預制方樁在大體積油罐區(qū)施工的浮樁問題研究

張亞偉

北京東方新星勘察設(shè)計有限公司 北京 100070

1 研究背景

20 世紀60 年代，鐵道部引進先張法預應力混凝土管樁（簡稱PC 樁），歷經(jīng)80 余年的發(fā)展，預制樁逐漸發(fā)展為預制混凝土方樁、預應力混凝土方樁、預應力高強混凝土管樁等樁型，因預制樁單樁承載力高，施工質(zhì)量可靠，造價低、可以大批量工業(yè)化生產(chǎn)的特點，逐漸成為一種基礎(chǔ)樁型[1-3]，應用日益廣泛，特別是近些年來廣泛應用于天津、廣東、浙江、福建、江蘇等軟土地區(qū)。

預制樁屬于擠土樁，在施工過程中會產(chǎn)生擠土效應，對樁周圍的土體產(chǎn)生一定擠壓，造成周圍土體的豎向隆起和水平位移，還會對施工的臨近樁造成擠壓，產(chǎn)生向上的拉力，導致先施工的預制樁產(chǎn)生上浮。尤其是在土中存在黏土、淤泥質(zhì)土等土體時，形成隔水層產(chǎn)生較大超靜孔隙水壓力，這種現(xiàn)場會更加明顯。

張忠苗等[1]結(jié)合浙江溫州某高層建筑施工的工程實例，根據(jù)浮樁的一些試驗結(jié)果，研究了軟土地基中預制樁上浮對側(cè)阻力、端阻力和承載力的影響以及群樁發(fā)生上浮的一些規(guī)律，提出部分解決預制樁上浮的技術(shù)措施。

肖琴[2]結(jié)合浙江某石化項目工程實例中預制混凝土方樁在施工階段出現(xiàn)的浮樁問題，對由于擠土產(chǎn)生的基樁上浮問題進行了深入而細致分析，在淤泥質(zhì)土中產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力及不合理的施工順序會導致基樁上浮。針對由于基樁上浮導致的基礎(chǔ)不均勻沉降問題，提出采用適合的重量進行堆載預壓，檢測結(jié)果證明，該方法是解決基樁上浮引起基礎(chǔ)沉降的有效補救方案。

朱奎等[3]結(jié)合浙江溫州的某工程實例，分析了預制樁上浮機制，通過監(jiān)測手段從預制樁施工順序、日沉樁數(shù)以及施工措施等對樁體上浮的影響規(guī)律進行了系統(tǒng)研究，為今后的施工和設(shè)計提供了參考。

陳清涼[4]結(jié)合福建廈門某工程從施工檢測角度，闡述了預制樁靜壓工藝可能產(chǎn)生的浮樁現(xiàn)象，剖析了可能產(chǎn)生的原因并給出了相應的處理措施。

本文根據(jù)天津某10 萬m3油罐區(qū)的工程實例，從施工角度對預制方樁在軟土地區(qū)的大面積處理應用時樁體上浮問題進行分析和總結(jié)，并提出相應的技術(shù)處理措施，可為類似工程提供一定的參考。

2 工程實例

2.1 項目概況

天津某油罐項目擬建部分10 萬m3儲罐，場地原始地貌為大港獨流減河口潮間帶地貌，現(xiàn)為填海造陸形成的人工地貌，場地分布有淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土等軟弱土層。油罐區(qū)單個罐體直徑約80m，對沉降要求嚴格，樁基礎(chǔ)采用預制方樁JZHb- 245- 14，15BG，樁長約29m，布樁1442 根，樁間距約為1.9m，持力層為粉砂層，進入持力層厚度不小于1.4m，豎向承載力特征值為1200kN。施工采用錘擊沉樁，沉樁時錘重建議為8～10t，停錘標準以貫入度控制為主，標高控制為輔，最后十擊貫入度不大于3cm，當貫入度已達到設(shè)計要求而樁頂標高未達到時，應繼續(xù)錘擊，錘擊最后三陣，每陣十擊貫入度不大于2cm。地基土物理力學性質(zhì)指標見表1。

