軟土地基條件下預應力管樁傾斜原因分析及糾偏處理

連子峻

1. 上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002；2. 上海城市非開挖建造工程研究中心 上海 200002

1 工程介紹

背景項目為上?？萍即髮W新校區(qū)一期工程中行政中心樓建設地塊，其采用“樁＋承臺＋基礎梁”的基礎形式。工程行政中心樁基設計采用PHC 500 AB 100管樁，樁長30～39 m，屬摩擦型樁?；娱_挖后發(fā)現(xiàn)圍護樁產(chǎn)生了較大側向位移，周邊土體的偏移造成行政中心和基坑周邊其他樓群大多數(shù)預應力管樁出現(xiàn)傾斜和偏移，其中對行政中心所在區(qū)域的全部188根預應力管樁進行樁位偏差的實測：測得偏差≥400 mm的有19根，300～400 mm的有38根，250～300 mm的有62根，＜250 mm的有69根，偏移最大的為靠近基坑的1#樁，其偏位為812 mm。

2 樁基傾斜偏移原因分析

2.1 地形地貌、地質條件

施工場地位于上海浦東科技園的南部，屬濱海平原地貌類型。原主要為農田，勘察期間場地內已基本填方整平，分布有若干排水溝，場地內有局部積水現(xiàn)象，且附近有已經(jīng)完成的基坑。同時地質勘察報告資料反映，圍護體深度范圍內的土層力學指標均較差，第③層土的黏聚力c=11 kPa，內摩擦角φ=15°，第④層土的黏聚力c=12 kPa，內摩擦角φ=9°，第⑤層土的黏聚力c=14 kPa，內摩擦角φ=10°，容易產(chǎn)生位移。

2.2 不良地質條件

1）暗浜。詳勘完成的勘探孔資料顯示，施工場地有暗浜分布，回填土以黏性土為主，混夾碎磚、碎石等建筑垃圾雜物。暗浜最大寬度36 m，浜底最大深度5.3 m（相應標高約－0.21 m）。

2）厚層填土?？辈炜碧娇捉沂?，施工建設場地填土厚度普遍較厚（一般厚度在2.0 m左右），局部第②層黏土缺失區(qū)域填土厚度可達3.5～5.7 m。填土成分較為復雜，上部混夾碎磚、碎石、混凝土塊等建筑垃圾，下部以黏性土為主，含少量碎石等雜物。

暗浜及第②層缺失區(qū)域填土結構松散、成分復雜，對樁基沉樁施工及基坑圍護設計施工均有一定的不良影響。

2.3 軟弱土質條件下巨大基坑的變形效應

工程基坑面積達到120 000 m2，采用中心島式開挖的總體方案。相比其他已有工程案例，該工程中心島取土面積、取土規(guī)模較大，周邊留土寬度與基坑長寬的比值也是較小的。加之淺層存在③夾層黏質粉土透水層，加劇了水土流失的發(fā)生。在中心島開挖過程中經(jīng)常出現(xiàn)涌土流砂現(xiàn)象，另地質報告顯示本工程第③、④土層均為較差的軟塑-流塑淤泥質土，容易產(chǎn)生土體流變，導致基坑外圍土體整體向內滑移趨勢明顯，圍護樁向基坑內位移。

2.4 基坑坡頂堆土堆載

設計初設場平標高為4.1 m，而實際坡頂堆土標高約5.5 m，并在坡頂及邊坡上堆放大量鋼筋，基坑坑邊堆載遠超過設計允許荷載，進一步加劇基坑圍護整體滑移。

2.5 支撐及頂圈梁的施工

斜拋撐節(jié)點連接較單薄，活絡頭型鋼加勁肋、加勁板措施較少，坡頂堆載使支撐受力大幅增加，致使節(jié)點破壞及支撐失穩(wěn)，進一步增大圍護變形。同時圈梁施工滯后于中心島開挖時間，一定程度上也影響了圍護樁的整體受力。

