軟土地基條件下預(yù)應(yīng)力混凝土管樁頂推糾偏的研究

江蘇無錫二建建設(shè)集團(tuán)有限公司 無錫 214061

1 工程概況

花橋商務(wù)城F地塊酒店公寓工程位于花橋國(guó)際商務(wù)城先導(dǎo)核心區(qū)，主樓部位采用PHC-600（130）A-C80-12,12,12,11，其單樁豎向承載力特征值為2 500 kN，裙房部位樁型采用PHC-600（130）B-C80-12,12,11，其單樁豎向承載力特征值為700 kN?；娱_挖時(shí)由于挖土順序不正確，導(dǎo)致基坑邊坡失穩(wěn)，使基坑圍護(hù)樁產(chǎn)生了較大側(cè)向位移，基坑土產(chǎn)生側(cè)向偏移造成主樓大多數(shù)預(yù)應(yīng)力管樁出現(xiàn)傾斜和偏移?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，共有116根管樁發(fā)生偏移，管樁的最大偏移量超過1 500 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)范允許的范圍。項(xiàng)目部對(duì)出現(xiàn)樁位偏移較大區(qū)域中的所有工程樁進(jìn)行了低應(yīng)變檢測(cè)，低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果為：27根為Ⅱ類樁，89根為Ⅲ類樁。這些樁均在深度11～12 m之間出現(xiàn)缺陷或異常問題，在第1和第2節(jié)樁身之間發(fā)生傾斜和偏移。

2 處理方案分析、評(píng)估及選定

2.1 方案分析

由于本工程工期比較短，需要采用既縮短施工工期又要最大程度上節(jié)約投資的補(bǔ)救方法，通過對(duì)靜壓樁補(bǔ)樁、混凝土灌注樁補(bǔ)樁、推頂法糾偏等3種形式在經(jīng)濟(jì)投入、工期、施工難易程度等方面進(jìn)行綜合比較，推頂法糾正偏位較其他2種方案無論是在可行性、經(jīng)濟(jì)投入、工期等方面都占有明顯的優(yōu)勢(shì)，是切實(shí)可行的。為了充分驗(yàn)證該方案可行性，與會(huì)人員達(dá)成共識(shí)，在大范圍施工前，首先挑選其中偏位比較嚴(yán)重的3根樁作為試樁，對(duì)其進(jìn)行糾偏處理，并檢測(cè)其是否達(dá)到預(yù)期的效果。

2.2 方案選定

管樁糾偏能否順利實(shí)施的關(guān)鍵因素為[1,2]：

1）管樁有較好的樁身質(zhì)量和樁身強(qiáng)度，且管徑不宜小于500 mm。

2）管樁的缺陷部位僅在第1節(jié)樁身范圍以內(nèi)，且樁身未出現(xiàn)明顯的斷裂。

3）管樁的焊接質(zhì)量有一定的保證。

4）施工場(chǎng)地能提供糾偏的反力結(jié)構(gòu)。

本工程的管樁樁身質(zhì)量較好，根據(jù)小應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果，偏斜管樁的缺陷部位一般在11.50 m左右，普遍位于第1節(jié)樁接頭部位，且通過攝像頭觀測(cè)未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫，具備進(jìn)行糾偏的大部分條件。

根據(jù)方案對(duì)3根試樁進(jìn)行糾偏處理，采用比原混凝土強(qiáng)度高一級(jí)的混凝土進(jìn)行填芯，并作試件留置。對(duì)頂推過程做用時(shí)記錄，對(duì)填芯過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)砂石回填做到分層壓實(shí)以提高密實(shí)度。一段時(shí)間后對(duì)處理過的樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，并將預(yù)先留置的試件送檢測(cè)中心進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，結(jié)果是符合設(shè)計(jì)要求的，因此選用頂推法是可行的。根據(jù)糾偏過程中的影像資料、時(shí)間記錄以及承載力試驗(yàn)結(jié)果等數(shù)據(jù)，項(xiàng)目部制訂了相應(yīng)的施工工藝，以便于進(jìn)行大面積的糾偏處理。

3 管樁偏位處理施工工藝

3.1 施工前的準(zhǔn)備工作

管樁偏位主要是由于原有的基坑圍護(hù)樁過短未進(jìn)入粉土層，只到達(dá)淤泥土層，基坑產(chǎn)生了偏移，導(dǎo)致基礎(chǔ)樁產(chǎn)生偏位，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)開挖情況得知現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)很差，土層含水率很高，土層穩(wěn)定性差。因此在施工前提前對(duì)基坑進(jìn)行降水處理，在對(duì)已開挖的地方設(shè)置井點(diǎn)降水以降低水位，管樁偏位主要是基坑開挖后由于基坑邊坡失穩(wěn)，使基坑圍護(hù)樁產(chǎn)生了較大側(cè)向位移，為了防止糾偏后樁基再次出現(xiàn)偏移，應(yīng)先對(duì)基坑周圍采用φ600 mm圍護(hù)樁進(jìn)行加固處理，樁長(zhǎng)超過原有的圍護(hù)樁，并增加了支撐。

