深厚淤泥及淤泥質(zhì)地層預(yù)應(yīng)力管樁偏位傾斜分析

吳強(qiáng)

（福建巖土工程勘察研究院有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

近些年來，我國工程行業(yè)以前所未有的規(guī)模和速度迅猛發(fā)展，高強(qiáng)度PHC 管樁的因其高性能和經(jīng)濟(jì)性得到了廣泛的應(yīng)用。但是近幾年由于房地產(chǎn)建筑行業(yè)迅猛發(fā)展，盲目追求工期，對淤泥質(zhì)土的性質(zhì)缺乏足夠的重視，措施不到位，但其在一些深厚地質(zhì)條件復(fù)雜的淤泥及淤泥質(zhì)地層中樁偏位、傾斜甚至斷樁，近年來出現(xiàn)事故案例很多，影響樁的承載力和安全，因此總結(jié)一下是很有必要的。

1 深厚淤泥及淤泥質(zhì)土的特性及開挖特點(diǎn)

1.1 淤泥及淤泥質(zhì)土特性

淤泥是在靜水及緩慢的水流環(huán)境中沉積，并以生物化學(xué)作用形成，其工程特性表現(xiàn)為“三高兩低”，即高含水量、高壓縮性、高流變性、低強(qiáng)度、低滲透性淤泥中細(xì)顆粒大部分懸浮于孔隙水中，使顆粒與顆粒間接觸不緊密，形成了大量的空隙，這些孔隙主要以大氣及水充填，具有高孔隙及高壓縮性特定。淤泥及淤泥質(zhì)土作為粘性土的一種，它也具有高靈敏度及觸變性特點(diǎn)，當(dāng)受到外力擾動時土體內(nèi)部平衡受到破壞，導(dǎo)致擾動后土體強(qiáng)度大幅度降低、壓縮性增大，土體強(qiáng)度恢復(fù)時間也較長。。，

1.2 淤泥質(zhì)地層開挖施工出現(xiàn)困難及開挖特點(diǎn)

淤泥及淤泥質(zhì)土的“三高兩低”的工程特性，土體結(jié)構(gòu)一經(jīng)擾動破壞，其強(qiáng)度迅速降低甚至呈流動狀態(tài)，因此淤泥質(zhì)地層開挖施工具有以下特點(diǎn)：[1]

（1）開挖過程中不能進(jìn)入大型、重型施工機(jī)械，施工效率慢；

（2）對于大面積的淤泥質(zhì)土層增加了地質(zhì)不可預(yù)見性，開挖過程中的施工管理、監(jiān)測任務(wù)重；

（3）在飽和淤泥質(zhì)土地層中打樁容易產(chǎn)生超孔隙水壓力。[2]當(dāng)孔隙水壓力增高且未消散，土體有效應(yīng)力大幅降低，致使土體流變；同時樁體周圍的圍限約束力大幅降低，導(dǎo)致樁體出現(xiàn)較大位移。

2 工程案例

2.1 工程概況

某工程由3 棟34 層住宅樓、1 棟32 層住宅樓、8 棟低層住宅樓及附屬配套用房組成，其基礎(chǔ)采用PHC500-AB 型預(yù)應(yīng)力管樁，以砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖作為樁端持力層，設(shè)計樁長為16m～41m，整體1 層地下室，開挖深度約6.5m，總建筑面積130889.76m2。

2.2 工程地質(zhì)條件

本工程地層情況開挖范圍內(nèi)的土層自上而下分別為：

①素填土：②粉質(zhì)粘土：③淤泥：該場地淤泥層普遍分布，厚度4.20～17.70m，呈流塑、飽和狀態(tài)，局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)土；④粉質(zhì)粘土。

