預(yù)應(yīng)力混凝土管樁沉降異常淺析

摘要:預(yù)應(yīng)力混凝土管樁有著單樁承載力高、樁身耐錘擊性好、穿透力強(qiáng)、施工速度快、造價(jià)便宜等優(yōu)點(diǎn)，在軟土地基處理中得到了廣泛的應(yīng)用，本文以唐山某220kv變電站配電綜合樓樁基礎(chǔ)工程為例，介紹設(shè)計(jì)過(guò)程中預(yù)應(yīng)力混凝土管樁地基處理方案的確定、樁施工中出現(xiàn)的問(wèn)題以及施工應(yīng)注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力混凝土管樁 沉降異常 工程經(jīng)驗(yàn)

1 工程介紹

配電綜合樓為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地下一層為電纜夾層，地上兩層，一層布置變壓器室、電抗室、110kvGIS室、110kvGIS室，二層布置主控制室、繼電器室、蓄電池室和辦公用房。站址位于冀東平原南緣，地層為第四系沖洪積沉積物，巖性以粉土、粉質(zhì)粘土及粉砂為主。站址區(qū)地表下21m深度范圍內(nèi)地層簡(jiǎn)述如下:

①粉土:稍密～中密狀態(tài)。土質(zhì)不均一，含有粘性土夾層。壓縮系數(shù)平均值a1-2=0.371MPa-1，屬中等壓縮性土。層底埋深3.30～4.00m，層厚3.30～4.00m。

②粉質(zhì)粘土:軟塑狀態(tài)。含較多有機(jī)質(zhì)及貝殼碎片，具腥臭味，局部含淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土透鏡體。壓縮系數(shù)平均值a1-2=0.438MPa-1，屬中等偏高壓縮性土。層底埋深5.40～7.80m，層厚1.00～3.50m。

③粉土:濕，中密狀態(tài)。土質(zhì)不均勻。壓縮系數(shù)平均值a1-2=0.239MPa-1，屬中等壓縮性土。層底埋深7.10～14.00m，層厚0.40～6.20m。

③-1粉砂:中密，飽和，砂質(zhì)不純凈，含粉土團(tuán)塊。該層分布不均，局部缺失。壓縮系數(shù)平均值a1-2=0.082MPa-1，屬低壓縮性土。層底埋深8.00～8.70m，層厚0.50～1.30m。

④粉質(zhì)粘土:流塑狀態(tài)。土質(zhì)不均勻，含較多有機(jī)質(zhì)及貝殼碎片，具腥臭味，含粉砂及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾層或透鏡體。壓縮系數(shù)平均值a1-2=0.474MPa-1，屬中等偏高壓縮性土。層底埋深11.90～15.00m，層厚1.00～4.00m。

⑤粉土:密實(shí)狀態(tài)，土質(zhì)不均勻，具粉質(zhì)感，局部地段近粉砂。含淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘土夾層或透鏡體。壓縮系數(shù)平均值a1-2=0.212MPa-1，屬中等壓縮性土。該層未揭穿，最大揭露厚度9.10m。

⑤-1粉砂:灰色，中密～密實(shí)，飽和，砂質(zhì)不純凈，含粉土團(tuán)塊。該層分布不連續(xù)，局部缺失。最大揭露厚度2.40m。

2 地基方案確定

變電站位于唐海縣城南，地貌類(lèi)型屬濱海灘涂，站址原為魚(yú)塘，近期填平，周?chē)~(yú)塘、蝦池眾多，水面隨處可見(jiàn)，站址設(shè)計(jì)地震加速度0.15g，抗震設(shè)防烈度7度，地震反映譜特征周期0.65g，場(chǎng)地土類(lèi)型為軟弱土，場(chǎng)地類(lèi)別IV類(lèi)。

根據(jù)場(chǎng)地的地層結(jié)構(gòu)和工程條件分析:站址區(qū)各層地基土在水平及垂直方向上，層位及厚度相對(duì)穩(wěn)定，夾有強(qiáng)度較高的粉砂和強(qiáng)度較低的粘性土及淤泥質(zhì)土。①～④層主要以中高壓塑性土層為主，局部夾淤泥質(zhì)透鏡體，地基強(qiáng)度較差，承載力較低，⑤層地層屬中壓縮性土，工程性能較好，承載力相對(duì)較高。

考慮采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁。樁長(zhǎng)根據(jù)上部建筑物荷載按照端承摩擦樁設(shè)計(jì)計(jì)算，由于⑤層粉土及粉砂地層強(qiáng)度較高，選擇該層作為樁端持力層，樁基設(shè)計(jì)參數(shù):樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值①層28kpa，②層32kpa，③層40kpa，③-1層55kpa，④層35kpa，⑤層60kpa，⑤-1層68kpa，②④層23kpa，樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值⑤層1800kpa，⑤-1層2300kpa。

