王 興

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092]

0 引言

隨著長(zhǎng)江三角洲區(qū)域生態(tài)環(huán)境共同保護(hù)規(guī)劃的頒布，生態(tài)環(huán)境部對(duì)強(qiáng)化污水收集處理設(shè)施建設(shè)提出了新的要求，即建設(shè)綠色智能、安全可靠的城鎮(zhèn)污水收集處理設(shè)施。特別是在經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速的長(zhǎng)三角地區(qū)，碳排放量巨大，減污降碳責(zé)任重，水務(wù)廠站工程建設(shè)項(xiàng)目中污水處理廠的處理規(guī)模日漸擴(kuò)大，大中型廠站構(gòu)筑物的需求也隨之持續(xù)攀升。大中型廠站構(gòu)筑物是指水務(wù)廠站工程項(xiàng)目中主要污水處理廠（含污水回用處理廠）的各類大中型水處理工藝水池類構(gòu)筑物，大中型廠站構(gòu)筑物單體包括但不限于生物反應(yīng)池（含曝氣池）、二沉池、高效沉淀池、反硝化深床濾池等。

PHC管樁憑借樁身強(qiáng)度高、施工周期短、質(zhì)量易控制等優(yōu)點(diǎn)[1]被廣泛應(yīng)用在水池類構(gòu)筑物中。但由于場(chǎng)地條件復(fù)雜、整體地勢(shì)起伏較大和施工趕進(jìn)度等因素，樁基施工過(guò)程中引發(fā)了許多質(zhì)量安全問(wèn)題，例如：靜載試驗(yàn)不合格[2]等。本文試圖通過(guò)對(duì)某工程PHC管樁靜載試驗(yàn)沉降異常進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的處理措施，為今后類似工程的樁基施工質(zhì)量控制提供參考。

1 工程概況

某污水處理廠二期工程，現(xiàn)狀一期規(guī)模為16萬(wàn)m3/d，新建二期工程規(guī)模16萬(wàn)m3/d，遠(yuǎn)期預(yù)留規(guī)模8萬(wàn)m3/d，污水廠規(guī)劃總規(guī)模為40萬(wàn)m3/d。一期用地面積約為16.98 hm2，遠(yuǎn)景總規(guī)劃用地面積約為25.46 hm2。本工程生物反應(yīng)池和矩形周進(jìn)周出二沉池這兩個(gè)單體采用連體合建的方式，平面尺寸為175 m×155.7 m，合建構(gòu)筑物單體占地面積27 247.5 m2。合建單體為鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)。由于場(chǎng)地工程地質(zhì)條件復(fù)雜，整體地勢(shì)起伏較大，樁基采用?500PHC管樁和?600鉆孔灌注樁。PHC-500-AB-100-b共2 565根，ZKZ-D600-B2-C35共1 139根，設(shè)計(jì)單樁豎向承載力特征值均為875 kN，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)12～41 m。

待上述樁基施工完成后，按照樁基檢測(cè)規(guī)范需要任意選取一定數(shù)量的樁基進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中有3根（1#、2#、3#）鉆孔灌注樁豎向抗壓極限承載力達(dá)到1750kN，滿足設(shè)計(jì)要求；有3根（1'#、2'#、3'#）PHC管樁出現(xiàn)沉降偏大的異常情況，豎向抗壓極限承載力均未達(dá)到1 750 kN，不滿足設(shè)計(jì)要求。靜載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表1 靜載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

2 工程地質(zhì)條件

本工程場(chǎng)地條件復(fù)雜，整體地勢(shì)起伏較大，場(chǎng)地北端現(xiàn)狀多為空地，場(chǎng)地中部多為建筑棄土高堆積區(qū)，場(chǎng)地南端現(xiàn)狀多為魚(yú)塘，且場(chǎng)地南側(cè)鄰近山體，山體較為平緩，植被發(fā)育。各地基土層的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)詳見(jiàn)表2。

表2 地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告結(jié)論，該工程樁基礎(chǔ)以端承為主、摩擦為輔，兩者兼而有之，樁基礎(chǔ)持力層選擇⑩2層（⑩2層土層厚度不夠時(shí)選擇112層）。其中，樁端阻力特征值qpa在巖層取值時(shí)樁端進(jìn)入巖層不宜小于2.0倍樁徑。