圖1 地質(zhì)剖面圖

2.3 土方開挖后樁偏位傾斜、斷樁情況

本工程基坑土方開挖范圍內(nèi)地質(zhì)條件較差，淤泥呈飽和、流塑狀態(tài)，且淤泥層全場分布，整個土方開挖作業(yè)處于淤泥及淤泥質(zhì)土中，土層穩(wěn)定性差，承載力低，大重型機(jī)械無法進(jìn)入。開挖時施工單位為了趕工期，未采取任何有效防控措施，盲目開挖，一挖到底，開挖過程中出現(xiàn)大面積樁身位移過大、樁身傾斜甚至斷樁現(xiàn)象，樁身偏移過大、樁身傾斜主要集中在4 棟高層住宅樓區(qū)域，尤其在基礎(chǔ)承臺標(biāo)高相差較大的電梯井區(qū)域特別集中和嚴(yán)重，出現(xiàn)大面積樁身傾斜。經(jīng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計，其中2#樓出現(xiàn)特別嚴(yán)重的偏位、傾斜及斷樁情況：設(shè)計樁數(shù)170 根，傾斜及樁偏位移過大的超過總樁數(shù)的80%，經(jīng)檢測判斷斷樁46 根，后場地回填補(bǔ)樁110 根，其它可利用的偏位傾斜樁采取鋼護(hù)筒支護(hù)人工挖孔接樁形式進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)處理。該質(zhì)量事故既耽誤了工期，又增加了費(fèi)用，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

3 原因分析

經(jīng)現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)多種因素影響造成了樁偏位傾斜和斷樁，個人認(rèn)為主要有以下幾個方面：

3.1 地質(zhì)條件原因

從地勘資料上看，原地塊為低洼菜地農(nóng)田、沼澤地，局部為自然魚塘，回填土為雜填土和建筑垃圾等，其下的淤泥及淤泥質(zhì)層較厚，最厚達(dá)17.70m，且為飽和流塑狀，極易造成擠淤，溜方。工程設(shè)計樁長為16～41 米，部分樁身進(jìn)入穩(wěn)定土層的長度比較小，樁身大部分處于飽和流塑狀態(tài)的淤泥層中，樁身處于不穩(wěn)定狀態(tài)，施工過程中受外力影響，很容易導(dǎo)致樁位偏移傾斜甚至斷樁。因此，飽和流塑性淤泥太厚造成擠淤，直接導(dǎo)致大面積樁位偏移、樁身傾斜和斷樁。

3.2 配樁不合理，送樁深度不夠

從現(xiàn)場情況了解到，該項(xiàng)目在樁基施工時，由于對樁端持力層判斷上出現(xiàn)誤差，造成現(xiàn)場配樁不合理，局部區(qū)域送樁深度不夠，開挖時形成大量高低差。該工程打樁時場地自然地面標(biāo)高為4.50m 左右，設(shè)計樁頂標(biāo)高為-0.30m（局部坑中坑為-2.50m），送樁4.8m 為理想情況（坑中坑電梯井除外），而出現(xiàn)樁偏位傾斜的樁送樁深度長短不一，特別是2#樓區(qū)域內(nèi)，大部分均不理想，土方開挖時形成不規(guī)則的臺階狀。在開挖過程中，機(jī)械荷載和土側(cè)壓力直接作用于樁身，造成大面積偏位、傾斜甚至斷樁。因此，樁基施工中配樁不合理、送樁深度不足也是造成樁偏位傾斜的主要原因。

3.3 土方開挖施工不當(dāng)是最直接的原因，主要表現(xiàn)在以下三個方面：

3.3.1 不合理的開挖順序：從現(xiàn)場土方開挖上看，該項(xiàng)目4 棟主樓采取單向大放坡式開挖，現(xiàn)場底板墊層和電梯井墊層同時開挖，且電梯井部分未采取有效支護(hù)措施，造成該位置大部分樁斷裂，從現(xiàn)場統(tǒng)計來看，出現(xiàn)斷樁大部分集中在樁頂高差較大的電梯井范圍，且挖機(jī)來回走動 嚴(yán)重影響樁偏位。

3.3.2 不完善的開挖措施：通過對本工程樁偏位的調(diào)差分析和現(xiàn)場驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)，挖土便道下及附件的樁普遍存在偏位傾斜嚴(yán)重現(xiàn)象；大型挖掘機(jī)、渣土車，機(jī)械自重加震動荷載導(dǎo)致側(cè)壓力大幅上漲，挖機(jī)操作平臺下也較為嚴(yán)重，淤泥質(zhì)土流動性及機(jī)械自重產(chǎn)生的側(cè)向力加重了樁身的偏位和傾斜，施工便道設(shè)置不合理和設(shè)置偏少，導(dǎo)致挖機(jī)行走路線過長，增加樁偏位的風(fēng)險。

