林宏毅廈門中宸集團(tuán)有限公司（361000）

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預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工中的問題及分析

林宏毅
廈門中宸集團(tuán)有限公司（361000）

摘要：在實(shí)踐中，靜壓管樁施工技術(shù)具有的無噪聲、無振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)使其很少發(fā)生打擾周圍居民的現(xiàn)象，在近些年來靜壓管樁施工技術(shù)不斷得到提高和優(yōu)化，但同時(shí)也伴隨著一系列的問題存在。這里針對靜壓管樁施工存在的問題進(jìn)行分析探討，并提出相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：靜壓預(yù)制樁；問題；施工；初期

1　應(yīng)用實(shí)例

靜壓預(yù)制樁在城鄉(xiāng)建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，在預(yù)制樁中，靜壓預(yù)制樁是最主要的形態(tài)。在實(shí)踐中靜壓預(yù)制樁已經(jīng)取得了不小的進(jìn)步，但在應(yīng)用中也常遇到許多技術(shù)問題，如果不加以改進(jìn)，極有可能阻礙靜壓預(yù)制樁的實(shí)際應(yīng)用和技術(shù)推廣，因此我們需要及時(shí)分析和解決問題，確保樁基達(dá)到規(guī)定的要求。

1.1工程案例

某綜合樓工程地質(zhì)特征為：①雜填土、耕土層厚0.5～1.5 m，濕、松散，含植物根系；②粉質(zhì)黏土層厚1.0～2.3 m，軟塑、飽和，承載力特征值fak=90 kPa，側(cè)摩阻力特征值qsa=20 kPa；③淤泥質(zhì)粉砂層厚0.8～1.0 m，松散、飽和，fak=50 kPa，qsa=10 kPa；④粗砂層厚1.5～5.8 m，松散、飽和，fak=110 kPa，qsa= 15 kPa；⑤淤泥質(zhì)粉砂層厚1.0～3.1 m，松散、飽和，fak=60 kPa，qsa=10 kPa；⑥淤泥層厚22.2～24.4 m，流塑、飽和，fak=40 kPa，qsa=6 kPa；⑦粉質(zhì)黏土層厚1.0～2.3 m，軟塑飽和，fak=90 kPa，qsa=20 kPa；⑧細(xì)砂層厚1.4～3.5 m，中密、飽和，fak=160 kPa，qsa= 25 kPa，預(yù)制樁端阻力特征值qpa=2 800 kPa；⑨礫砂層厚12.5～14.6 m，密實(shí)、飽和，fak=360 kPa，qsa= 65 kPa，預(yù)制樁端阻力特征值qpa=6 500 kPa；⑩粉質(zhì)黏土層揭露厚3.5 m、未穿，軟塑，飽和。

根據(jù)所受荷重及地質(zhì)勘察資料情況，該工程采用C80的PHC管樁（AB），規(guī)格為φ400 mm和φ500 mm，單樁豎向承載力特征值分別為1 400 kN和2 000 kN，以礫砂層為持力層，樁尖入持力層1 m，用靜壓打樁。按打樁要求施用終壓力達(dá)4 200 kN時(shí)，尚未達(dá)到入持力層1 m的要求。7 d后復(fù)壓，終壓達(dá)4 800 kN，壓入深度為0.5～0.9 m，在細(xì)砂層較薄處入持力層深度符合要求，在細(xì)砂層較厚處入持力層0.5～0.6 m。止壓并靜載檢測單樁極限承載力均≥4 000 kN，沉降符合要求，竣工后觀測沉降穩(wěn)定，滿足規(guī)范要求。

1.2工程案例

本研究選取了某5層樓為樣本進(jìn)行實(shí)例分析，該工程采用靜壓方樁，規(guī)格400 mm×400 mm，單樁承載力特征值為400 kPa，以第⑤層粉質(zhì)粘土為持力層，入土深4 m以上，在試樁時(shí)，當(dāng)達(dá)到持力層進(jìn)入深度時(shí)，終壓力只有350～450 kN，7 d后復(fù)壓終壓力為800 kN，沉降0.03～0.05 m。1個(gè)月后經(jīng)靜載檢測，單樁豎向極限承載力均≥800 kN，沉降小于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)?？⒐を?yàn)收后，沉降均勻，符合設(shè)計(jì)要求。