3 沉降異常情況及原因分析

3.1 沉降異常情況說(shuō)明

從表1可以看出，1'#PHC管樁在前9級(jí)加載累計(jì)總沉降量為49.69 mm，在加載第10級(jí)（1 750 kN）時(shí)單級(jí)沉降量大于第9級(jí)（1 575 kN）加載時(shí)單級(jí)沉降量的5倍，且樁頂累計(jì)總沉降量超過(guò)40 mm。根據(jù)規(guī)范本次靜載試驗(yàn)加載終止，最終檢測(cè)單位判定1'#PHC管樁極限承載力為第9級(jí)荷載值1 575 kN，單樁豎向極限承載力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2'#PHC管樁在前3級(jí)加載累計(jì)總沉降量為40.76 mm，在加載第4級(jí)（700 kN）時(shí)單級(jí)沉降量大于第3級(jí)（525 kN）加載時(shí)單級(jí)沉降量的5倍，且樁頂累計(jì)總沉降量超過(guò)40 mm。檢測(cè)單位判定2'#PHC管樁極限承載力為第3級(jí)荷載值525 kN，單樁豎向極限承載力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3'#PHC管樁在前3級(jí)加載累計(jì)總沉降量為91.25 mm，在加載第4級(jí)（700 kN）時(shí)單級(jí)沉降量大于第3級(jí)（525 kN）加載時(shí)單級(jí)沉降量的5倍，且樁頂累計(jì)總沉降量超過(guò)40 mm。檢測(cè)單位判定3'#PHC管樁極限承載力為第3級(jí)荷載值525 kN，單樁豎向極限承載力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

以上3根樁自施工完成到豎向抗壓靜載試驗(yàn)前的休止時(shí)間均為14～21 d，樁的施工工藝為靜壓沉樁。

3.2 原因分析

3.2.1 沉樁速率過(guò)快

首先，鉆孔灌注樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果合格，對(duì)比PHC管樁靜載試驗(yàn)結(jié)果不合格可以看出，地質(zhì)勘察報(bào)告中的地基土層性質(zhì)是準(zhǔn)確的，故排除該項(xiàng)因素。

《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 406—2017）[3]第8.4.6條規(guī)定：靜壓法施工沉樁速度不宜大于2 m/min。該場(chǎng)地土層上部均為飽和的淤泥及黏性土，沉樁時(shí)由于樁對(duì)土體的擠土作用，在淤泥層中產(chǎn)生超孔隙水壓力。靜壓沉樁速率過(guò)快，導(dǎo)致超孔隙水壓力和土體變形未能及時(shí)消散（超孔隙水壓力會(huì)隨著土體的隆起和側(cè)移慢慢消失），此時(shí)土體表現(xiàn)為彈塑性變形特征，之后土體的卸壓回彈恢復(fù)過(guò)程中致使樁身上浮，樁尖脫離持力層。最終，表現(xiàn)為靜載試驗(yàn)時(shí)樁基沉降明顯偏大的異常情況。

3.2.2 休止時(shí)間不足

《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106—2014）[4]第3.2.5條規(guī)定：承載力檢測(cè)前的休止時(shí)間，砂土不應(yīng)少于7 d，粉土不應(yīng)少于10 d，非飽和黏性土不應(yīng)少于15 d，對(duì)于飽和黏性土不應(yīng)少于25 d。本工程由于施工趕進(jìn)度，豎向抗壓靜載試驗(yàn)沉降異常的3根PHC管樁休止時(shí)間均為14～21d。而且場(chǎng)地未進(jìn)行整平，現(xiàn)狀地面標(biāo)高距設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高約5 m，雜填土層較厚，壓樁機(jī)行走時(shí)對(duì)土體擾動(dòng)影響較大。由于樁側(cè)阻力大部分由飽和黏性土提供，休止時(shí)間太短，施工期間雨量較大，黏性土層含水量又較高，樁周土未能充分固結(jié)，其抗剪強(qiáng)度未能有效恢復(fù)，導(dǎo)致樁的靜載試驗(yàn)承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

3.2.3 打樁順序紊亂

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）[5]第7.4.4條規(guī)定：打樁順序要求，對(duì)于密集樁群，自中間向兩個(gè)方向或四周對(duì)稱施打；當(dāng)一側(cè)毗鄰建筑物時(shí)，由毗鄰建筑物處向另一方向施打；根據(jù)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)標(biāo)高，先深后淺。本工程現(xiàn)場(chǎng)共進(jìn)場(chǎng)了2臺(tái)靜壓樁機(jī)進(jìn)行施工，施工單位也制定了降低擠土效應(yīng)的施工專項(xiàng)方案，即在毗鄰現(xiàn)狀構(gòu)筑物一側(cè)打了一排200 m長(zhǎng)的防擠孔。但在實(shí)際打樁過(guò)程中，由于施工工期緊迫、場(chǎng)地未整平導(dǎo)致2臺(tái)靜壓樁機(jī)行走困難，打樁順序未能按照既定路線進(jìn)行（大部分樁還是按區(qū)域由稀疏往密集方向施打）。生物反應(yīng)池（樁間距2.4 m）和矩形周進(jìn)周出二沉池（樁間距2.8 m）樁數(shù)量均較多，其中生物反應(yīng)池區(qū)域內(nèi)大面積樁密度較高，這種情況在可塑黏性土中擠土效應(yīng)較為明顯，對(duì)樁周土擾動(dòng)較大，是產(chǎn)生樁身上浮的重要因素之一。

