某工程粘土地層預(yù)制管樁承載力不到設(shè)計(jì)要求的原因分析

鄒利民

【摘要】本文通過(guò)對(duì)某工程粘土地層預(yù)制管樁單樁豎向承載力靜載荷試驗(yàn)的有關(guān)特征進(jìn)行分析，對(duì)施工地點(diǎn)土質(zhì)、單樁豎向極限承載力等要素進(jìn)行測(cè)試，力圖查找其承載力偏低的原因，并對(duì)其可能引發(fā)的問(wèn)題進(jìn)行探究。

【關(guān)鍵詞】淺析；管樁；承載力不達(dá)要求；原因

預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（以下簡(jiǎn)稱預(yù)制管樁），由于其具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、樁身混凝土強(qiáng)度高、運(yùn)輸?shù)跹b方便等優(yōu)點(diǎn)，加之曲靖各城市中心區(qū)均分布于面積不等的低中山緩坡沖積型壩區(qū)，建筑地基土層較厚，比較適宜預(yù)制管樁施工，因此混凝土管樁基礎(chǔ)在我市工程建設(shè)中得以廣泛運(yùn)用，預(yù)制管樁一般采用靜壓法施工，這種方法具有低燥音、無(wú)振動(dòng)、工藝簡(jiǎn)明直觀、接樁靈活、穿透力強(qiáng)、施工速度快、檢測(cè)方便等優(yōu)點(diǎn)，但在特定地質(zhì)條件下，若施工質(zhì)量控制不當(dāng)，單樁豎向抗壓承載力也極易發(fā)生不滿足設(shè)計(jì)要求的現(xiàn)象。特別是在粘土地層而地層的力學(xué)性能差異較大的條件下，單樁豎向抗壓承載力更易發(fā)生不滿足設(shè)計(jì)要求的情況。本文僅就曲靖某校新建校區(qū)工程，預(yù)制管樁單樁豎向承載力靜載荷試驗(yàn)的有關(guān)特征作粗淺分析，并力求找出其規(guī)律，以便在今后的工作中，能有所借鑒。

1、工程概述

曲靖某高校因發(fā)展之需，于西片區(qū)新建辦公樓、教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、綜合館、學(xué)生食堂、宿舍樓等多個(gè)單位工程。該項(xiàng)目各幢號(hào)基礎(chǔ)均為靜壓預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。樁端持力層為④層粘土層，極限端阻力（qpk）1920kPa。

地勘報(bào)告表明，該工程場(chǎng)地地基淺部土層較復(fù)雜，地層結(jié)構(gòu)屬多層型，地質(zhì)評(píng)價(jià)該場(chǎng)地為不均勻地基，其地表往下，各土層性質(zhì)如表1所示。

工程樁施工前進(jìn)行了設(shè)計(jì)試樁，設(shè)計(jì)試樁共26棵，樁徑400，樁長(zhǎng)18m，檢測(cè)結(jié)果單樁豎向極限承載力僅有2棵滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)根據(jù)試樁檢測(cè)結(jié)果僅僅增加了工程樁的樁長(zhǎng)，工程樁的設(shè)計(jì)要求：?jiǎn)螛敦Q向承載力設(shè)計(jì)值辦公樓1600kN，教學(xué)樓、綜合樓和實(shí)驗(yàn)樓1200kN，宿舍樓600kN，學(xué)生食堂（12m）600kN、（18m）1000kN。樁徑除辦公樓為500mm外，其余各幢均為400mm。樁長(zhǎng)共分4種，辦公樓、教學(xué)樓、綜合館20m，實(shí)驗(yàn)樓24m，宿舍樓15m，學(xué)生食堂12m和18m。

2、工程樁檢測(cè)情況及特征

整個(gè)工程項(xiàng)目共抽檢單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)55棵。檢測(cè)結(jié)果，單樁豎向抗壓極限承載力實(shí)測(cè)值滿足設(shè)計(jì)要求的26棵，不達(dá)設(shè)計(jì)要求29棵。通過(guò)對(duì)所檢工程樁的Q-S、S-lgQ和S-lgt曲線的綜合分析，試驗(yàn)結(jié)果反映以下特征。

（1）按樁周摩阻力和端阻力各自發(fā)揮的程度分類，單樁豎向承載力滿足設(shè)計(jì)要求的26棵檢測(cè)樁，均為緩變型，其檢測(cè)樁未進(jìn)入破壞狀態(tài)，從樁周極限摩阻力和樁端阻力各自發(fā)揮的程度考察，其承載特性為端承摩擦樁或?yàn)槟Σ炼顺袠丁?/p>

（2）凡單樁豎向承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的29棵檢測(cè)樁，均為純摩擦樁。經(jīng)對(duì)S-lgQ實(shí)測(cè)曲線的樁周極限摩阻力和端阻力的解析，單樁豎向抗壓極限承載力實(shí)測(cè)值均為樁周摩阻力承擔(dān)，樁端阻力趨近于零。

（3）凡單樁豎向承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的檢測(cè)樁，其Q-S曲線均呈急劇陡降型，極限荷載十分明顯，檢測(cè)樁均達(dá)破壞狀態(tài)。

通過(guò)對(duì)29棵單樁豎向承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（詳見(jiàn)表2），在極限荷載的下一級(jí)荷載的作用下（末級(jí)荷載均未穩(wěn)定），級(jí)沉降迅猛增加，其級(jí)沉降量為上一級(jí)荷載（極限荷載）的沉降量的最小倍數(shù)為16.33倍、最大倍數(shù)達(dá)202.91倍。同時(shí)，S-lgt時(shí)程曲線的極限荷載的下一級(jí)荷載曲線均明顯向下彎曲。