表1 地基土物理力學性質(zhì)指標

2.2 預制方樁上浮問題及原因分析

（1）由于預制方樁屬于擠土樁的一種，預制方樁在沉樁過程中會產(chǎn)生較大的擠土效應，而施工的罐體直徑大（直徑約80m），布樁密度大（1442 根），工程工期短（單個罐體工期約45～50d），施工速度快（單個罐體每天施工約30～35 根），擬建場地分布有①2 層素填土、⑥1- 1 層淤泥質(zhì)黏土、⑥2 層淤泥質(zhì)黏土等軟弱土層：其中①2 層素填土層厚0.7～3.6m，平均層厚1.65m，主要成分為黏性土；⑥1- 1 層淤泥質(zhì)黏土層厚1.1～4.0m，平均層厚2.69m；⑥2 層淤泥質(zhì)黏土層厚9.7～13.8m，平均層厚11.34m，淤泥質(zhì)黏土屬高壓縮性土，主要呈流塑～軟塑狀態(tài)；靈敏度一般為2.0～6.0，屬中～高靈敏性。當樁體打入土中以后，樁周圍的土體受到不排水剪切和水平擠壓，土顆粒之間的自由水形成超靜孔隙水，上部土體為素填土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土。土體性質(zhì)較差，滲透性很低，大量樁體的擠土施工加之施工速度過快，使超靜孔隙水壓力無法及時消散，地基土體會產(chǎn)生較大的隆起和側(cè)向位移，使樁體產(chǎn)生水平位移和向上移動。

（2）預制樁施工時，施工順序的不合理也會導致預制樁上浮量過大。對于密集群樁，嚴禁從四周向中間施打或從一個方向向另一個方向施打，前者會造成沉樁困難，后者會造成不均勻沉降。

2.3 上浮問題處理措施

（1）調(diào)整設(shè)計參數(shù)，增加基樁抗拔力。針對油罐施工的特殊性，設(shè)計方在充分了解現(xiàn)場情況后，與勘察單位、試樁單位、業(yè)主單位溝通，并查閱類似工程資料后，預制方樁之間的接樁采用焊接法接樁，接頭采用圖集04G361《預制鋼筋混凝土方樁》[5]中的“鋼帽甲- 連接A”的做法，其中②號構(gòu)件板厚由8mm 改為10mm，④號構(gòu)件角鋼由L100×8 改為L100×10，相關(guān)焊縫高度也相應增加。這不僅增加了接頭處的抗拔力及水平抗力，也提高了預制方樁的抗腐蝕性，確保了工程質(zhì)量。

（2）調(diào)整錘重，嚴控停錘標準。圖集04G361《預制鋼筋混凝土方樁》[5]中預制方樁邊長為450mm 時，錘重建議6.0～6.2t，常用貫入度控制為2～5cm/ 10 擊。由于油罐要嚴格控制基礎(chǔ)沉降量，設(shè)計要求沉樁時錘重建議為8～10t，落距2m，停錘標準以貫入度控制為主，標高控制為輔，最后十擊貫入度不大于3cm，當貫入度已達到設(shè)計要求而樁頂標高未達到時，應繼續(xù)錘擊，錘擊最后三陣，每陣十擊的貫入度不大于2cm。此舉保證了預制方樁進入持力層的深度，可以更好地保證端阻力，同時增加下部土體與樁側(cè)的側(cè)阻力，可以更好地預防浮樁的發(fā)生。

（3）增加應力釋放孔。為了加快超靜孔隙水壓力的消散時間，在預制方樁樁間增設(shè)應力釋放孔，釋放孔孔徑400mm，孔深約16m，孔內(nèi)回填海砂，孔口用透水型水工織物袋裝砂封堵。沿油罐工程樁圓弧樁間布設(shè)鉆孔（布置圖見圖1 應力釋放孔布置示意圖）?？紤]到工期及施工的連續(xù)性，白天施工預制方樁工程樁，晚上施工應力釋放孔。經(jīng)實踐證明，加快了超靜孔隙水壓力的消散（釋放效果見圖2 應力釋放孔施工效果圖），保證了工程質(zhì)量。

圖1 應力釋放孔布置示意圖

圖2 應力釋放孔施工效果圖

（4）加強預制方樁上浮監(jiān)測。在預制方樁施工期間，制定了詳細的監(jiān)測計劃，使用天寶DINI03 數(shù)字水準儀進行預制樁上浮監(jiān)測，使用銀河GNSS 接收機進行水平位移監(jiān)測。在罐體區(qū)域內(nèi)對已施打的預制方樁樁頂進行監(jiān)測，部分方樁監(jiān)測記錄見圖3 和圖4。通過對監(jiān)測記錄進行分析：在進行應力釋放孔施工后，樁體上浮量基本在施工完成后15d 后趨于穩(wěn)定，預制方樁的累計上浮量控制在20mm 左右，間接證明孔隙水壓力的消散得到了有效控制，確保了承載力。另一方面從數(shù)據(jù)分析可知罐體中心已施打的預制樁上浮量高于邊樁；邊樁的橫向偏移量高于中心樁，從側(cè)方佐證了樁基施工打樁順序的重要性。

