浅析基桩倾斜产生的原因及技术

汪伟 李高飞 曹峰

摘要:本文结合实例对该工程采用预应力管桩的基础设计,在施工中出现局部桩倾斜度超过规范允许的偏差后,进行承载力计算分析处理，并采取了相应的处理措施。

关键词: 预应力管桩；技术指标；措施

Abstract: this paper for the project of the prestressed pipe pile foundation design, in construction, appear more than standard allows local pile gradient of deviation, after bearing capacity calculation analysis, and take the corresponding measures.

Keywords: prestressed pipe pile; Technical indicator; measures

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

该项目建筑面积约为26000m2 ,为框架结构.桩基采用PC-500(100)和PC-AB400 (75)应力管桩,一桩一柱共793根.

2场地工程地质情况

该工程各土层岩层及自上而下(均全场地) 分布如下:

(1) 基岩:全场地分布.

(2) 中微风化花岗岩:基岩的埋深为-34.5～-38.3m;

(3) 杂填土层,局部有夹填的块石碎砖:厚度2.4～4m;

(4) 残积成因的砂质粘土层:厚度8.6～12.3m,呈可塑～软塑状;

(5) 散体状、碎裂状强风化花岗岩岩层:厚度2.7～4.2m ,埋深由东向西为-27.8～-30.9m;

(6) 淤泥质粉质粘土夹粘质粉层:厚度4.7～7.4m,呈软塑状;

(7) 淤泥沉质粘土层:厚度7.5～10.5m ,干强度及韧性中等,呈可塑～硬塑状;

3 设计的技术指标

基础设计采用端承摩擦桩,桩身为PC-AB500（100),预应力混凝土管桩,桩端持力层为散体状、碎裂状强风化花岗岩层,单桩桩顶竖向力设计值R=1200kN,桩身混凝土强度等级为C40,纵向配筋为10Φd10.7通长.

桩身采用工厂预制,压桩采用PC400型静压桩机,经现场试打桩后确定: (1)以有效桩长26m控制为主,压桩终压值为2690kN; (2)桩长达不到时,压桩终压值提高到4860kN ,最后5分钟持荷的累计贯入度为≤20mm.

4 土方开挖后的工程桩情况

该工程压桩结果:桩长均在24～27m之间. 工程桩竣工后,采用中型机械配合人工进行土方开挖,当桩头露出基糟后发现东南侧的个别承台和东侧两个边轴线的基桩有倾斜的现象;其中,东南侧的部分承台的桩倾斜方向没有规律;而东侧的桩均向东倾斜,倾斜角在5～12之间.

根据检测结果,并结合工程桩的结构受力情况,在I、II 类桩中随机抽选18根,在III类桩中有意抽选了一根倾斜度较大的基桩作静载检测试验.静载结果:3根桩的Q-S曲张图均呈缓变形,静载荷载值至2650kN时,桩顶总沉降量11mm,s-lgt曲线图较均匀,未出现明显跳跃.单桩竖向极限承载力标准值满足设计要求,且有较大的富余;其中倾斜桩静载后未发现有新的异常情况.

5 基桩倾斜的原因及对承载力影响的分析

5. 1 产生基桩倾斜的原因分析

主要有以下原因产生: ①东南侧部分承台范围的群桩倾斜及出现方向没规律,与打桩过程的垂直度控制不严格有关; ②与土方开挖过程的机械侧压有关. ③原东侧有渔塘回填,受打压桩过程中向东挤土侧压力大有关,另外,现场在打这部分桩时恰好遇到下雨,桩机最大下沉达0. 6m深,后来采用整场地回填碎石才得以解决(塘碴2200m3) . 因此,桩倾斜与上述种种原因都有一定关系.而产生东侧两条轴线桩同方向倾斜,很明显是由于该两栋的地基由原池塘回填而造成的.从现场看也确实发现土体开裂并向东滑移.

5. 2 倾斜桩的承载力影响分析

对于东南侧部分承台范围的群桩倾斜,由于倾斜度的偏差均未大于倾斜角正切值的15% ,而且倾斜方向不规则,除对单桩竖向承载有稍微减弱外,对水面荷载的承载能力应该是有利的,在此就不再展开分析.对倾斜度较大的东侧两边轴线的21根，桩虽然也挑选了一根进行静载试验,静载结果也符合设计要求,但是否具有代表性?其他20根桩中选择承载最不利的桩进行验算也是必要的.

5. 3 倾斜桩的承载力计算分析

下面以最不利的一根桩为例进行以下计算分析: 该桩倾斜12°,从地质勘探报告反映的入各土层情况为:淤泥层厚度5.2m ,砂质粘土层厚度8.6m ,花岗岩残积砂质粘土层厚度4.2m ,散体状强风化花岗岩层2.7m.