總體來說，從圍護結構的變形情況看，基坑圍護結構出現(xiàn)整體滑移現(xiàn)象，軟弱土質條件下大面積中心島式基坑開挖的坑底隆起變形整體滑移效應是客觀存在的?；娱_挖范圍及深度較大，局部基坑坡頂大量堆載、鋼支撐節(jié)點薄弱等原因致使部分區(qū)域圍護結構產(chǎn)生了滑移突變，引起了土體較大的變形，帶動樁體發(fā)生了一定程度的水平位移，且未充分利用土體時空效應規(guī)律，同時場區(qū)為軟土地區(qū)，具有孔隙比大、含水量高、壓縮性高、透水性弱、抗剪強度低及流變性強等一系列不良的工程特性[1-4]。以上多種因素的疊合造成了樁基發(fā)生傾斜偏移較大的現(xiàn)象。

3 樁基糾偏處理方案分析及評估

3.1 糾偏方法

根據(jù)實際情況，主要采用局部鉆孔掏土糾偏法，輔以加荷堆載、削土卸載等綜合多種糾偏措施進行處理，以逐步達到糾偏效果。針對傾斜率在1%～2%、偏位＜600 mm的管樁，還需要采用灌芯處理，灌芯深度應深入第1、2節(jié)管樁接縫或者動測報告Ⅱ至Ⅳ類樁樁身缺陷位置兩者中的較大值以下2 m，并用厚3 mm鋼板封底，采用6φ22 mm鋼筋籠。灌芯混凝土采用摻微膨脹劑的C40混凝土。

對于樁基傾斜偏位較大，其中傾斜率超過2%、偏位≥600 mm的管樁，不考慮既有管樁承載力。處理時采用300 mm×300 mm錨桿靜壓樁進行補樁，樁長按設計要求，要求單樁豎向極限承載力標準值為1 100 kN。錨桿樁預留孔均在底板施工時預留，底板內孔四邊用鋼筋作加強。樁孔采用C40早強微膨脹混凝土封固，確?？?jié)B要求。同時根據(jù)具體的處理效果，考慮管樁承載力損失和后補錨桿樁提供承載力計算承臺相應擴大程度。

3.2 各種糾偏方法原理

1）鉆孔掏土糾偏。利用鉆孔設備在樁基偏移的反方向進行鉆孔掏土，使樁側形成一定的空間以消除或減少土的側壓力對樁基持續(xù)作用的水平推力（圖1、圖2）。

圖1 單孔掏土示意

圖2 雙孔掏土示意

2）加荷堆載?？衫矛F(xiàn)有材料和設備，在樁基偏移一側的方向對地面堆載加荷。其作用力方向與偏移方向相反，對樁基具有糾偏效果。

3）樁基糾偏順序。由于地塊靠近基坑，且樁基偏移主要是由基坑開挖引起的，所以先糾偏離基坑較遠的管樁，再糾偏離基坑較近的管樁，防止在糾偏過程中對其他鄰近管樁產(chǎn)生影響。

4 樁基糾偏主要施工工序

4.1 各樁鉆孔掏土數(shù)量計算

掏土數(shù)量以樁基偏移體積計算，由于該區(qū)域采用的管樁有效樁長為35 m，并且結合勘察單位提供的管樁的“頂角及垂直度測試曲線圖”，PHC管樁偏移假設均勻地發(fā)生在全部樁段（圖3）。

圖3 計算示意

4.2 糾偏孔平面布置

根據(jù)每根管樁的偏移程度，掏孔體積與管樁偏移體積大致相等，具體的掏孔布置應根據(jù)管樁的實際偏移方向進行確定。

4.3 樁基位移監(jiān)測

為確保糾偏的準確有效，在施工全過程應對樁基的沉降、傾斜位移進行全方位測量監(jiān)控。實際施工過程中先鉆1個孔，根據(jù)其恢復情況再鉆第2個孔，同時加強實時動態(tài)監(jiān)測，進行預警控制，根據(jù)監(jiān)測信息的反饋結果及時調整施工方案。

4.4 鉆孔掏土糾偏

1）鉆孔施工：主要目的是掏土后使樁的一側形成空間。為保證糾偏準確性，必須先確定樁身偏移方向，主要是通過實測實量的監(jiān)控數(shù)據(jù)確定。

2）鉆孔設計：先確定樁基偏移的相反方向，然后在偏移反方向確定第1個鉆孔，如果還需要則鉆第2個鉆孔，在緊貼著第1個鉆孔的側面進行第2個鉆孔，實際位置根據(jù)工程需要可以適當調整。按偏移反方向，第1個鉆孔孔深取35 m，第2個鉆孔孔深亦取35 m。

