預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁吊腳現(xiàn)象及處理方法

胡 冰，李 杰

（中鐵建工集團(tuán)有限公司，北京 100071）

0 引言

本文以實(shí)際工程中的檢測數(shù)據(jù)為依據(jù)，介紹了預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的吊腳現(xiàn)象，分析了吊腳現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，并對(duì)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁吊腳的危害進(jìn)行了論述，最后提出了吊腳樁的處理方法。

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁因施工速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑以及高層建筑。由于單樁承載力特征值較小，柱底軸力較大，多層及高層建筑的柱下往往需要做多樁承臺(tái)，核心筒區(qū)域?yàn)闃斗せA(chǔ)。因根據(jù)規(guī)范計(jì)算的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的單樁承載力與實(shí)際存在偏差，施工前，設(shè)計(jì)單位一般要求建設(shè)單位試樁，以便確定最終的單樁承載力。但由于現(xiàn)場地質(zhì)條件復(fù)雜，不同區(qū)域土層的硬度存在差異，實(shí)際施工過程中會(huì)因土層較硬，管樁的有效長度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。為達(dá)到有效樁長，設(shè)計(jì)單位通常會(huì)要求管樁施工前進(jìn)行引孔，而引孔很容易引發(fā)吊腳現(xiàn)象，且該現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

1 工程概況

本工程位于廣東省，地下結(jié)構(gòu)1層，地上9層，建筑面積約31 600 m2，采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，樁徑600 m，有效設(shè)計(jì)樁長不小于10 m，單樁豎向承載力特征值為2900 kN，樁基持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖[1]，施工場地土層分布自上而下依次為：①素填土，以黏性土為主，夾碎石，稍濕，松散，層厚約0.6～6.0 m。②粉質(zhì)黏土，中等韌性，濕，硬可塑，層厚為1.0～5.3 m。③淤泥質(zhì)土，飽和，軟～流塑，層厚為0.8～1.3 m，部分孔可見。④黏土，濕，軟可塑，層厚為1.0～6.4 m。⑤中細(xì)砂，砂質(zhì)分選性較差，呈次圓狀，含黏粒約10%，飽和，稍密，層厚為1.5～3.8 m。⑥砂質(zhì)黏性土，具砂感，遇水易軟化，稍濕，硬可塑，層厚為0.6～11.5 m。⑦全風(fēng)化花崗巖，巖芯呈土狀，輕敲易散，遇水易軟化，稍濕，硬塑，層厚為0.8～4.0 m。⑧強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，巖芯主要呈半土半巖狀，夾中風(fēng)化碎塊，巖芯遇水易軟化，層厚為3.0～17.2 m。

場地區(qū)域被土層覆蓋，從整個(gè)場地地質(zhì)勘查結(jié)果來看，層位分布較不均勻，層面起伏及層厚變化較大，地基屬不均勻地基[2]。個(gè)別勘探孔呈現(xiàn)3 m素填土，3 m粉質(zhì)黏土下面即為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。典型剖面及柱狀圖如圖1及圖2所示。

圖1 典型工程地質(zhì)剖面

圖2 典型工程鉆孔柱圖

2 工程施工中發(fā)生的吊腳現(xiàn)象及檢測

2.1 工程施工中發(fā)生的吊腳現(xiàn)象

采用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)類型，并以第5-2層強(qiáng)風(fēng)化巖為樁基持力層[3]，結(jié)合勘察報(bào)告，ZK17土層分布為3 m厚素填土、3 m厚粉質(zhì)黏土下為9.3 m厚強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，此勘探孔持力層較淺，設(shè)計(jì)樁長要求不小于10 m，此區(qū)域管樁施工前需提前鉆孔，鉆孔孔徑不大于D-50 mm，采用長螺旋鉆機(jī)干作業(yè)成孔，孔深不得超過樁端處深度。持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層，遇水易軟化，引孔完畢后應(yīng)立即向孔內(nèi)灌注細(xì)石混凝土。

