寧波某飽和軟土地基預(yù)制管樁擠土浮樁經(jīng)驗(yàn)分析

王瑞灣 周喬

寧波華東核工業(yè)工程勘察院 浙江 寧波 315800

引言

預(yù)制管樁因其施工速度快、造價(jià)低、污染少、樁身質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)，較其他類型樁具有較明顯的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)，是作為沿海軟土地區(qū)廣泛應(yīng)用的一種樁型。但預(yù)制樁是一種擠土樁，樁打（壓）入地層時(shí)需排擠原位土體，其在施工應(yīng)用過程中遇到各種問題，主要有以下幾類：①大面積打樁施工方式不當(dāng)時(shí)，發(fā)生樁體上浮、偏位，甚至斷樁情況，故擠土樁對(duì)樁長(zhǎng)控制要求嚴(yán)格；②擠土情況嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致土體上隆、變形等，將對(duì)鄰近建筑物、道路及地下管線等造成破壞；③打（壓）樁時(shí)，特別是在飽和軟黏土中，在樁土界面附近產(chǎn)生較大的超孔隙水壓力，短期內(nèi)造成土的有效應(yīng)力下降；④施工過程對(duì)土體產(chǎn)生較大擾動(dòng)，尤其是飽和軟黏土，導(dǎo)致土的力學(xué)性質(zhì)下降，需要較長(zhǎng)的休止期恢復(fù)樁身承載力；⑤在軟土基坑中，容易發(fā)生斜樁等問題[1]。本文以寧波江北區(qū)某倉(cāng)庫(kù)工程實(shí)例對(duì)預(yù)制管樁上浮事故經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，提出

自己的幾點(diǎn)看法，供今后的工程實(shí)例中參考。

1 項(xiàng)目概況

擬建工程位于寧波市某工地，擬建物主要由三座倉(cāng)庫(kù)（A倉(cāng)、B倉(cāng)、C倉(cāng)）構(gòu)成，層高1F（高度約16m），總占地面積約為13819.72m2，總建筑面積約為15231.01m2，采用框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)荷載為80kN/m2，單柱最大荷載約8000kN。設(shè)計(jì)采用的是PHC-500AB100的管樁，采用整筏板下滿堂布樁形式，采用YZJ680液壓樁機(jī)施工，打樁順序從西向東推進(jìn)，南北各設(shè)釋放孔。

2 工程地質(zhì)概況

根據(jù)野外鉆探揭露，勘探深度范圍內(nèi)主要為第四系海相沉積物，飽和軟黏土厚度大，范圍廣，地基土自上而下表現(xiàn)為以下特點(diǎn)：1-1層雜填土（Q4ml）：雜色，松散；1-2層黏土（Q4al）：灰黃色，可塑，往下漸變?yōu)檐浰埽?-1層淤泥質(zhì)黏土（Q4m）：灰色，流塑；2-2層黏土（Q4m）：灰色，軟塑。2-3層淤泥質(zhì)黏土（Q4m）：灰色，流塑。3-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（Q4m）：灰色，流塑。3-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（Q4m）：灰色，流塑。4-1層粉質(zhì)黏土（Q4al）：灰色，軟塑為主。4-2粉質(zhì)黏土（Q4al）：軟塑為主。5層粉砂（Q3al）：灰褐色，中密，6層粉質(zhì)黏土（Q3al）：灰色，軟塑～可塑。7層 中砂（Q3al）：灰褐、灰黃色，密實(shí)。其中軟弱淤泥層平均厚度約40m，設(shè)計(jì)采用5層粉砂層作樁端基礎(chǔ)持力層，沉樁以貫入度和樁長(zhǎng)控制，典型地質(zhì)剖面如下：

3 基樁檢測(cè)結(jié)果

在休止期結(jié)束后，對(duì)A、B、C三倉(cāng)進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，設(shè)計(jì)單樁豎向承載力特征值為1250kPa。對(duì)A倉(cāng)共檢測(cè)7個(gè)單樁，有5個(gè)試驗(yàn)樁檢測(cè)結(jié)果遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，部分單樁承載力特征值檢測(cè)結(jié)果低至700kPa，甚至500kPa，單樁承載力特征值檢測(cè)結(jié)果僅為設(shè)計(jì)值的40%～80%，樁的破壞形式為刺入式破壞，樁側(cè)阻與樁端阻值均較低。而同一場(chǎng)地內(nèi)的B倉(cāng)與C倉(cāng)的試驗(yàn)樁檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)多方討論，決定對(duì)A倉(cāng)進(jìn)行擴(kuò)大檢測(cè)，仍有半數(shù)樁承載力值不滿足設(shè)計(jì)要求。

