预应力高强混凝土管桩吊脚现象及处理方法

胡 冰，李 杰

（中铁建工集团有限公司，北京 100071）

0 引言

本文以实际工程中的检测数据为依据，介绍了预应力高强混凝土管桩的吊脚现象，分析了吊脚现象出现的原因，并对预应力高强混凝土管桩吊脚的危害进行了论述，最后提出了吊脚桩的处理方法。

预应力高强混凝土管桩因施工速度快、成本低等优点，已被广泛应用于工业与民用建筑以及高层建筑。由于单桩承载力特征值较小，柱底轴力较大，多层及高层建筑的柱下往往需要做多桩承台，核心筒区域为桩筏基础。因根据规范计算的预应力高强混凝土管桩的单桩承载力与实际存在偏差，施工前，设计单位一般要求建设单位试桩，以便确定最终的单桩承载力。但由于现场地质条件复杂，不同区域土层的硬度存在差异，实际施工过程中会因土层较硬，管桩的有效长度达不到设计要求。为达到有效桩长，设计单位通常会要求管桩施工前进行引孔，而引孔很容易引发吊脚现象，且该现象时有发生。

1 工程概况

本工程位于广东省，地下结构1层，地上9层，建筑面积约31 600 m2，采用预应力高强混凝土管桩，桩径600 m，有效设计桩长不小于10 m，单桩竖向承载力特征值为2900 kN，桩基持力层为强风化花岗岩[1]，施工场地土层分布自上而下依次为：①素填土，以黏性土为主，夹碎石，稍湿，松散，层厚约0.6～6.0 m。②粉质黏土，中等韧性，湿，硬可塑，层厚为1.0～5.3 m。③淤泥质土，饱和，软～流塑，层厚为0.8～1.3 m，部分孔可见。④黏土，湿，软可塑，层厚为1.0～6.4 m。⑤中细砂，砂质分选性较差，呈次圆状，含黏粒约10%，饱和，稍密，层厚为1.5～3.8 m。⑥砂质黏性土，具砂感，遇水易软化，稍湿，硬可塑，层厚为0.6～11.5 m。⑦全风化花岗岩，岩芯呈土状，轻敲易散，遇水易软化，稍湿，硬塑，层厚为0.8～4.0 m。⑧强风化花岗岩，岩芯主要呈半土半岩状，夹中风化碎块，岩芯遇水易软化，层厚为3.0～17.2 m。

场地区域被土层覆盖，从整个场地地质勘查结果来看，层位分布较不均匀，层面起伏及层厚变化较大，地基属不均匀地基[2]。个别勘探孔呈现3 m素填土，3 m粉质黏土下面即为强风化花岗岩。典型剖面及柱状图如图1及图2所示。

图1 典型工程地质剖面

图2 典型工程钻孔柱图

2 工程施工中发生的吊脚现象及检测

2.1 工程施工中发生的吊脚现象

采用高强度预应力管桩基础类型，并以第5-2层强风化岩为桩基持力层[3]，结合勘察报告，ZK17土层分布为3 m厚素填土、3 m厚粉质黏土下为9.3 m厚强风化花岗岩，此勘探孔持力层较浅，设计桩长要求不小于10 m，此区域管桩施工前需提前钻孔，钻孔孔径不大于D-50 mm，采用长螺旋钻机干作业成孔，孔深不得超过桩端处深度。持力层为中风化泥质砂岩层，遇水易软化，引孔完毕后应立即向孔内灌注细石混凝土。

以Z1-169#工程桩为例，桩径为600 m，设计有效桩长为15.9 m，单桩竖向承载力特征值为2900 kN，现场预钻孔深度为14 m，第一节管桩长度13 m，第一节施工完成后，桩顶高出地面0.2 m，根据该数据计算，此桩吊脚1.2 m。

2.2 预应力高强混凝土管桩吊脚的检测

桩基单桩承载力检测可采用静载或者高应变法，高应变法是一种间接方法，它要求桩在冲击力作用下桩顶的最终沉降在2～6 mm[4]，本工程采用静载试验进行检测。

根据设计要求，预应力高强混凝土管桩的收锤标准需满足最后贯入度控制值（mm/10击）20 mm，经监理及项目技术人员共同见证，本工程满足设计要求。因存在吊脚现象，根据《建筑基桩检测技术规范》规定，打桩收锤7 d后，对该桩进行静载试验，以便确定此桩在吊脚情况下的单桩竖向承载力。在静载试验前先对此桩进行了低应变桩身完整性检测，桩身完整性较好，为完整桩[5]。静载试验采用慢速维持荷载法，分级进行逐步等量加载，每级加载量为要求最大试验荷载的1/10，第一级荷载取分级荷载的2倍，以后每级荷载取分级荷载，在每一级荷载的作用下，当桩顶沉降速率达到相对稳定的标准时，再施加下一级荷载。当试验加载到3540 kN时，总沉降量为28.9 mm；当试验加载到4130 kN时，总沉降量为58.15 mm，桩顶本级沉降量大于前一级沉降量的2倍，且经24 h尚未达到稳定标准；当试验加载到4720 kN时，总沉降量达到79.65 mm，终止试验。经检测单位综合分析，此桩的极限承载力为3540 kN，达不到设计要求的5800 kN，如图3、图4所示。