以Z1-169#工程樁為例，樁徑為600 m，設(shè)計(jì)有效樁長為15.9 m，單樁豎向承載力特征值為2900 kN，現(xiàn)場預(yù)鉆孔深度為14 m，第一節(jié)管樁長度13 m，第一節(jié)施工完成后，樁頂高出地面0.2 m，根據(jù)該數(shù)據(jù)計(jì)算，此樁吊腳1.2 m。

2.2 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁吊腳的檢測

樁基單樁承載力檢測可采用靜載或者高應(yīng)變法，高應(yīng)變法是一種間接方法，它要求樁在沖擊力作用下樁頂?shù)淖罱K沉降在2～6 mm[4]，本工程采用靜載試驗(yàn)進(jìn)行檢測。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的收錘標(biāo)準(zhǔn)需滿足最后貫入度控制值（mm/10擊）20 mm，經(jīng)監(jiān)理及項(xiàng)目技術(shù)人員共同見證，本工程滿足設(shè)計(jì)要求。因存在吊腳現(xiàn)象，根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，打樁收錘7 d后，對(duì)該樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，以便確定此樁在吊腳情況下的單樁豎向承載力。在靜載試驗(yàn)前先對(duì)此樁進(jìn)行了低應(yīng)變樁身完整性檢測，樁身完整性較好，為完整樁[5]。靜載試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，分級(jí)進(jìn)行逐步等量加載，每級(jí)加載量為要求最大試驗(yàn)荷載的1/10，第一級(jí)荷載取分級(jí)荷載的2倍，以后每級(jí)荷載取分級(jí)荷載，在每一級(jí)荷載的作用下，當(dāng)樁頂沉降速率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，再施加下一級(jí)荷載。當(dāng)試驗(yàn)加載到3540 kN時(shí)，總沉降量為28.9 mm；當(dāng)試驗(yàn)加載到4130 kN時(shí)，總沉降量為58.15 mm，樁頂本級(jí)沉降量大于前一級(jí)沉降量的2倍，且經(jīng)24 h尚未達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)試驗(yàn)加載到4720 kN時(shí)，總沉降量達(dá)到79.65 mm，終止試驗(yàn)。經(jīng)檢測單位綜合分析，此樁的極限承載力為3540 kN，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的5800 kN，如圖3、圖4所示。

圖3 Q-s曲線

圖4 s-lgt曲線

3 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁吊腳的原因及危害

3.1 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁吊腳的原因

結(jié)合本項(xiàng)目各地塊的勘察報(bào)告，只有本期地塊的持力層分布極不均勻，局部埋深較淺，且?guī)r芯主要呈半土半巖狀，夾中風(fēng)化碎塊，巖芯遇水易軟化，干鉆稍難鉆進(jìn)；4號(hào)地塊管樁施工過程中也存在引孔情況，但均未出現(xiàn)吊腳現(xiàn)象。

經(jīng)初步分析，本地塊預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁出現(xiàn)吊腳的原因主要如下。

（1）樁擠土效應(yīng)。預(yù)應(yīng)力管樁沉樁時(shí)，由于樁自身的體積占用了原土體空間，使樁身周邊土體被壓密并擠開，使土體產(chǎn)生垂直方向的隆起和水平方向的位移，造成已施工的預(yù)鉆孔垂直度產(chǎn)生較大偏差，管樁無法按引孔深度施工，產(chǎn)生吊腳現(xiàn)象。

（2）采用長螺旋式引孔機(jī)鉆孔，鉆孔孔徑不大于D-50 mm，采用長螺旋鉆機(jī)干作業(yè)成孔，孔深不得超過樁端處深度，因強(qiáng)風(fēng)化土層較硬，引孔后的浮土未清理干凈，堆積在孔底且不密實(shí)。JGJ 94—2008第7.4.9-1條：對(duì)預(yù)鉆孔沉樁，預(yù)鉆孔孔徑可比樁徑（或方樁對(duì)角線）小50～100 mm，在樁基施工過程中管樁側(cè)壁擠壓，產(chǎn)生摩擦力，隨著管樁施工深度增加，摩擦力越來越大，樁端阻力也越來越大，管樁很難繼續(xù)向下錘擊進(jìn)入持力層，引起達(dá)到收錘標(biāo)準(zhǔn)的假象，結(jié)合引孔深度及相對(duì)應(yīng)的管樁配樁長度，判定產(chǎn)生吊腳現(xiàn)象。