圖3 15 個典型測點監(jiān)測數(shù)據(jù)表

圖4 單樁15 天內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)表

（5）采取復打措施，保證施工質(zhì)量。由于油罐沉降要求嚴格，對于樁頂上浮量超過20mm 的樁，普遍進行一次復打，復打錘重應不小于8～10t,落距不小于2m，同時加強工程樁施工完成后的監(jiān)測比例，增加靜力載荷試驗或高應變樁基檢測數(shù)量。實踐證明，對個別罐體預制方樁實施復打以后，樁基承載力得到了保證，確保了工程質(zhì)量。

張忠苗等[1]針對浙江溫州某工程項目實例，對于上浮量超過100mm 的樁均進行了復打，復打量應該不小于上浮量，共復打300 余根，復打以后承載力均滿足要求。對于預制方樁復打上浮量的判定及復打多少根的判定，應根據(jù)各個項目的實際情況、承載力要求、地質(zhì)情況等因素綜合判定。

（6）樁基檢測結(jié)果顯示，采取上述措施減少預制樁方樁上浮量以后，以單個罐體為例，預制方樁總數(shù)1442 根，采用高應變檢測145 根，承載力檢測結(jié)果均滿足要求；低應變（樁身完整性）檢測433 根，一類樁414 根，占比95.6%，二類樁僅19 根，占比4.40%，樁身完整性判斷主要為接樁處的輕微缺陷。

2.4 其他可采取的措施

（1）肖琴[2]結(jié)合浙江某石化項目工程實例中出現(xiàn)的浮樁問題，采用適合的重量進行堆載預壓，檢測結(jié)果證明，該方法是解決預制樁上浮引起基礎(chǔ)沉降的有效補救方案。

（2）制定合理的施工順序，控制施工速度。對于油罐類密集樁群的施工，應從中心向四周對稱施打，使預制樁產(chǎn)生的擠土向四周排開，減少樁周土體隆起的程度，從而減少預制樁上浮量。

（3）施打塑料排水板或排水砂井。通過塑料排水板或者施工砂井，形成由下而上的排水路徑，加速孔隙水壓力的消散，也可以有效減少預制樁的上浮量。

（4）必要時采用后注漿[6]的方法。對于預應力管樁，如果出現(xiàn)明顯的浮樁現(xiàn)場，而現(xiàn)場不具備復打條件（例如樁頂標高距離施工地面較大等），可考慮采用高壓后注漿的方法，在樁端灌注水泥漿，對樁端土體進行滲透、擠密、充填，形成一個球狀加固體，達到提高樁端承載力的目的。但這種方式對于樁端承載力的提高能力應根據(jù)地質(zhì)條件，基樁上浮量等進行試驗后綜合判定。對于預制實心方樁，因其無法在樁孔內(nèi)對樁端進行注漿，在樁側(cè)對稱打孔，僅對樁端進行注漿不僅會影響側(cè)摩阻力的發(fā)揮，而且會大量提高成本，所以實心方樁不適宜采用后注漿的方法提高樁端承載力，從而達到承載力的目的。

（5）控制沉樁數(shù)量和施工間歇期[7]。通過控制沉樁數(shù)量和施工間歇期，為超靜孔隙水壓力的消散提供相對充足的時間，使因預制樁擠土效應產(chǎn)生的孔隙水壓力消散速率大于超靜孔隙水壓力的累加速率，或者控制在一定范圍內(nèi)，從而避免預制樁大面積上浮。

2.5 施工中的質(zhì)量控制

通過采取嚴格的質(zhì)量控制措施，減少基樁上浮及不均勻沉降現(xiàn)象的發(fā)生，確保工程質(zhì)量。

（1）預制樁進場驗收。檢查預制樁生產(chǎn)企業(yè)的資質(zhì)、合格證等資料，預制樁進場后全數(shù)進行檢查，檢查混凝土強度，樁身達到100%強度準予施工沉樁。