3.2 管樁內(nèi)清孔檢測(cè)

施工前先對(duì)樁身內(nèi)側(cè)進(jìn)行清孔。樁身清孔采用高壓水槍進(jìn)行沖水取土，清孔深度為超過第1節(jié)樁長(zhǎng)3～5 m，為糾偏測(cè)量做好準(zhǔn)備，樁外側(cè)混凝土碎塊采用鉆機(jī)清孔，清孔不宜過大，應(yīng)避免鉆機(jī)對(duì)樁身質(zhì)量的破壞。對(duì)管樁樁身質(zhì)量進(jìn)行小應(yīng)變檢測(cè)，并通過攝像頭觀測(cè)檢查是否有明顯的裂縫及偏斜管樁的缺陷部位。若缺陷部位位于第1節(jié)樁接頭部位，就可以進(jìn)行糾偏。

若管樁樁身質(zhì)量存在明顯的裂縫，則進(jìn)行補(bǔ)樁處理，然后測(cè)量?jī)A斜度。測(cè)量?jī)A斜度采用吊錘法，用測(cè)繩將吊錘吊入樁孔檢測(cè)3～5 m范圍內(nèi)管樁的傾斜情況，并計(jì)算傾斜度。偏位根據(jù)樁的定位尺寸圖，用經(jīng)緯儀、鋼尺測(cè)量X、Y方向的偏差，做好記錄。

3.3 糾偏反力結(jié)構(gòu)安裝加固

由于混凝土墊層將作為頂推千斤頂?shù)闹畏戳Y(jié)構(gòu)，千斤頂?shù)闹畏戳Y(jié)構(gòu)在管樁糾偏中起重要作用，但工程地質(zhì)較差，直接在原土上澆混凝土墊層，墊層受力可能會(huì)滑移，因此項(xiàng)目部對(duì)混凝土墊層進(jìn)行了加固處理，混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高為C25，每隔1 m增設(shè)深500 mm、寬300 mm的凹槽，增加抗滑力，同時(shí)也方便糾偏時(shí)定位。若離基坑或已施工結(jié)構(gòu)近時(shí)，可利用邊坡土加固及已建結(jié)構(gòu)作為反力支撐結(jié)構(gòu)。

3.4 設(shè)置糾偏定位導(dǎo)向槽、樁側(cè)土壓力卸載

先在墊層上彈線確定基坑糾正后的位置，在偏位樁與糾正位置間用開槽機(jī)在墊層上開1個(gè)導(dǎo)向槽，深度為穿過混凝土墊層。

在導(dǎo)向槽側(cè)用鉆機(jī)（或高壓水槍）沖水取土，孔的深度根據(jù)偏位樁的深度確定，寬度宜為600 mm，同時(shí)排漿清除樁身前側(cè)的土體，用較小的水平推力使樁復(fù)位。對(duì)于淺部混凝土碎塊采用人工鉆機(jī)清孔，在施工過程中要控制清孔范圍，防止出現(xiàn)清孔過大，施工機(jī)械對(duì)原有的樁身質(zhì)量造成破壞[3,4]。

3.5 糾偏直線度檢測(cè)

直線度檢測(cè)是頂推能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵，若直線度不合格，則頂推會(huì)將樁損壞，因此通過檢查上下樁身是否貫通（直線度）以確定能否進(jìn)行頂推。若直線度檢測(cè)達(dá)不到頂推要求，則需對(duì)樁進(jìn)行加固。一般采用內(nèi)插導(dǎo)向管法加以解決，由于導(dǎo)向管比樁孔略小，因此頂推時(shí)導(dǎo)向管為受力狀態(tài)（圖1）。

圖1 導(dǎo)向管示意

3.6 頂推施工

3.6.1 確定樁頂水平承載力

千斤頂就位前應(yīng)對(duì)樁基進(jìn)行樁頂水平承載力設(shè)計(jì)值的確定，當(dāng)頂推力小于樁頂水平承載力時(shí)，則頂推對(duì)樁身無影響。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）相關(guān)規(guī)定，當(dāng)缺少單樁水平靜載試驗(yàn)資料時(shí)，可以按照式（1）估算預(yù)制樁單樁水平承載力特征值：

式中：α——樁的水平變形系數(shù)，對(duì)于軟黏土，可取m＝4 MN/m4；

EI——樁身的抗彎剛度,對(duì)于鋼筋混凝土樁，EI=0.85EcI0，其中Ec為混凝土彈性模量，I0為樁身?yè)Q算截面慣性矩，圓形截面為I0=W0d0/2；

