高強預應力砼管樁在軟土地基中的技術應用

文/鄧家學 溫州銀苑房地產開發(fā)有限公司 浙江溫州 325802

1、工程概況

工程位于蒼南百年古鎮(zhèn)的某住宅小區(qū)項目，總用地面積約為45000m2，總建筑面積約為105000m2（地下室面積約為30000m2），居住總戶數為453戶；共有12幢建筑組成，其中：排屋建筑四幢，會所一幢，高層建筑11+1F 一幢、15+1F二幢、28+1F四幢，其余為餐飲、商業(yè)及相關配套用房，地下室為一層。

樁基礎全部采用高強預應力管樁（PHCФ600A×110），設計有效樁長約為51～54米，主樓單樁豎向承載力特征值約為2700KN,多層為獨立承臺式基礎，高層為1.85米厚筏板基礎，滿鋪地下室。多層采用框架結構，高層采用框架-剪力墻結構。

該項目屬于縣重點建設項目，地下室又屬于縣人防重點防護工程，項目的建成在提升城市整體檔次和完善城市功能方面起著重要的作用。地下人防工程設計單位是上海市地下空間設計研究院，建筑設計單位是浙江工業(yè)大學建筑設計研究院，監(jiān)理單位是浙江宏基建設工程監(jiān)理咨詢有限公司，施工單位是中廣建設集團有限公司（樁基專業(yè)分包單位為：溫州大地基礎工程有限公司）。從整體上看，場地呈平行四邊形，由于地下室面積較大、結構體系復雜，現根據工程規(guī)模、地質條件等，如何進行樁基施工和軟土地基的基礎處理是關系到整個主體結構工程安全性的關鍵。

該地下工程的基坑自然地坪以下均為淤泥，呈灰色，流塑狀，高壓縮性，由粘粉粒組成，含少量貝殼碎屑及有機質，局部夾有少量粉砂，該層全場均有分布，厚度為1.5m～12.5m，均勻性較好；上部1.5m約為雜填土和淤泥質粘土，12.5m～23.6m為含粉質粘土礫砂和圓礫層（即夾層），23.6m～50.2m粉質性粘土，50.2m～58.5m均為圓礫層（該巖層設計為持力層）。

該工程所在地區(qū)為海洋氣候，離海邊約10公里，常年氣候比較濕潤、年降水量較多，特別是在每年的7～10月份為臺風頻繁的季節(jié)，對地下室挖土和基坑的施工是非常的困難，也是一種考驗。

2、樁基施工的控制要點

（1）根據設計要求，結合地質條件，首先對對場地進行回填，為節(jié)省場地回填的成本，采用錘擊法施工（靜壓法施工對場地的要求比較高，由于靜壓樁機加配重約400噸～500噸，一般要求回填道渣約1米厚，才不至于樁機下陷，而錘擊法施工因樁機較輕，場地回填只需道渣約0.3米～0.5米厚即可滿足打樁要求）；由于土質內有多層的圓礫夾層，便于施工和穿透圓礫夾層，達到設計的樁長和承載力，選用C80高強度預應力砼管樁，D83型樁錘進行施打。

（2）確保樁身垂直。樁身保持垂直，可減少打樁時因偏心受力而使樁身破壞的機會，成樁后的垂直度也能得到保證。在軟土地基上施工要保證樁身垂直，首先要對場地進行認真的平整壓實，避免在施打過程中因震動而使樁架產生不均勻沉降，使得樁機導桿不垂直，第一節(jié)樁即底柱一定要插直，不然后面接上去的樁節(jié)就更斜，所以規(guī)定插入地面的垂直度偏差，不得超過樁長的O.5%，如發(fā)現樁身不垂直應拔出重打，過程中可采用兩臺經緯儀成90度角對樁身的垂直度進行觀測、控制。

（3）焊接要求。焊接鐵件必須保持清潔，由2個電焊工在對稱方向同時施焊，上下節(jié)樁的中心線不得有偏差，節(jié)點彎曲點高不得大于1%樁長；焊接層數不得小于3層，內層焊渣必須清理干凈后方能焊外層，焊縫應飽滿連續(xù)。每道焊接接頭必須超前引弧以免產生缺陷，根部必須焊透。焊接部分不得有凹痕、咬邊、夾渣、裂縫等質量缺陷。表面加強焊縫堆高宜≤lmm，焊接后應進行外觀檢查，發(fā)現有缺陷應返工重焊，同一道焊縫返修次數不得超過2次。焊完后須冷卻10min，待焊縫冷卻至常溫后再繼續(xù)沉樁（嚴禁用水冷卻或焊好即壓），防止高溫的焊縫遇水變脆而被壓壞。

（4）沉樁過程應連續(xù)跟進，避免中途停歇。在預應力管樁的沉樁過程中，樁周圍的土體發(fā)生急速而激烈的擠壓，土中孔隙水壓力急劇上升，土的抗剪強度大大降低，這時樁身很容易下沉，一旦中途停歇下來，隨著時間的推移，樁周土體中的孔隙水壓力就逐漸消散，土體發(fā)生固結，土的抗剪強度逐漸恢復和提高，這時要繼續(xù)沉樁就相當困難，特別是在較厚的粘土、粉質粘土層中幾乎無法繼續(xù)沉樁，所以無論采用錘擊還是靜壓沉樁都應盡量避免中途停歇。