图3 Q-s曲线

图4 s-lgt曲线

3 预应力高强混凝土管桩吊脚的原因及危害

3.1 预应力高强混凝土管桩吊脚的原因

结合本项目各地块的勘察报告，只有本期地块的持力层分布极不均匀，局部埋深较浅，且岩芯主要呈半土半岩状，夹中风化碎块，岩芯遇水易软化，干钻稍难钻进；4号地块管桩施工过程中也存在引孔情况，但均未出现吊脚现象。

经初步分析，本地块预应力高强混凝土管桩出现吊脚的原因主要如下。

（1）桩挤土效应。预应力管桩沉桩时，由于桩自身的体积占用了原土体空间，使桩身周边土体被压密并挤开，使土体产生垂直方向的隆起和水平方向的位移，造成已施工的预钻孔垂直度产生较大偏差，管桩无法按引孔深度施工，产生吊脚现象。

（2）采用长螺旋式引孔机钻孔，钻孔孔径不大于D-50 mm，采用长螺旋钻机干作业成孔，孔深不得超过桩端处深度，因强风化土层较硬，引孔后的浮土未清理干净，堆积在孔底且不密实。JGJ 94—2008第7.4.9-1条：对预钻孔沉桩，预钻孔孔径可比桩径（或方桩对角线）小50～100 mm，在桩基施工过程中管桩侧壁挤压，产生摩擦力，随着管桩施工深度增加，摩擦力越来越大，桩端阻力也越来越大，管桩很难继续向下锤击进入持力层，引起达到收锤标准的假象，结合引孔深度及相对应的管桩配桩长度，判定产生吊脚现象。

3.2 预应力高强混凝土管桩吊脚的危害

吊脚桩底部由于悬空或者不密实，致使桩端阻力缺失或减小，吊脚较大的管桩直接引起的结果有两个：①单桩承载力达不到设计要求；②管桩沉降量偏大，Z1-169#工程桩的静载试验结果充分说明了以上问题。如不及时处理，随着单桩受力越来越大，必然引起桩基下沉，以至于引起主体结构不均匀沉降，形成工程隐患。

4 预应力高强混凝土管桩吊脚的处理方法和预防措施

4.1 预应力高强混凝土管桩吊脚的处理方法

对于较硬土质中引孔压（锤击）桩引起桩尖达不到引孔孔底的现象，施工完成后孔底积水使土体软化，使承载力达不到设计要求，造成工程隐患，处理此类管桩的方法主要有以下两点。

（1）对出现吊脚的管桩进行复打或者复压，复打时选择的锤重量一般比打入时的锤重大一些，在桩头不发生损坏的情况下，使管桩桩尖进入持力层。

（2）经复打后桩尖仍无法进入持力层的桩，可分两种情况具体确定方法：①桩吊脚较大时，经复打后仍无法进入持力层，且复打后吊脚尺寸仍较大，结合前面吊脚桩试验结果，此类桩做废桩处理，由设计单位进行相应的补桩。②经复打后，桩尖虽未入持力层，但吊脚尺寸已经很小的管桩，采用抽检做静载试验，以便确定桩的单桩承载力特征值是否满足设计要求，以及沉降是否满足规范要求，根据检测结构判断，此类桩经过复打后满足设计要求。复打后桩的抽检结果如图5、图6所示。

图5 复打后桩Q-s曲线

图6 复打后桩s-lgt曲线

4.2 预应力高强混凝土管桩吊脚的预防办法

（1）根据勘察报告中各土层的特性，提前预判是否有管桩不易穿透的砂层或岩层，选用穿透能力强的桩尖。

（2）控制引孔速度，不得提前大批量引孔，引孔与打桩时间间隔应控制在同一台班内。

（3）因持力层遇水易软化，预钻孔完毕后应立即向孔内灌注细石混凝土，并在初凝前完成打桩。

5 结语

（1）预应力高强混凝土管桩的吊脚现象在预钻孔情况下时有发生，吊脚桩的单桩承载力很低，很难达到要求的设计值。

（2）吊脚的原因主要是预应力管桩沉桩时，桩身周边土体被压密并挤开，使土体产生垂直方向的隆起和水平方向的位移，造成已施工的预钻孔垂直度产生较大偏差。以及因强风化土层较硬，引孔后的浮土未清理干净，堆积在孔底且不密实。

（3）宜使用静载法检测吊脚桩的承载力大小。

（4）通过静压或锤击进行复压或复打，且复打采用的桩锤重量一般要比打入时的锤重量大一些。

（5）选用合适的桩尖并控制引孔速度，可减少桩基吊脚的情况发生。