以上各特征均表明，該類工程樁已不能再繼續(xù)承受豎向荷載的作用，巳完全進(jìn)入破壞狀態(tài)。其破壞均為剌入破壞。

3、送樁處理后的檢測(cè)情況及特征

工程樁的單樁豎向承載力檢測(cè)結(jié)束后，有關(guān)人員提出，其承載力偏低有可能是施工擠土效應(yīng)致使樁體上浮，從而產(chǎn)生掉腳造成承載力偏低。為證實(shí)是否上浮掉腳，經(jīng)有關(guān)人員研究決定，對(duì)承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的部分試樁進(jìn)行壓力送樁，并待樁周土體滿足休止期后再進(jìn)行試驗(yàn)。凡二次試驗(yàn)的工程樁，都經(jīng)過(guò)壓力送樁，其送樁深度經(jīng)了解，一般都在150～200mm之間。經(jīng)對(duì)部分已試送樁的再次試驗(yàn)，其承載力提高不明顯，有的相反有所降低（詳見(jiàn)表2）。例如：辦公樓的136#樁，休止期94天，提高16.7%；教學(xué)樓的39#樁，休止期7天，降低12.9%，84#樁，休止期8天，不提不降，351#樁，休止期8天，提高14.8%；綜合館的39#樁，休止期34天，降低14.2%，168#樁，休止期37天，降低12.9%。以上二次試驗(yàn)情況既不判定工程樁施工期間是否上浮，也不能說(shuō)明施工擠土效應(yīng)致使樁體上浮造成承載力偏低。

4、承載力偏低原因初探

該項(xiàng)目工程樁的單樁豎向承載力經(jīng)檢測(cè)后，有關(guān)人員都很詫異。本人經(jīng)對(duì)地勘資料的查閱，特別是以往對(duì)曲靖部分區(qū)域內(nèi)的粘土地層預(yù)制管樁或沉管灌注樁承載力試驗(yàn)的了解，及其對(duì)該項(xiàng)目樁基施工記錄核查和試樁資料的統(tǒng)計(jì)分析，該場(chǎng)地預(yù)制管樁單樁豎向承載力偏低不足為奇。承載力偏低可能有以下因素：

（1）樁端阻力不能發(fā)揮是導(dǎo)致單樁豎向承載力偏低的首要原因。從前述試樁特征不難看出，凡單樁豎向承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的檢測(cè)樁，其樁的承載屬性均為純摩擦樁。因純摩擦樁的端阻力不能發(fā)揮，極限摩阻力有限，故承載力較低。凡單樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求的檢測(cè)樁，為端承摩擦樁或?yàn)槟Σ炼顺行蜆?，不論端承摩擦樁或摩擦端承型樁，端承力均得到了一定程度的發(fā)揮，故承載力均可滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）樁周極限摩阻力和樁端阻力等力學(xué)性能存在差異。經(jīng)查閱地勘資料，該場(chǎng)地的①～③層上覆土層，一是其厚度變化大，二是局部地段薄層、夾層、透鏡體較多，相同土層的力學(xué)性能存在差異，從而導(dǎo)致同一工程，同一長(zhǎng)度的管樁承載力差異較大。例如綜合館抽檢工程樁7棵，極限承載力實(shí)測(cè)最大值≥1226kN，最小值656kN，極差570kN，標(biāo)準(zhǔn)差222.5kN，變異系數(shù)0.26。即便是④層厚大粘土層，從試樁結(jié)果亦不排出其力學(xué)性能存在差異的可能。單樁豎向承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的檢測(cè)樁，其端承力趨近于零，表明端阻力較低或該土層中可能夾有某一薄層較軟弱土層。

（3）預(yù)制管樁的樁周實(shí)際摩阻力有可能小于地勘提供摩阻力。預(yù)制管樁因其外壁一般都很光滑，若粘土地層樁基施工期間乃至試驗(yàn)時(shí)，若土層較濕潤(rùn)或含有一定地下水，預(yù)制管樁的樁周實(shí)際摩阻力，即有可能小于地勘提供摩阻力的情況。即便是沉管灌注樁，經(jīng)以往開(kāi)挖經(jīng)驗(yàn)，樁周一般都比較光滑。樁周較光滑，與土體咬合必然存在不緊密，故樁周摩阻力極有可能降低。

（4）該項(xiàng)目各幢號(hào)工程樁，均按摩擦樁施工，但施工靜壓力差距很大。經(jīng)核查部分幢號(hào)工程被的施工記錄，其最終壓被力差距很大。例如，教學(xué)樓的單樁豎向抗壓極限承載力設(shè)計(jì)值為1200kN，沉樁時(shí)的終壓力有的達(dá)980kN，有的竟只有290kN，相差近3倍。壓樁力的大小，從另一方面也說(shuō)明，各土層或相同土層的力學(xué)性能差異很大或地層存在變異，故檢測(cè)樁承載力差異也很大。

結(jié)語(yǔ)：

在粘土地層（特別是飽和粘土地層）預(yù)制管樁設(shè)計(jì)前應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)試樁，設(shè)計(jì)工程樁時(shí)應(yīng)在充分考慮地層特性的基礎(chǔ)上，綜合考慮試樁檢測(cè)結(jié)果、樁頂標(biāo)高觀測(cè)結(jié)果及試樁施工情況合理確定設(shè)計(jì)承載力、樁長(zhǎng)、樁徑等指標(biāo)及設(shè)計(jì)要求，不宜按等長(zhǎng)樁設(shè)計(jì)。樁基施工時(shí)，其施工樁長(zhǎng)應(yīng)以最終壓樁力為主、設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為輔進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制，才能有效保證基樁承載力值滿足設(shè)計(jì)要求。

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