3.3.3 不正確的開挖方法：基坑土方開挖應(yīng)有一定的休止期，開挖場地受預(yù)制樁施工擠土的影響，超孔隙水壓力未能及時消散，土體強(qiáng)度和穩(wěn)定性低，現(xiàn)場施工時甲方盲目的追求進(jìn)度、趕工期，土方單位盲目開挖，未能按照土方開挖方案進(jìn)行施工，未能遵循分層開挖、不得超挖的原則，造成近6 米深的開挖一次挖至承臺底，造成土體側(cè)移，因此沒有針對地質(zhì)情況制定具體的土方開挖開案就肆意開挖是造成偏位傾斜及斷樁的重要原因。

4 預(yù)防措施

樁偏位傾斜、斷樁給項(xiàng)目進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)成本帶來重大損失，為避免在以后的工程中再次出現(xiàn)類似的質(zhì)量問題，結(jié)合實(shí)際情況，提出以下預(yù)防措施：

4.1 對于地質(zhì)原因，項(xiàng)目地質(zhì)勘察報告應(yīng)能詳盡、真實(shí)反映地質(zhì)情況，以為設(shè)計提供依據(jù)，針對深厚淤泥質(zhì)地層，根據(jù)實(shí)際情況場地處理可采用換填土或化學(xué)加固等方式進(jìn)行處理，或采取開挖防震溝和打應(yīng)力釋放孔內(nèi)填砂石的技術(shù)措施。

4.2 在樁基施工中，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場施工管理，對每個樁位與地質(zhì)勘察報告進(jìn)行比對，合理計算配樁長度、送樁長度。合理配樁、送樁到位也能減少管樁材料的浪費(fèi)，節(jié)約成本。送樁一致，樁體之間與土體也能形成一個整體，就不易因溜方而引起樁偏位和傾斜。在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格把握好打樁順序，優(yōu)化施工流程。嚴(yán)格控制打樁速率，即控制單位時間打樁的數(shù)量，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的擠土和孔隙水壓力。

4.3 土方開挖不當(dāng)是造成樁偏位傾斜甚至斷樁的最主要也是最直接的原因。因此在土方開挖前，應(yīng)有行之有效的開挖方案并盡行論證。其開挖順序、放坡坡度、邊坡支護(hù)應(yīng)根據(jù)具體情況制定。進(jìn)行基坑開挖時，要根據(jù)打樁的分布密度來選擇不同的開挖機(jī)械，同時還要充分的結(jié)合局部人工開挖的方法。在開挖過程中，一定要實(shí)施對稱開挖，分層開挖，不能一挖到底，也不能將開挖出來的土堆積在基坑周圍，防止由于堆土擠壓而造成樁偏位傾斜和基坑坍塌等事故。

5 總結(jié)和討論

從工程實(shí)例來看，造成樁偏位傾斜甚至斷樁的原因不是單一原因造成的，打樁前不利的地質(zhì)條件，過程中不到位的施工管理，施工后不當(dāng)?shù)耐练介_挖方法，多種原因綜合引起，因此在類似工程施工前必須針對可能出現(xiàn)的情況采取必要的預(yù)防措施，事故發(fā)生了，再亡羊補(bǔ)牢已為時晚矣。

一些沿海地區(qū)的地方性預(yù)應(yīng)力管樁施工技術(shù)規(guī)范中規(guī)定，在流塑狀飽和淤泥及淤泥質(zhì)土層中不宜采用或慎用管樁，但由于管樁具有其施工進(jìn)度快、造價低的特點(diǎn)在房地產(chǎn)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，一些工程業(yè)主直接指定樁型采用預(yù)應(yīng)力管樁，設(shè)計單位因利益關(guān)系只能按照業(yè)主意見而與規(guī)范要求盲打擦邊球。在飽和淤泥質(zhì)地層中打樁，特別是大面積高密度樁很容易產(chǎn)生超孔隙水壓力，使土體有效應(yīng)力大幅度降低，致使土體流變，導(dǎo)致樁體出現(xiàn)較大位移和傾斜，甚至導(dǎo)致斷樁。因此在飽和流塑狀淤泥質(zhì)地層中樁基設(shè)計時應(yīng)特別注重考慮樁密度和樁間距問題，套用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)提高，不能死板硬套盲目服從業(yè)主的利益而與規(guī)范和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)打擦邊球，這一點(diǎn)應(yīng)值得設(shè)計人員思考。上述心得體會供同仁參考，不當(dāng)之處敬請批評指正。