（5）安全防護。由于本工程為滿鋪地下室，設計樁頂標高均為地下室底板承臺以下，打樁完成后在地面會留下孔洞，存在較大的安全隱患，為防止發(fā)生安全責任事故，應在打樁完成后及時用竹籬笆或其它蓋板等材料對孔洞進行覆蓋，“防患于未然”！確保安全生產。

3、土方開挖前技術要求

3.1 長樁處理

由于本工程樁設計是端承摩擦樁，終錘的控制標準是：“以控制貫入度為主，以控制標高為輔”。在終錘完成工程樁后難免會有長出地面和高出設計樁頂標高的長樁，在挖土之前就要先將長樁截斷，防止長樁因挖土機在操作過程中碰撞或周邊土挖空后造成斷樁和傾斜。

3.2 確定挖土、運土方案

在土方開挖前要先確定科學合理的挖土和運土方案，在確保工程樁不被挖斷、擠斷的前提。確定挖土和運土路線，有條件的要先將上部土層用水泥攪拌樁進行固化，提高土的承載力，再用道渣回填壓實做路基，防止大型機械和車輛在挖土和運土過程中對周邊的工程樁擠壓，造成傾斜和擠斷。針對本工程的地質條件，上部土層為雜填土比較松散、可塑性差，再加上其下部土層為粘土和淤泥土，含水量又比較大，很容易造成塌方，所以要分段分層開挖，挖到設計樁頂標高。

3.3 糾偏補強措施

（1）開挖鑿樁接樁法

該方法的原理是將工程樁開挖到斷裂面，鑿除斷裂樁以上部分工程樁，采用普通管樁接樁方法，用鋼筋混凝土二次接樁到設計標高，該方法只適用于樁斷裂面距基底較淺的情況。

（2）補強加固法

補強加固法是在斷樁周邊適當位置補打工程樁，替換該斷樁。由于預應力管樁一般為大噸位的樁，需要用大噸位的樁機來施工，而經土方開挖后，大噸位的樁機不可能再進場，不僅對場地的要求比較高，費用也高，同時對周邊的樁產生一定的影響。針對這種情況一般采用鉆孔灌注補樁比較合適。

（3）沖淤水平頂拉糾偏法

沖淤水平頂拉糾偏法是采用沖淤手段減小斷樁糾偏方向土壓力，借助反力支承系統使用手動葫蘆提供水平拉力（也可使用千斤頂提供水平拉力），使斷樁復位，樁孔內放入鋼筋籠并灌注混凝土，使樁得以加固的施工方法。

綜合以上三種方法，再經過施工、勘察、設計、建設和監(jiān)理五方主體單位的專家共同努力和精心研究，對工程中偏樁和斷樁進行了糾偏補強。

4、樁偏位和斷裂的原因分析

經過對樁基現場實地考察,結合檢測報告經專家論證,對該工程樁偏位和斷裂的原因分析如下：

4.1 工程地質原因

地質情況很差,地質變化明顯,具體表現為：粘土和淤泥質土層明顯偏厚,土內含水量較高（35.8%～65.6%）,且有5.2～6.7m厚的圓礫和粉質粘土層土質,因其承載力很高,很難穿透。樁受到重壓力在穿越圓礫和粉質粘土時,上部的淤泥質土和粘土對樁身的束縛力很小,導致樁身偏位情況的發(fā)生。

4.2 場地回填土強度不足

原場地為稻田,政府在土地出讓時未采取換土措施或土體加固,只進行了簡單的表面回填處理,再加上其中一個地塊（本項目由兩個地塊組成）原為河道叉口，下方多為淤泥質土，因打樁機自重大,樁機在打樁過程中多次發(fā)生樁機沉陷。同時打樁過程中也有擠土效應，導致土體側向擠壓,進而應力向周邊擴散,致使已完成的樁基出現偏位和斷裂現象。

4.3 樁基施工方案未針對擠土效應采取技術措

本工程樁基面積大、密集度高,且打樁速度快,平均每天每臺樁機打樁8根，共三臺樁機同時施打。因預應力混凝土管樁屬擠土型樁,在施打大面積密集樁群時尤其是封閉式樁尖,往往造成先打入的樁被后打的樁擠土產生傾斜偏位，甚至斷裂。

5、樁基檢測

樁基糾偏補強結束且混凝土養(yǎng)護強度達到標準要求后,對糾偏補強的樁基做低應變試驗檢測。經有資質的檢測單位對樁基進行檢測：該工程樁的偏位、斷裂樁經糾偏、灌芯補強后均達到了Ⅱ類樁要求,糾偏后樁的單樁承載力極限值均滿足設計要求。

結語：

為節(jié)省建安成本和資金投入，預應力管樁現已大面積應用,但管樁由于內孔空心,抗剪性能相對較差,在淤泥質等松軟地基土中水平約束力小,其變形及位移影響敏感,如未按正確的施工方法操作,很容易出現樁的偏位和斷裂現象,而采用上述技術措施后，管樁在軟土地基中的應用取得了良好的經濟效益,實用性強,安全可靠。