3.2.4 穩(wěn)壓時(shí)間過(guò)短

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)壓樁力已達(dá)到終壓力或者樁端已到達(dá)持力層時(shí)應(yīng)采取穩(wěn)壓措施?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）[5]第7.5.9條第3款規(guī)定：穩(wěn)壓壓樁力不得小于終壓力，穩(wěn)定壓樁的時(shí)間宜為5～10 s。本工程快速壓樁施工時(shí)壓樁力一達(dá)到終壓值，靜壓樁機(jī)即刻卸壓，未采取穩(wěn)壓措施，樁身此時(shí)由于快速壓樁產(chǎn)生的超孔隙水壓力未能及時(shí)消散而回彈，進(jìn)一步加大了樁身上浮位移量，對(duì)靜載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果也產(chǎn)生了一定的影響。

4 處理措施

通過(guò)以上分析，沉樁速率過(guò)快、休止時(shí)間不足、打樁順序紊亂、穩(wěn)壓時(shí)間過(guò)短等因素導(dǎo)致樁身上浮，是此次靜載試驗(yàn)不合格的主要原因。因此，沉樁時(shí)必須重視樁身上浮問(wèn)題。為消除樁身上浮對(duì)樁豎向抗壓承載力的影響，待全部樁基施工完成后對(duì)所有PHC管樁復(fù)壓兩次，復(fù)壓壓樁力建議2.5倍豎向抗壓承載力特征值，復(fù)壓順序自單體區(qū)域中間向兩個(gè)方向或四周對(duì)稱復(fù)壓。復(fù)壓結(jié)束后，對(duì)管樁標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，如若仍有樁身上浮現(xiàn)象，對(duì)上浮樁再次進(jìn)行復(fù)壓，最終待休止時(shí)間達(dá)25 d以上再對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)檢測(cè)。

對(duì)所有PHC管樁復(fù)壓休止時(shí)間達(dá)到25 d后，采取驗(yàn)證與擴(kuò)大檢測(cè)法，重新隨機(jī)選取試驗(yàn)樁進(jìn)行豎向抗壓靜載試驗(yàn)。最終，所測(cè)試驗(yàn)樁豎向抗壓極限承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。

樁身完整性檢測(cè)方法選擇低應(yīng)變檢測(cè)，按規(guī)范規(guī)定與靜載試驗(yàn)同步進(jìn)行，所測(cè)試驗(yàn)樁的樁身完整性檢測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)均為I類樁或II類樁，不會(huì)影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮，可以作為工程樁使用。

以上檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了復(fù)壓是處理樁身上浮最有效的補(bǔ)救措施，同時(shí)驗(yàn)證了PHC管樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)沉降異常的主要原因是樁身上浮。

5 結(jié)論

對(duì)于存在較厚飽和淤泥層和可塑黏性土層時(shí)，采用PHC管樁作為樁基礎(chǔ)，樁身上浮的問(wèn)題必須引起重視。減小樁身上浮對(duì)樁設(shè)計(jì)承載力產(chǎn)生影響的幾點(diǎn)建議如下：

（1）樁基施工過(guò)程中沉樁應(yīng)緩慢進(jìn)行，靜壓法施工沉樁速度不宜大于2 m/min。

（2）承載力檢測(cè)前的休止時(shí)間應(yīng)達(dá)到規(guī)范允許限值，不能因?yàn)槭┕ぺs進(jìn)度而無(wú)視從壓樁完成到靜載試驗(yàn)檢測(cè)時(shí)的間歇時(shí)間。

（3）嚴(yán)格控制壓樁順序，以降低擠土效應(yīng)，從而減小樁身上浮量。對(duì)于施打大面積密集樁群時(shí)，自中間區(qū)域向兩個(gè)方向或四周對(duì)稱施打。當(dāng)一側(cè)毗鄰現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物時(shí)，由毗鄰現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物處向另一方向施打。

（4）為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)樁身上浮的問(wèn)題，每根PHC管樁施工結(jié)束后，都必須準(zhǔn)確地測(cè)量樁頂標(biāo)高。在樁基施工過(guò)程中，施工管理和監(jiān)理相關(guān)人員往往只關(guān)注樁長(zhǎng)或終壓值是否滿足設(shè)計(jì)要求，忽視了打完樁還要測(cè)量樁頂標(biāo)高，這樣在出現(xiàn)事故樁后很難辨別樁身是否上浮。在靜載試驗(yàn)檢測(cè)開(kāi)始前，再對(duì)樁頂標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，兩次測(cè)量的樁頂標(biāo)高進(jìn)行核對(duì)確認(rèn)樁身是否上浮，若樁身上浮，應(yīng)及時(shí)采取復(fù)壓的處理措施。