3）作用力的施加：由于鄰近基坑，并且偏移方向為基坑方向，使用φ273 mm×8 mm的無縫鋼管，取長度為18 m，插入偏移較大的PHC管樁中17 m，預留1 m方便作用力的加載。作用力的加載方式采用機車拖拉。如果無法插入管樁中17 m，可以根據(jù)實際情況，先插入管樁中一定長度，采用邊糾偏邊插入的方式直至樁基糾正為止（圖4）。

圖4 施加荷載示意

4.5 堆載加荷糾偏

如掏孔不能達成糾偏預期的效果，可配合已有的材料設備，在樁基偏移一側的方向對地面進行堆載加荷輔助糾偏。加載過程應分級加載，加強觀測，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)動態(tài)調整堆積數(shù)量。

4.6 樁體加固處理

待樁基糾正并處于穩(wěn)定后，無縫鋼管留在樁體內，并在鋼管內配4根主筋，灌注混凝土至孔口（圖5、圖6）。

圖5 樁基糾正后示意

圖6 樁基1-1剖面示意

4.7 樁周邊土體加固處理

樁基糾正并處于穩(wěn)定狀態(tài)后，還需對樁周側土體進行壓密注漿處理，注漿孔的深度一般與掏孔深度保持一致，其目的是對糾偏處理后管樁周邊被擾動破壞的土體進行加固，以確保管樁周邊側向的阻力（圖7）。

1）注漿順序：先施工樁基偏移反方向軸線上的注漿孔，再對第2個鉆孔進行壓密注漿。

2）注漿管安放：可采用振動法將金屬注漿管壓入土層，確保注漿管放置的深度與掏孔深度一致。

3）注漿：用作提高土體強度和充填空隙的注漿液宜選用以水泥為主劑的懸濁液，注漿的流量宜為7～10 L/min，對充填型灌漿，流量可適當加快，但也不宜大于20 L/min。

4）對于每根樁，在每個注漿孔施工完畢后，必須間隔24 h才能施工另一孔。重復上述步驟直至注漿完畢。

圖7 壓密注漿后示意

5 樁基檢測及效果

經(jīng)過樁基糾偏補強，且填芯混凝土強度達到設計規(guī)范的要求后，對糾偏補強后的樁基進行了樁身完整性檢測，經(jīng)第三方檢測機構通過靜載荷、高應變及低應變檢測顯示：該工程管樁的偏移、傾斜經(jīng)過糾偏、灌芯補強等綜合處理后均達到了Ⅱ類樁以上的要求，糾偏加固后的單樁承載力極限值和結構強度滿足要求，達到了規(guī)范及設計的要求，可正常使用。同時基坑未發(fā)現(xiàn)明顯的偏移，土層未發(fā)生變化。其中距離基坑邊緣的2個承臺的8根管樁，由于樁基傾斜偏位較大，傾斜率超過2%，后經(jīng)錨桿靜壓樁補樁處理達到了要求。

6 結語

雖然預應力管樁的應用普及已經(jīng)非常廣泛與成熟，但由于其本身存在的一些客觀因素，如抗剪性能相對較差，在淤泥質等軟土地基中水平約束力相對較小。如在軟弱土質條件下的大面積中心島式基坑開挖引起的坑底隆起變形整體滑移效應，沉樁的擠土效應以及土方開挖的不當，會導致基坑邊坡失穩(wěn)或支護結構破壞，造成管樁偏移、傾斜甚至斷裂現(xiàn)象。因此，在施工前應全面了解現(xiàn)場水文地質情況，合理安排施工組織，及時全面地做好監(jiān)測工作是預防和避免預應力管樁發(fā)生傾斜偏移的有效措施。當出現(xiàn)樁傾斜偏位時，可采取鉆孔掏土糾偏法，并輔以堆載加荷等措施，其具有良好的經(jīng)濟效益，且實用性強、安全可靠。