某工程静压预应力管桩施工异常情况分析及处理

刘宗庆 福建东辰综合勘察院 361012

某工程静压预应力管桩施工异常情况分析及处理

刘宗庆 福建东辰综合勘察院 361012

本文通过对一例工程预应力管桩施工中出现的异常情况的原因和处理情况进行分析，旨在为今后类似工程项目的勘察和设计提供借鉴。

前言

预应力管桩具有施工速度快、质量容易控制、施工时无噪音、震动等优点，得到了广泛的应用。但特殊地层场地和越取越高的单桩设计承载力，给桩基施工带来了很大的挑战和问题，应引起各方的注意。

1 、工程概况

该工程为住宅楼，占地面积1065m2，主楼16层， 地下1层（部分区域为纯地下室），埋深5.20m，框-剪结构，基础设计采用PHC500-1000-A预应力管桩（195根）和PHC400-95-A（102根、抗拔桩），共297根。单桩竖向承载力设计值分别为1700kN和1300kN，桩端持力层为强风化凝灰熔岩，成桩终压力为设计值的1.8倍（试压桩后设计指标为有效桩长大于8m时，终压力为设计值的2.0倍，有效桩长小于8m时，终压力为设计值的2.0～2.6倍），连续三次复压，沉降满足要求。

根据岩土工程勘察报告，场地岩土层分布从上到下分别为：

①素填土：层厚5.70～7.60米。浅灰、浅黄等色，呈稍湿，松散状态，堆填时间约3～5年，未经压实。

②凝灰熔岩残积粘性土：层厚3.50～8.30m，浅黄、褐黄色，呈饱和，可塑～硬塑状态。成分以粘性土为主，局部夹母岩碎块，总体呈自上而下土质变硬，部分孔底有部薄层近全风化基岩，与下伏层呈过渡关系，在现地面下10.00m左右以上多呈可塑偏硬塑状态，23次标贯试验经杆长修正后其值在6.8～12.5击间；而在该层的地面10.00m以下则多呈硬塑状，标贯试验12次经杆长修正后的击数范围值为11.2～22.3击。

③强风化凝灰熔岩：揭示最大厚度为14.10米，黄褐、褐红色，岩芯多呈砂土状，底部呈碎块状，总体呈自上而下风化减弱。

④中风化凝灰熔岩：仅在局部揭示，揭示最大厚度为5.60米，浅灰色，岩石致密坚硬，岩芯多呈短柱状，局部呈碎块状。

场地水文地质条件：场地主要含水层为②凝灰熔岩残积粘性土、③强风化凝灰熔岩、④中风化凝灰熔岩，属孔隙型～裂隙潜水，均属弱透水岩土层，场地地下水混合稳定水位埋深7.15～8.20米。

2 、成桩后复压桩顶沉降异常情况

桩基施工完成后，为准备静载试验，选取11根桩进行复压，现场经过对三根桩的桩顶进行监测，未发现明显上浮，复压终压力为单桩竖向承载力设计值的2.6倍，复压结果，沉降量大大超过规范规定要求。具体的复压情况如表1。

3 、异常情况原因分析

3.1 地层原因

从管桩的入土深度来看，大部分管桩已进入③强风化凝灰熔岩中，少部分管桩到达②凝灰熔岩残积粘性土底部，桩端以下没有软弱夹层存在。但由于凝灰熔岩残积粘性土不像花岗岩等风化的残积土含砂较高，其土（泥）质含量高，挤土效果更多的表现为桩周边土层的向上隆起，而非挤密，这样在有限的挤土效应释放以后其实际竖向承载力自然就变小，难以满足设计承载力的要求，从而造成了复压桩顶沉降量出现异常现象。

3.2 有效桩长短

根据施工完成的所有管桩进行统计，有效桩长小于7m的占总桩数的约60%，由于有效桩长太短，其挤土不能达到长桩一样的挤土效果，同样在挤土效应释放后造成承载力降低而引起复压桩顶沉降异常。

3.3 地下水的影响

根据同类的地质岩土条件和桩型的工程实践证明，管桩成桩后桩芯管内易于积水，而凝灰熔岩残积粘性土及强风化凝灰熔岩经过水的浸泡后易于软化，其承载力较浸泡前降低很多（在人工挖孔桩施工中，该强风化层浸泡前需要爆破后才能挖除，而经过浸泡一个晚上后人力可以直接挖除），这是复压时在同样的终压力作用下桩顶沉降量出现异常现象的最主要原因。