2　靜壓樁沉樁機(jī)理

1）原理分析

靜壓樁屬于擠土樁，在壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，壓樁會(huì)引起樁周土破壞，可分為3個(gè)區(qū)域（見圖1），A區(qū)為緊貼樁表面結(jié)構(gòu)完全破壞的土體，但由于擠壓、靜置和固結(jié)，使其強(qiáng)度逐漸恢復(fù)，甚至超過原來強(qiáng)度。并且該區(qū)大約為45～200 mm，可以牢固粘結(jié)在樁的周圍，粘結(jié)度較高并隨其一起移動(dòng)，這樣一來，樁的有效直徑增大，可達(dá)到5％～7％。C區(qū)為保持原狀而未被破壞的土體，兩者之間為B區(qū)。由圖中我們可以看出，A區(qū)土體在A、B區(qū)土體的分界面是樁達(dá)到極限破壞時(shí)的樁周土體剪切滑動(dòng)面，而樁極限摩阻力則取決于B區(qū)土體逐漸增長的抗剪強(qiáng)度，同時(shí)樁端面積增大也相應(yīng)提高了樁端阻力。

圖1　樁周土體范圍示意

2）樁周受力可分為3個(gè)區(qū)段（見圖2）：L1為無側(cè)阻力區(qū)；L2=（0.4～0.6）L，為滑移區(qū)，其樁側(cè)摩阻力小于原狀土的靜態(tài)側(cè)摩阻力；L3=（5～7）d，為擠壓區(qū)，其樁側(cè)摩阻力稍大于原狀土的靜態(tài)側(cè)摩阻力。樁尖附近范圍的樁周土擠壓區(qū)，隨著樁的壓入受剪切而發(fā)生重塑，處于剪損軟化狀態(tài)，土的強(qiáng)度降為重塑土的殘余強(qiáng)度，樁端、樁側(cè)摩阻力降為殘余阻力，從而將樁壓入地基土層中，樁壓入阻力為：qa=qp+qs2+qs3，其大小及分布取決于多種因素，如土層地質(zhì)、分布等，此外樁入持力層深度、樁數(shù)和樁距、施工順序及進(jìn)度等也會(huì)對樁壓入阻力值的大小造成影響。隨著結(jié)束壓樁，孔隙水壓力消散、樁周土徑向固結(jié)、樁側(cè)摩阻力顯著增長，擾土重塑的樁端土體強(qiáng)度也恢復(fù)。壓樁休止時(shí)間越長，樁的承載力越大，但是在壓樁休止時(shí)間延長的初期，樁的承載力增加的速度較快，隨后逐漸變慢，最終平穩(wěn)下來并趨于一極限值，因此樁的承載力的變化明顯呈現(xiàn)出時(shí)效性的特征。

圖2　樁周受力示意

對于具有觸變性的黏性土，在受壓樁擾動(dòng)下，樁周孔隙水受沖剪擠壓作用形成不均勻水頭，產(chǎn)生超孔隙水壓力，使樁周土體抗剪強(qiáng)度劇降，發(fā)生嚴(yán)重軟化，土的強(qiáng)度劇烈降低，甚至發(fā)生流動(dòng)。樁很易壓下，一旦壓樁休止，隨時(shí)間推移，超孔隙水壓力逐漸消散，土體固結(jié)、強(qiáng)度恢復(fù)，樁身與樁周土之間的摩阻力由滑動(dòng)摩擦力變?yōu)槌休d時(shí)的靜摩阻力，樁才獲得工程意義上的極限承載力。對密實(shí)～中密礫砂土而言，在受壓樁的擾動(dòng)下，由于剪脹效應(yīng)引起阻力增大，滑動(dòng)摩阻力大于承載時(shí)的靜摩阻力，而難以進(jìn)入。若此時(shí)停壓，則可導(dǎo)致樁極限承載力小于終壓力值。