χoa——樁頂允許水平位移；

γx——樁頂水平位移系數(shù)。

因此根據(jù)計(jì)算，采用小于Rha的水平推力對(duì)管樁的樁身是安全的。

3.6.2 頂推施工過程

采用千斤頂進(jìn)行頂推，在頂推過程中千斤頂?shù)淖饔昧?yīng)均勻，在頂推過程中嚴(yán)格控制頂推速率，防止由于速度過快使樁身斷裂。在樁的另一側(cè)用千斤頂頂推移位，通過若干個(gè)行程將管樁推至復(fù)位，速率控制在每分鐘10個(gè)行程，用高壓注漿管貼緊樁身沖孔，深至持力層，借千斤頂初步推樁移位，要嚴(yán)格控制推擠樁頂移位的速率，以2～5 cm/h為宜，完成總偏移量的1/2時(shí)停30～60 min，保持用高壓注漿管擴(kuò)孔，第2次將樁頂推至復(fù)位。施工開始后、過程中、結(jié)束時(shí)對(duì)樁身做3次垂直度測(cè)量，在垂直度達(dá)到設(shè)計(jì)允許偏差（ l /1 000）后停止頂推，使得樁身朝著預(yù)定的方向糾正，并避免對(duì)原有的樁產(chǎn)生破壞作用。若另一方向仍有軸線誤差，則在該方向重復(fù)上述頂推過程（圖2）。

圖2 施工示意

3.7 骨料填充

管樁糾偏到位經(jīng)檢測(cè)達(dá)到要求后，進(jìn)行臨時(shí)固定并穩(wěn)定，然后在樁側(cè)的孔穴內(nèi)，四周均勻地分層灌入5～25 mm的碎石以及細(xì)砂，每層振搗密實(shí)，并檢測(cè)垂直度。同時(shí)對(duì)處理完成的回填層現(xiàn)場(chǎng)抽檢進(jìn)行密實(shí)度試驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)是否達(dá)到要求[5,6]。

3.8 樁內(nèi)填芯

垂直度檢測(cè)合格后，清洗樁管，然后通過吊機(jī)在管樁內(nèi)下鋼筋籠，在斷裂位置增加加強(qiáng)鋼筋，根據(jù)樁身實(shí)際完整性、垂直度，確定鋼筋籠長(zhǎng)度，并在鋼筋籠底部焊接厚5 mm薄鋼板托板，樁內(nèi)澆筑高級(jí)配微膨脹混凝土，振搗密實(shí)。填芯前再次清洗樁管，然后通過吊機(jī)在管樁內(nèi)下鋼筋籠，主筋為6φ20 mm，在斷裂部位上下1.50 m范圍內(nèi)另加6φ20 mm加強(qiáng)鋼筋（圖3）。

3.9 樁偏位復(fù)測(cè)

在糾偏結(jié)束后，采用吊錘結(jié)合經(jīng)緯儀對(duì)最終糾偏完成的樁進(jìn)行偏位測(cè)量，并用全站儀檢測(cè)軸線是否達(dá)到規(guī)范允許的要求。

3.10 成品保護(hù)

在經(jīng)糾偏處理后的管樁周圍設(shè)立圍護(hù)保護(hù)，實(shí)時(shí)對(duì)基坑圍護(hù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖3 管樁填芯加固施工

4 實(shí)際效果

現(xiàn)場(chǎng)共有116根樁產(chǎn)生偏移，糾偏后114根樁在偏差及承載力方面達(dá)到了規(guī)范及設(shè)計(jì)的要求。糾偏成功率達(dá)到了98%，基坑未發(fā)現(xiàn)明顯的偏移，土層未發(fā)生變化。通過靜載荷、高應(yīng)變及低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果顯示，糾偏加固后的管樁樁身承載力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均滿足要求，可正常使用，2根不合格樁主要是由于直線度檢測(cè)超過了要求，管樁的缺陷部位超過了第1節(jié)樁身范圍，承載力達(dá)不到要求，后經(jīng)補(bǔ)樁處理達(dá)到要求[7]。

5 結(jié)語(yǔ)

在長(zhǎng)江三角洲沖積平原軟土地基，土層含水率很高、土層穩(wěn)定性差，管樁容易在基坑邊坡失穩(wěn)作用下發(fā)生偏位，只要經(jīng)檢查管樁有較好的樁身質(zhì)量和樁身強(qiáng)度，管徑不小于500 mm，且管樁的缺陷部位僅在第1節(jié)樁身范圍以內(nèi)，樁身未出現(xiàn)明顯的斷裂，就可按本施工工藝進(jìn)行糾偏，既可以節(jié)約資金，又保證樁基質(zhì)量，可為今后出現(xiàn)類似情況的工程提供參考。