3.4 存在不利埋藏物

勘察报告钻孔中②凝灰熔岩残积粘性土层中未见孤石（或母岩硬块夹层），但也不排除在孔间的凝灰熔岩残积土层中遇孤石（或母岩硬夹层）的可能性，根据同类桩型的工程实践证明，桩端若遇到坚硬土层（碎块状强风化夹层或透镜体）或岩层（如孤石夹层）后，桩端桩身混凝土可能发生人力和仪表不能发现的崩裂断缺，导致成桩终压力能够稳定正常的假象，而在其挤土应力释放后，其竖向承载力大多数不能满足设计要求，在载荷试验或复压时，其桩端桩身混凝土将继续崩裂脆断，并导致桩顶继续下沉，而且仍然没有断桩的异常现象可以发现，这就是139号桩在复压时出现突降异常的原因所在。

4 、施工处理及结果

4.1 施工处理方案

通过上面分析，本次管桩成桩后复压桩顶沉降异常的主要原因是场地存在特殊岩土层②凝灰熔岩残积粘性土及③强风化凝灰熔岩，并且场地地下水对其影响明显，同时地层中存在不利埋藏物。另外，有效桩长较短也是引起复压沉降异常的一大因素。因此，根据具体的工程实际情况及施工特征情况提出如下处理方案：

4.1.1 在场地内有针对性的选几个点进行施工勘察钻探，以准确查明地层具体情况并验证原勘察报告的准确性；

4.1.2 根据不同桩长和具体的施工特征情况，按《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）的相关规定的选桩原则，选取一定数量的管桩进行静载试验，并根据试验结果作为进一步研究处理的原则；

4.1.3 对有效桩长小于6m的管桩可较大幅度的降低单桩竖向承载力设计值，并应进行相应处理；

4.1.4 根据试验结果情况，并按照设计的结构受力特点，采取针对性的处理办法：主楼部分基础可采用①补桩处理、②桩端底部压力注浆加固处理、③ 加大承台利用桩土台共同作用（挖除承台下厚度较小的素填土层采用毛石混凝土或素混凝土托换处理，较厚的素填土层采用搅拌桩或旋喷桩处理）等方法。纯地下室和1层店面区域可采用①补桩处理、②增加抗浮锚杆等方法。

4.1.5 对有效桩长小于6m的管桩采用细石混凝土（C25）全桩段进行灌芯处理，并附加通长的构造插筋。

4.2 施工处理措施

4.2.1 施工单位首先请有资质的勘察单位进行施工勘察钻探，共施工6个钻孔，勘察结果与原勘察报告相符。

4.2.2 有代表性的选择8根桩进行静载试验，试验结果单桩竖向极限承载力最小1886kN，最大3200kN，有6根桩能满足设计荷载要求，2根桩不能满足要求。

4.2.3 根据静载试验结果，设计部门采用了降低单桩竖向承载力设计值，进行补桩，共补桩96根，其中PHC500-1000-A桩84根，PHC400-95-A桩12根。为防止挤土的影响，每日补桩控制在15根左右，同一承台有多根补桩的错开施工，施工时控制压力4576kN，无出现爆桩、断桩现象，管桩均预留至地面进行二次复压。二次复压结果所有管桩均出现不同程度的沉降，单桩竖向承载力原设计值1700kN的管桩开始沉降时压力最小3200kN，最大4200kN。单桩竖向承载力原设计值1300kN的管桩开始沉降时压力最小2400kN，最大3200kN。

4.3 处理结果

根据补桩后二次复压开始沉降时压力，设计部门对整个工程管桩单桩竖向承载力设计值进行调整，分别按1500kN和1100kN进行设计计算，并按此设计值为参考重新选择6根桩进行静载试验，试验结果满足设计要求。

结语

综上所述，本工程由于存在特殊岩土层②凝灰熔岩残积粘性土及③强风化凝灰熔岩，在地下水等作用的影响下，导致成桩后复压桩顶沉降异常，最终采取降低单桩竖向承载力设计值的处理措施是可行且较为合理的，但无疑给工程施工成本造成了很大的提高。今后，对于类似本工程地质条件场地的勘察和设计，在基础形式的选择和单桩竖向承载力的取值等都应引起注意。

表1 静压管桩复压情况一览表

[1]建筑桩基技术规范（JGJ 94-94）.北京:中国建筑工业出版社.1995

[2]《地基处理手册》编写委员会.地基处理手册.北京:中国建筑工业出版社.1993

[3]第九次中国岩石力学与工程学术大会论文集.静压管桩遇孤石夹层后竖向承载力研究.沈阳:中国科学技术出版社.2006

刘宗庆，男，1966年11月生，福建省宁德市人，现为福建东辰综合勘察院厦门分院主任工程师。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.025

预应力管桩; 凝灰熔岩; 复压;沉降