3　原因分析

靜壓沉樁的終壓力，實(shí)際上是土體對樁的瞬間抗力，由沉樁機(jī)理可知，沉樁效果隨地質(zhì)特征、土層分布、設(shè)計(jì)技術(shù)要求和施工方法的不同而各不相同。

1）實(shí)例1：沉降量大是工程施工中常出現(xiàn)的問題，主要原因可分析如下：首先，工程采用的管樁C80的PHC在使用前已經(jīng)嚴(yán)格按要求進(jìn)行檢測，施壓也嚴(yán)格按規(guī)程操作，而且在施工過程中并未發(fā)現(xiàn)樁身有異?，F(xiàn)象，因此我們首先可以排除因樁身質(zhì)量問題造成的沉降。其次，在打樁設(shè)計(jì)上，施打樁按從中間向四周施壓順序，打樁方案合理，樁間距≥3.5 d，未發(fā)現(xiàn)樁身上浮現(xiàn)象，而且終壓4 200 kN＞2倍單樁豎向承載力特征值，符合設(shè)計(jì)要求。但本工程以礫砂層為持力層，依據(jù)其剪脹效應(yīng)和沉樁機(jī)理，壓樁時(shí)樁既要克服礫砂層提高了的抗剪力，又要克服急速沉樁引起的動(dòng)阻力、超孔隙水壓力，且受力隨入土深度、土密實(shí)程度的增大而增大，從而降低實(shí)際承載力意義上的沉樁有效壓力，使終壓值達(dá)到要求，但仍未達(dá)到持力層深度和實(shí)際要求的極限承載力，沉樁休止后，超孔隙水壓消散，孔隙水恢復(fù)，樁端土受水滲透，土穩(wěn)定性差，顆粒產(chǎn)生部分滑動(dòng)而軟化，重新排列引發(fā)持力層承載力降低，從而造成實(shí)際極限承載力比終壓力低，復(fù)壓后產(chǎn)生較大沉降。在分清原因后，對未壓至持入層的樁進(jìn)行復(fù)壓，終壓力為1.2倍單樁豎向極限承載力，并對樁底腔隨澆C25細(xì)石混凝土1 m封底，防止樁端土遇水軟化。該工程后經(jīng)動(dòng)測、靜載檢測，單樁極限承載力和沉降均符合要求。竣工后沉降觀測未發(fā)現(xiàn)不均勻沉降。

2）實(shí)例2：以黏質(zhì)土層為持力層，使承載力提高。對該類型軟土地基上的靜壓預(yù)制樁統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)在沉樁后隨著時(shí)間的延長，樁的承載力普遍提高，有明顯的時(shí)效性。其原因?yàn)椋簩哂杏|變性的粘質(zhì)土，依據(jù)沉樁機(jī)理，它在受外來擾動(dòng)時(shí)，土體強(qiáng)度急劇下降，甚至發(fā)生流動(dòng)，土層承載力降低，出現(xiàn)少于單樁豎向承載力特征值情況，當(dāng)休壓后由于超孔隙水壓消散，土體顆粒重新排列固結(jié)、樁超直徑增大等原因，使土層承載力逐漸增大，初期增長快，后期慢，1年后固結(jié)基本完成，最終承載力也趨于穩(wěn)定，樁的承載力可達(dá)終壓力的2倍以上。

4　結(jié)語

在總結(jié)以上施工中所存在的問題之后，提出了一些解決措施以供參考。第一，在樁的進(jìn)場驗(yàn)收過程中要嚴(yán)格把關(guān)，及時(shí)淘汰不合格的樁，保證樁身質(zhì)量。第二，在施工技術(shù)上，嚴(yán)格控制樁垂直度，如果有遇硬夾層的現(xiàn)象，可以增壓使沉樁速度減慢。第三，遇孤石可用引孔法。第四，樁身上浮時(shí)，要合理采用沉樁順序，根據(jù)具體工程可采用由中間向四周，從一側(cè)到另一側(cè)等方案施工。