3.2 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁吊腳的危害

吊腳樁底部由于懸空或者不密實(shí)，致使樁端阻力缺失或減小，吊腳較大的管樁直接引起的結(jié)果有兩個(gè)：①單樁承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；②管樁沉降量偏大，Z1-169#工程樁的靜載試驗(yàn)結(jié)果充分說明了以上問題。如不及時(shí)處理，隨著單樁受力越來越大，必然引起樁基下沉，以至于引起主體結(jié)構(gòu)不均勻沉降，形成工程隱患。

4 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁吊腳的處理方法和預(yù)防措施

4.1 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁吊腳的處理方法

對(duì)于較硬土質(zhì)中引孔壓（錘擊）樁引起樁尖達(dá)不到引孔孔底的現(xiàn)象，施工完成后孔底積水使土體軟化，使承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，造成工程隱患，處理此類管樁的方法主要有以下兩點(diǎn)。

（1）對(duì)出現(xiàn)吊腳的管樁進(jìn)行復(fù)打或者復(fù)壓，復(fù)打時(shí)選擇的錘重量一般比打入時(shí)的錘重大一些，在樁頭不發(fā)生損壞的情況下，使管樁樁尖進(jìn)入持力層。

（2）經(jīng)復(fù)打后樁尖仍無法進(jìn)入持力層的樁，可分兩種情況具體確定方法：①樁吊腳較大時(shí)，經(jīng)復(fù)打后仍無法進(jìn)入持力層，且復(fù)打后吊腳尺寸仍較大，結(jié)合前面吊腳樁試驗(yàn)結(jié)果，此類樁做廢樁處理，由設(shè)計(jì)單位進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)樁。②經(jīng)復(fù)打后，樁尖雖未入持力層，但吊腳尺寸已經(jīng)很小的管樁，采用抽檢做靜載試驗(yàn)，以便確定樁的單樁承載力特征值是否滿足設(shè)計(jì)要求，以及沉降是否滿足規(guī)范要求，根據(jù)檢測結(jié)構(gòu)判斷，此類樁經(jīng)過復(fù)打后滿足設(shè)計(jì)要求。復(fù)打后樁的抽檢結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 復(fù)打后樁Q-s曲線

圖6 復(fù)打后樁s-lgt曲線

4.2 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁吊腳的預(yù)防辦法

（1）根據(jù)勘察報(bào)告中各土層的特性，提前預(yù)判是否有管樁不易穿透的砂層或巖層，選用穿透能力強(qiáng)的樁尖。

（2）控制引孔速度，不得提前大批量引孔，引孔與打樁時(shí)間間隔應(yīng)控制在同一臺(tái)班內(nèi)。

（3）因持力層遇水易軟化，預(yù)鉆孔完畢后應(yīng)立即向孔內(nèi)灌注細(xì)石混凝土，并在初凝前完成打樁。

5 結(jié)語

（1）預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的吊腳現(xiàn)象在預(yù)鉆孔情況下時(shí)有發(fā)生，吊腳樁的單樁承載力很低，很難達(dá)到要求的設(shè)計(jì)值。

（2）吊腳的原因主要是預(yù)應(yīng)力管樁沉樁時(shí)，樁身周邊土體被壓密并擠開，使土體產(chǎn)生垂直方向的隆起和水平方向的位移，造成已施工的預(yù)鉆孔垂直度產(chǎn)生較大偏差。以及因強(qiáng)風(fēng)化土層較硬，引孔后的浮土未清理干凈，堆積在孔底且不密實(shí)。

（3）宜使用靜載法檢測吊腳樁的承載力大小。

（4）通過靜壓或錘擊進(jìn)行復(fù)壓或復(fù)打，且復(fù)打采用的樁錘重量一般要比打入時(shí)的錘重量大一些。

（5）選用合適的樁尖并控制引孔速度，可減少樁基吊腳的情況發(fā)生。