（2）建立質(zhì)保體系，明確質(zhì)量職責。施工前建立完善的質(zhì)量控制體系，明確各崗位的質(zhì)量職責，施工前進行技術(shù)質(zhì)量交底，確保作業(yè)人員清楚施工流程、沉樁順序、垂直度、停錘標準等技術(shù)參數(shù)；遇到地質(zhì)突變、貫入度突變、樁身傾斜、移位、樁身裂縫等沉樁異常及時反饋設(shè)計單位、勘察單位，共同溝通提出解決辦法，確保工程質(zhì)量。

（3）確保預制樁施工的垂直度、施工速度。施工前將打樁機導桿進行調(diào)整，保證導桿的垂直度，同時保證樁錘中心線、樁帽、樁身重合。預制樁對位采用兩臺經(jīng)緯儀在15m 左右的位置成正交方向進行觀察校正，保證垂直度在0.5%以內(nèi)。

施工過程中嚴格技術(shù)交底內(nèi)容進行施工，同時針對不同底層采取不同的施工速度，控制沉樁貫入度，按照停錘標準控制進入持力層的深度，確保樁端承載力的有效發(fā)揮。

（4）預制樁接頭焊接處理?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》（JGJ94—2008）[8]7.3.3 條：焊接宜在樁四周對稱進行，焊接層數(shù)不得少于2 層，第一層焊完后必須把焊渣清理干凈，方可進行第二層的施焊，焊縫應連續(xù)、飽滿。

焊接質(zhì)量的好壞，直接決定預制樁的施工質(zhì)量，為了更好地控制預制樁的上浮量及防腐蝕要求，要嚴格把控焊接質(zhì)量。

（5）收錘標準控制。

對于以貫入度控制為主的預制樁，停錘標準直接影響預制樁的施工質(zhì)量，進入持力層的深度為定性控制指標，最后的貫入度為定量控制指標。停錘標準需要根據(jù)場地地質(zhì)情況，施工機具型號，施工錘重等綜合確定。不能為了保證質(zhì)量而追求數(shù)值較小的貫入度，貫入度數(shù)值小會導致錘擊數(shù)增多，會使預制樁樁身質(zhì)量遭到損傷。因此在確定收錘標準時，可以通過試樁綜合確定，在保證預制樁承載力的前提下，制定出合理的收錘標準顯得尤為重要。

3 結(jié)論與展望

本文通過天津濱海地區(qū)10 萬m3的油罐區(qū)預制樁施工的工程實例，整理分析了預制樁上浮的原因，根據(jù)具體的影響因素，提出了對應的防治措施。

（1）油罐類群樁密集且沉降控制嚴格的預制樁施工，應力釋放孔是可行的，非常有效的，能很好的釋放超靜孔隙水壓力，確保預制樁承載力，保證工程質(zhì)量。

（2）預制樁的打樁順序很重要，合理的施工順序能很好的控制地面豎向隆起，減少預制樁上浮量。

（3）采取復打方法也是解決預制樁上浮問題的有效措施，對于復打樁的數(shù)量和復打錘擊錘重需要通過試驗綜合確定。

（4）若在軟土地基中施打樁長較深的預制樁，應適時提高預制樁的最小樁間距，建議最小樁間距不宜小于4 倍樁直徑。

（5）預制樁后注漿方法，雖不失為一種有效的方法，但注漿量與樁端土的質(zhì)量密切相關(guān)，樁端土的孔隙比、壓縮系數(shù)等會影響注漿的質(zhì)量，需要進行試驗后確保承載力后方可施行。

另外由于各地的土質(zhì)環(huán)境、地形地貌各不相同，在施工過程中采用一種有效的“事中觀測系統(tǒng)”顯得尤為重要，通過施工過程中預制樁上浮情況監(jiān)測可以更好地控制施工質(zhì)量確保承載力，周星[7]通過幾種實時標高測量裝置，提出了預制樁上浮的防治措施，可為類似工程提供參考。這也是控制預制樁上浮量的有效措施，可以進行深入的研究，同時在施工過程中研究可回收的孔隙水壓力的監(jiān)測裝置，監(jiān)測施工過程中超靜孔隙水壓力的變化，通過控制打樁速率，增加排水通道、應力釋放孔等控制其消散速率，以達到控制預制樁上浮量的目的。