4 原因分析

通過現(xiàn)場(chǎng)分析及多次召開專家研討結(jié)果，本文對(duì)造成單樁承載力低的各種原因進(jìn)行初步分析。

4.1 地勘資料原因

在受檢樁原位處進(jìn)行補(bǔ)勘，共進(jìn)行鉆探勘察孔2只及靜力觸探孔3只，補(bǔ)勘地質(zhì)資料與原勘察報(bào)告相符，且同一場(chǎng)地內(nèi)B倉(cāng)、C倉(cāng)的基樁檢測(cè)達(dá)到設(shè)計(jì)值，但仍不排除因地層不均勻性而造成局部地層承載力過低。

4.2 設(shè)計(jì)原因

設(shè)計(jì)采用的是5層粉砂作為樁基礎(chǔ)持力層，但實(shí)際上該層局部較薄，層厚4.90～1.10m，且深度變化較大，打樁以樁長(zhǎng)控制時(shí)，樁底很可能落在4-2層或6層粉質(zhì)黏土中，此兩層地層為軟塑～軟可塑，物理力學(xué)性質(zhì)較差，作為樁端持力層時(shí)承載力低、后期沉降位移較大。樁端以上基本為四十幾米厚的飽和軟黏土，本地區(qū)的軟土具有受擾動(dòng)后強(qiáng)度顯著下降的特點(diǎn)。此種特殊地質(zhì)條件下采用具有顯著擠土效應(yīng)的大面積群樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)上也是不適宜的，這將造成超孔隙水壓力無法消散而導(dǎo)致地層強(qiáng)度降低、樁體上浮、斷樁，是造成單樁承載力降低的主要原因。本工程擬建物荷載較大，上部地層物理力學(xué)性質(zhì)較差，筆者認(rèn)為設(shè)計(jì)時(shí)采用7層中砂層作為樁基持力層更佳，中砂層厚度較大、分布穩(wěn)定，物理力學(xué)性質(zhì)較好，承載力較高，沉降量較低。

4.3 施工原因

在施工方面也存在一定的問題，一方面存在部分樁頭焊接質(zhì)量不合格，焊接冷卻時(shí)間不足；另一方面是打樁速度與順序不合理，施工時(shí)采取自西向東逐排施工過來，且日打樁數(shù)超過二十枚，造成擠土效應(yīng)明顯，土體上隆，樁體上浮嚴(yán)重，經(jīng)測(cè)量樁頭上浮量達(dá)數(shù)十厘米；再者是樁長(zhǎng)可能不滿足要求，因各種原因施工過程中樁長(zhǎng)可能不是按設(shè)計(jì)長(zhǎng)度進(jìn)行施工的，也會(huì)造成承載力不足。

管樁樁身質(zhì)量可能不合格，在打樁過程中發(fā)生脆裂。

工程樁施工前未進(jìn)行試驗(yàn)樁檢測(cè)，不能掌握單樁豎向承載力特征值是否滿足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而不能有效優(yōu)化調(diào)整合適的樁型、樁端持力層及樁土參數(shù)等，待工程樁全部施工完后進(jìn)行驗(yàn)收檢測(cè)時(shí)才發(fā)現(xiàn)問題。

針對(duì)可能存在的原因，迅速組織了技術(shù)人員抽取了五十余枚樁采用高應(yīng)變法進(jìn)行樁身完整性驗(yàn)證檢測(cè)，根據(jù)高應(yīng)變法檢測(cè)結(jié)果，樁身完整性較好，高應(yīng)變曲線符合設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)特征，排除樁身質(zhì)量因素。經(jīng)綜合考慮，推斷造成管樁承載力不足的原因主要為：

4.3.1 單樁承載力檢測(cè)值過低是由于樁身上浮引起的，在深厚飽和軟土場(chǎng)地大面積施工擠土樁時(shí)施工過快且未采取有效的應(yīng)力釋放等措施，導(dǎo)致孔隙水壓力急劇增大，樁身上浮，樁側(cè)、樁端土破壞，土體承載力顯著下降，孔隙水壓力消散需要較長(zhǎng)的時(shí)間。

4.3.2 由于場(chǎng)地內(nèi)地層變化差異較大，5層粉砂在水平向上的分布深度及厚度變化較大，打樁以樁長(zhǎng)控制時(shí)，樁端可能落入4-2層或6層軟塑的粉質(zhì)黏土層中，導(dǎo)致單樁承載力值大打折扣。

