一旦出现了质量问 题． 则往往欲速则不达 ． 既拖延工期又增大了施工成 本 本文通过介绍某工程中出现的管桩断裂倾斜问 题 ．并结合工程实践分析事故原因．优选出补救方 案． 实施后解决了该工程的实际问题． 最大限度地减 少了工程事故造成的损失．也为今后解决类似问题 提供一定的参考． 实践证明该方案是切实可行的． 达 到了预期的效果 参考文献 [ 1 ]杨克 己．实用桩基工程 ( 第一版) [ M] ． 北京 ： 人民交通 出 版社 ． 2 0 0 4 ． 1 1 [ 2 ]G B 5 0 0 7 — 2 0 0 2 建筑地基础设计规范[ S ] 维普资讯