郁 蔥

(中國土木工程(澳門)有限公司 中國澳門 999078)

0 引言

淤泥及淤泥質粘土均為軟弱土層，具有含水率高、強度低、流動性強、剪切效應明顯等特點，在基礎工程施工中軟弱土層為較難處理地層。在以往軟弱土層中施工預應力管樁的實踐中出現(xiàn)樁位偏移、斷樁、樁身傾斜等問題，在超深厚軟弱地層中施工超長細比管樁過程出現(xiàn)更為頻繁、嚴重。因此，在超深厚軟弱地層中施工超大長細比管樁，對施工質量的控制是一項挑戰(zhàn)。本文結合工程實際施工案例，闡述在超深厚軟弱地層中進行超大長細比預應力管樁施工產生的主要質量問題，并提出提高成樁質量的具體預控措施，為今后類似的地質情況下預應力管樁施工提供參考。

1 工程概況

1.1 工程簡況

珠海橫琴國際生科城項目，位于珠海市橫琴西路北側、勝洲七路東側。項目擬建酒店、醫(yī)學養(yǎng)生中心、會所等若干棟及兩層地下室。地下室深度為8m，基坑支護采用排樁結合高壓旋噴樁止水帷幕+兩道混凝土內支撐，基礎采用PHC管樁基礎，樁型為PHC600-130-AB，樁徑為0.6m，樁端持力層為全風化花崗巖，單樁承載力特征值為1500kN。管樁平均樁長為56m，最長樁長達到80m，最大長細比超過130，采用靜壓方式沉樁。主樓基礎承臺為多樁承臺，樁基礎較密，最小樁間距為1.85m，地下室基礎承臺為三樁承臺，承臺內樁間距為2.1m，承臺間距為5.5m(圖1)。

圖1 地下室樁基布置圖

圖2 典型鉆孔剖面圖

1.2 地質概況

根據(jù)柱狀圖(圖2)揭示，工程場地內各主要土層分布為：①沖填土(粉細砂吹填而成，局部含淤泥質，含貝類碎屑)；②1淤泥(10～13m)；②2粉砂；②3淤泥質粘土(厚度大于30m)；②4中砂；②5粘質粉土；②6粗砂；③1全風化花崗巖；③2強風化花崗巖；③3中風化花崗巖。主要地質特征為淤泥及淤泥質黏土軟弱土層深厚，最大總厚度達47m。

2 工程特點

特點一：軟弱土層超厚

在超深厚軟弱土層施工過程中，預應力管樁極易產生樁偏位、樁身傾斜、斷裂等質量事故。由于樁位比較密集，已施工和正在施工管樁受軟弱土的相互推擠作用導致管樁位移、斷裂；另外，管樁沉樁至軟弱土層時，若沉樁速度過快，則易產生擠土和土體上涌現(xiàn)象，繼而導致沉樁發(fā)生偏移，難將沉樁至設計標高。管樁施工完成后基坑開挖至軟弱土層，重型機械設備的碾壓及軟弱土層的流動性，將導致樁頭偏斜、樁身斷裂。

特點二：管樁長細比超大

預應力管樁基礎長細比超大作為該工程另一特點。由于樁身直徑為0.6m，樁長最長達80m，其最大長細比大于130，為細長構件。大長細比管樁在施工過程中未采取垂直度控制措施容易導致樁身傾斜，同時，在穿透部分砂層時沉樁壓力過大，容易導致管樁曲屈破壞。

為此，如何在超深厚軟弱土層下施工超大長細比預應力管樁，減少樁位偏差、樁身傾斜、斷裂，提高成樁質量，成為該工程質量控制的要點。

3 施工質量控制

3.1 樁位偏移、樁身偏斜質量問題控制

(1)施工場地處理

場地的堅實平整是控制管樁樁身垂直度的基本條件，而該場地表層土為沖填土(粉細砂吹填而成，局部含淤泥質，含貝類碎屑)承載力差，在施工過程中樁機立腳處基礎沉降后樁機傾斜，進而導致所施工樁身偏斜。為滿足施工場地要求，根據(jù)采用靜壓樁機重量算出場地承載力需達到120kPa，采用真空預壓方案處理。先鋪設一層400g/m2土工布，其上在鋪設0.4m厚度粉砂工作墊層，然后安插塑料排水板，排水板長度6m，間距0.4m×0.4m。按橫向間距2m、縱向間距30m布設濾管(圖3)，在濾管上鋪設400g/m2無紡布，鋪設3層塑料密封膜，滿足真空預壓施工條件后再進行深層真空預壓處理(圖4)。

圖3 現(xiàn)場真空管網(wǎng)鋪設施工

圖4 現(xiàn)場真空預壓施工

(2)合理布置管樁施工順序

軟弱土層具有良好的流塑性，在管樁施工過程中會產生明顯的擠土作用，使已施工完成的管樁受到泥土的強烈擠壓作用而傾斜破壞，而合理布置管樁施工順序則可以減少擠土效應的影響。管樁施工順序布置原則為：分區(qū)段施工，每個區(qū)段內S型推進施工(圖5)；同一單體建筑或全樁承臺先施壓場地中央的樁，后施壓周邊的樁；當毗鄰其他建筑物時，由毗鄰建筑物向另一方向施壓[1]。