5. 3. 1 倾斜桩的单桩竖向承载力计算

根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94 ,以下简称《规范》) 提供的公式〔1〕进行计算.

(1)不考虑桩倾斜时单桩竖向承载力设计

R = qpkAp/rp + u∑qsikli/rs (1)

由公式计算单桩竖向承载力设计值为

R=1782kN>1200kN(满足设计要求)

(2)考虑桩倾斜时的单桩竖向承载力计算因为桩是在成桩后才发生倾斜的,即桩顶发生倾斜,因此桩端进入的持力层深度是不变的;则桩倾斜时的单桩竖向承载力设计值为

Rr=R×cos12=1743.1kN

Rr>1200kN(满足设计要求)

式中:RY—桩基倾斜时的竖向承载力设计值;

(3) 考虑桩倾斜后承台底面桩群型心与桩的中心出现偏心时单桩最大竖向承载力设计值为

Ni=N±Mxyi/ ∑y2j±MYxi/ ∑x2j (2)

经计算,可得偏心最大的412#桩的竖向力为:Nmax=1667kN

则Ry×cos12.=1743.1kN> Nmax/1.2=1389.2kN

即考虑桩的倾斜和偏心因素时,该批桩的竖向承载力仍能满足设计要求.

5. 3. 2 倾斜桩的桩身轴向承载力验算

桩倾斜后,其正常工作时是以轴心受压为主的,按《规程》〔1〕规定,桩身混凝土承载力必须满足下列条件:

Nmax ≤ApfcΨc/cos12. (3)

式中:Nmax—偏心竖向力作用下单桩的竖向力设计值;

Ψc—桩身砼工艺系数,取1.0 ;

fc—混凝土轴心抗压强度设计值.

计算得:ΨcfcAp=3544.9kN.

则:Nmax×cos12.=1630.6kN

5. 3. 3 倾斜桩的抗弯能力验算(按外力作用面的桩距较大进行计算) 水平力

H1=Nmax×sin12=346.6KN

式中:H1—偏心后作用于基桩的水平力设计值.从裂缝的位置看,管桩在淤泥层区段产生弯曲变形,则这个水平力对该区段桩身产生的附加弯矩为(不考虑淤泥层的被动土侧反力,假设桩进入持力层一定深度后,在受到来自桩倾斜产生的水平力影响时桩端成固端受力,桩在淤泥层的深度按抗弯最不利的悬臂端进行计算)

M= H1×l1=831.8kNm

式中:l1—有效桩长入淤泥层深度;

混凝土构件抗弯能力为:

M′=fcmbx(h0-x/2) +f′y ,A′a(ho-a′a)-(σ′po-f′py)A′,(ho-ap) (4)

计算得混凝土构件抗弯能力

M=595.75kNm

从以上假设的条件进行计算所得出的桩的抗弯能力是不够的,所以桩身产生了水平裂缝.当然,桩端实际状态不是固端，这是该桩在水平应力择优选用征,只出现水平裂缝,而桩身构件质量没有破坏的主要原因.

6 对倾斜桩的处理

该批桩从单桩的竖向承载力分析是能够满足设计要求的,但从受水平力和整体的稳定性看还是不利的;由于东侧的土体已经出现滑移,土体对桩已经产生侧压力,对桩的稳定和桩顶变位限制非常不利,因此,为确保基桩质量的耐久性和结构安全,现场从设计和施工方面采取了以下措施:

(1) 对边轴线土体滑移严重的部位去土卸荷;

(2) 临时在东侧补打一排钢板桩进行土体稳定加固,在土体稳定后浇筑一道混凝土挡墙;

(3) 对卸荷和为检查裂缝而进行土方开挖的部位进行填砂,并在底板混凝土浇筑时预留高压灌浆孔,待底板施工完成后进行高压灌浆,使桩顶周边的填砂固化成为砂浆岩,以抵抗桩顶附加的水平应力,同时也填补了底板下的空隙以及封闭地下水对桩裂缝处钢筋的腐蚀;

(4) 在边轴线东侧补12根倾斜角为12°,倾斜方向与目前倾斜桩倾斜方向相反的预制桩,以抵抗原倾斜桩产生的附加水平应力;

(5) 把东侧两边轴线的部分承台合并,并与后施工的相反方向倾斜的桩以大承台联系在一起,使双向的附加水平应力在承台内部给予消除;同时加大与中部连接的地梁,以增加基础整体的刚度,提高抵抗因水平力产生的对地梁的拉力;

(6) 在东侧设置了5点桩顶水平位移观测点.

7 结束语

综上所述，该承载分析提醒设计、施工在遇到桩倾斜时,应根据倾斜桩分布情况、倾斜程度进行具体计算分析和处理.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。