5 處理措施

目前針對(duì)在深厚飽和軟土中工程發(fā)生大面積浮樁一般采用以下幾種處理措施：①?gòu)?fù)壓或復(fù)打樁法，將樁頂采用靜壓法復(fù)壓至略低于原標(biāo)高，采用復(fù)打法不能消除擠土效應(yīng)，地層中超孔隙水壓力仍然存在，所以在復(fù)打樁后仍需靜置較長(zhǎng)的時(shí)間，待孔隙水壓力消散，土的擾動(dòng)得以恢復(fù)，再進(jìn)行單樁靜載荷試驗(yàn)來檢測(cè)單樁承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求；②復(fù)合地基處理法，利用現(xiàn)有預(yù)制樁基礎(chǔ)上通過復(fù)合地基的理論和方法進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，孔距較大處補(bǔ)充短樁處理，對(duì)局部因樁頭超孔隙水壓力消散而軟化的土體進(jìn)行清理后增厚碎石粗砂墊層處理[2]。③注漿，對(duì)浮樁的樁底及樁側(cè)進(jìn)行后注漿，提高單樁承載力。④補(bǔ)樁，對(duì)單樁承載力不足處附近補(bǔ)打樁。但是補(bǔ)打樁會(huì)增加擠土效應(yīng)，進(jìn)一步擾動(dòng)土層，降低土的承載力。

該工程樁基處理措施如下：首先，對(duì)上浮樁進(jìn)行復(fù)壓，復(fù)壓過程盡量緩慢，減少對(duì)土層的擾動(dòng)，復(fù)打量略大于上浮量，經(jīng)過一個(gè)月的休止期后，又對(duì)前期檢測(cè)的7根樁進(jìn)行第二次靜載檢測(cè)，此次承載力檢測(cè)值明顯恢復(fù)較多，有3根樁承載力達(dá)到1250kN，滿足設(shè)計(jì)要求，其余的樁承載力檢測(cè)值在1000kN～1125kN，與設(shè)計(jì)值差距較小，對(duì)剩余承載力不足的部分再采取補(bǔ)樁措施，補(bǔ)樁約40根，補(bǔ)樁時(shí)控制好施工速度及打樁方向，盡量減少對(duì)已施工樁的影響。

6 結(jié)束語

預(yù)制管樁經(jīng)濟(jì)、快捷、樁身質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)使其在濱海軟土地區(qū)應(yīng)用越來越普遍，但因其具有顯著的擠土效應(yīng)，在應(yīng)用的過程中不乏斷樁、斜樁等事故的發(fā)生，造成工程重大損失。

本項(xiàng)目因浮樁導(dǎo)致的樁基質(zhì)量不合格，后期因查找原因，進(jìn)行補(bǔ)救措施，造成工期延誤數(shù)月，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，在總結(jié)本項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，本文認(rèn)為在使用該種樁型時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

在深厚飽和軟土地層中采用預(yù)制樁時(shí)，宜采用承載力較好、分布較穩(wěn)定的地層作為樁端持力層，且應(yīng)適當(dāng)提高預(yù)制樁布樁中心間距。持力層變化較大的場(chǎng)地，可分區(qū)、分塊進(jìn)行勘察、設(shè)計(jì)，將工作做到精細(xì)化。

注意安排合理的打樁順序，先打樁上浮量大于后打樁，故應(yīng)避免相同方向打樁，可采用跳打等方式減少同方向上的位移累加。且應(yīng)減慢樁基施工速度，保證每天沉樁數(shù)量最多10根，壓樁過程速度放慢，同時(shí)加強(qiáng)觀測(cè)鄰近地表隆起和裂縫發(fā)展情況。必要時(shí)，在施工場(chǎng)地和建筑物之間施工釋放孔。

沉樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高后應(yīng)穩(wěn)壓控制一定時(shí)間，防止樁體所受壓力瞬間消失發(fā)生回彈，上浮樁應(yīng)進(jìn)行復(fù)壓。采用多節(jié)樁時(shí)，應(yīng)控制好焊接質(zhì)量，宜采用人工焊接，焊接完畢應(yīng)冷卻規(guī)定時(shí)間方可繼續(xù)壓樁[3-4]。

對(duì)可能發(fā)生群樁上浮的地基基礎(chǔ)應(yīng)加大基礎(chǔ)整體剛度，減少不均勻沉降。

在大厚度軟土地區(qū)實(shí)施預(yù)制管樁基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)進(jìn)行試樁工作，且待休止期結(jié)束后進(jìn)行。