圖5 管樁施工順序示意圖

(3)設置消擠孔

預應力管樁在施工過程中，擠壓土體形成擠壓應力對已施工樁和本身造成極大影響，因此，想要減少管樁受擠壓應力的影響，就必須盡可能地減少土體受擠壓。為受擠壓的土體預留出足夠的空間進行位移，以使土地受擠壓的程度減輕。為此，該工程采取設置消擠孔的方式預留出淤泥土空間，適當布設消擠孔于管樁之間，從而使擠壓應力減少甚至是消除。

消擠孔施工采用取土樁方式施工，布設方法：順著軸線方向在承臺間空置處設置消擠孔，孔深為30m，孔徑為0.6m，同一承臺的管樁之間不得安設消擠孔(圖6)。同時，將稻草等透水性能優(yōu)越、壓縮性強的填料填充至孔中，避免出現(xiàn)坍塌孔的問題。

圖6 消擠孔布置示意圖

(4)控制管樁施工速度

沉樁速率之所以會影響到土體變形，是因為超靜孔隙水壓力所導致[2]。在沉樁的過程中，超靜孔隙水壓力的增速往往會超過其消散的速度。在沉樁間隙，超靜孔隙水壓力會大幅減輕。結合相關經驗可知，在深淤泥地層中每個分區(qū)每天成樁量控制在8根以內，能有效地減輕大部分超靜孔隙水壓力引起的擠樁效應。

3.2 預制管樁樁身斷裂問題質量控制

(1)焊接質量控制

預制管樁節(jié)與節(jié)焊接接頭處為樁身薄弱點，若焊接節(jié)點質量差，在受外力作用下容易斷裂。為保證焊接質量，節(jié)段焊接采用CO2氣體焊接技術。管樁對接前應用鋼刷將上下端板清刷干凈，用導向箍引導上節(jié)管樁就位，使上下節(jié)順直后才開始施焊。焊接時，先在坡口圓周上對稱點焊4～6個點固定，拆除導向箍后再行施焊，分3層對稱施焊，焊縫必須連續(xù)、飽滿、無夾渣氣泡、封閉不滲水、每層焊接頭錯開；焊好后，應自然冷卻8min以上方可施壓，嚴禁用水冷卻和焊接后立即施壓。

(2)沉樁過程控制

沉樁速度不能過快，沉樁速度控制在平均每分鐘2m左右；沉樁過程中，當樁尖遇到硬土層或砂層而發(fā)生沉樁阻力突然增大時，可采取忽停忽壓的沖擊施壓法，使樁緩慢下沉直至穿透硬土或砂層。嚴禁持續(xù)提升壓力，防止加載過大使樁身曲屈破壞。

在沉樁過程中，如果壓力值突然下降、沉降量突然增大，或樁身污染傾斜、跑位，可能是斷樁。對于配置封口型樁尖的管樁，可通過吊線垂丈量樁長或吊低壓照明燈直接觀察來判斷是否斷樁。沉樁過程中如有斷樁、樁身混凝土出現(xiàn)裂縫、地面隆起、鄰樁上浮或壓樁至設計樁長但仍未達到收樁的終壓值要求，或終壓值滿足收樁要求但樁長不能達到設計要求時，應與設計、地質等有關單位人員聯(lián)系，分析原因，采取相應措施處理后方可繼續(xù)壓樁。壓樁時如遇地下障礙物，可根據(jù)其深度分別采用除障、引孔、避讓等措施解決。

3.3 土方開挖過程中管樁保護

施工方不當開挖，局部開挖過深，在軟弱土層較厚的上方出現(xiàn)位能差，由于軟弱土層承受的應力在開挖一側得到釋放，而樁的另一側 (靠土側)承受擠壓土集聚的彈性能及超靜水壓力，從而引起土層擾動，在軟弱土側向力的推動下使部分樁身向開挖側出現(xiàn)了位移和傾斜[3]。由此可見，土方開挖施工是減少管樁偏斜的重要管控環(huán)節(jié)。以下為土方開挖控制要點：

(1)首先均勻破除表層經真空預壓后的土層，將土層內應力向上釋放的約束層先行破除。

(2)先行開挖軟弱土面層較高的部位，使土層面保持水平，減少土層開挖過程的流動。

(3)采用長臂挖機站立于離開挖邊線較遠處開挖，同時減少每層軟弱土的開挖厚度，每層開挖厚度控制在1m內，層與層之間預留足夠寬度的工作面。

(4)合理設計出土路線，坡道設計盡量放緩并隨挖隨降，出土通道布設于各棟建筑物之間，并鋪設大片防滑鋼板利于荷載均勻擴散。

3.4 樁基檢測結果

經檢測，抽檢的預應力管樁基礎單樁豎向抗壓極限承載力值均能達到3000kN，采用低應變抽檢樁身質量，檢測結果：其中Ⅰ類樁占比79%，Ⅱ類樁占比21%，無三、四類樁，承載力及樁身完整性檢測均滿足設計規(guī)范要求。

4 結語

珠海橫琴國際生科城項目位于珠海市橫琴西路北側、勝洲七路東側，工程特點為軟弱土層深厚、預應力管樁長細比超大，使得預應力管樁施工及基坑開挖帶來很大風險和挑戰(zhàn)。該工程通過真空預壓處理表層土保證樁機站立行走、合理布置樁機走機施工線路、設置消擠孔、控制壓樁速度、接頭焊接采用CO2焊接技術、合理設計土方開挖方案等方法有效地減少了超深厚軟弱地層中超大長細比預應力管樁施工樁身偏斜、斷裂等問題，為今后類似地質情況下預應力管樁施工提供有益參考。