地面標(biāo)高4.40m，基礎(chǔ)埋深-6.0m計(jì)，單樁極限承載力按樁徑400mm樁長(zhǎng)16m計(jì)算。按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)相關(guān)公式估算單樁豎向極限承載力特征值689KN。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁優(yōu)點(diǎn):可按成任意長(zhǎng)度，不受施工機(jī)械能力和施工條件局限;成樁質(zhì)量可靠，沉樁后樁長(zhǎng)和樁身質(zhì)量可用直接手段進(jìn)行監(jiān)測(cè);樁身抗裂性好，穿透力強(qiáng);造價(jià)低廉;施工速度快，文明施工。當(dāng)?shù)氐鼗幚聿捎妙A(yù)應(yīng)力混凝土管樁比較普遍，預(yù)制樁采購(gòu)方便，施工技術(shù)成熟，因此確定采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁做為地基處理方案。由于地基土為軟弱土，為避免地基不均勻沉降對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，基礎(chǔ)形式采用筏板基礎(chǔ)。

樁型采用PHC AB400 80 16 a，樁長(zhǎng)16m，由10m和6m樁接長(zhǎng)，樁端持力層為第⑤層粉土，樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值1800kpa，總樁數(shù)1034根，設(shè)計(jì)要求單樁豎向承載力特征值500KN。樁頭與基礎(chǔ)連接采用微膨脹混凝土填芯，填芯高度1.3m，錨筋伸入基礎(chǔ)底板500，由于地下水位較高，在接頭頂面及側(cè)面涂刷環(huán)氧瀝青漆。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工狀況

本工程現(xiàn)場(chǎng)原為魚(yú)塘，由于打樁機(jī)對(duì)地面承載要求較高，現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地?zé)o法滿足打樁施工及行走，故回填碎石30cm厚，并壓實(shí)。確保了樁機(jī)順利進(jìn)行施工。

設(shè)計(jì)要求對(duì)樁端標(biāo)高進(jìn)行控制，在樁施工過(guò)程，出現(xiàn)有15%樁端不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，相距1.0m左右，且部分樁頂已出現(xiàn)裂紋，不適合繼續(xù)沉樁，統(tǒng)計(jì)最后一米錘擊數(shù)，樁端已達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高樁最后一米錘擊數(shù)平均115，而樁端未達(dá)標(biāo)高樁最后一米錘擊數(shù)平均220，最后十擊貫入度3~5cm，且沉降異常樁集中在中部，分布比較集中，因打樁順序從中間向兩端施工，排除了樁間土擠壓造成的沉樁困難的原因，考慮沉樁困難樁成片集中分布，估計(jì)在樁端附近存在局部硬層，而地基勘測(cè)鉆孔間距控制20m，僅從地勘報(bào)告不能反應(yīng)真實(shí)土層分布。

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》7.4.6條對(duì)錘擊沉樁終止錘擊控制規(guī)定:

3.1 當(dāng)樁端位于一 般土層時(shí)，應(yīng)以控制樁端設(shè)計(jì)標(biāo)高為主，貫入度為輔。

3.2 樁端達(dá)到堅(jiān)硬、硬塑的粘性土、中密以上粉土、砂土、碎石類(lèi)土及風(fēng)化巖時(shí)，應(yīng)以貫入度控制為主，樁端標(biāo)高控制為輔。

本工程樁端持力層為第⑤層粉土，標(biāo)貫擊數(shù)23.1(擊/30cm)，標(biāo)貫修正擊數(shù)17.5(擊/30cm)，屬于中密狀態(tài)粉土，可采取貫入度控制為主，標(biāo)高控制為輔的原則，因此在施工中對(duì)沉降困難樁調(diào)整了原設(shè)計(jì)提出的標(biāo)高控制標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合周?chē)鷧^(qū)域施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)類(lèi)似情況采取了相同處理辦法。

樁施工完畢后，進(jìn)行樁基檢測(cè)，對(duì)以上樁抽測(cè)6根，一類(lèi)樁4根，二類(lèi)樁兩根，平均單樁豎向承載力特征值560KN，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 軟土地基采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的工程經(jīng)驗(yàn)

4.1 合理的打樁順序 預(yù)應(yīng)力樁基施工時(shí)隨著入樁段數(shù)的增多，各層地質(zhì)構(gòu)造土體密度隨之增高。土體與樁身表面間的摩擦阻力也相應(yīng)增大，打樁所需的錘擊力也在增大。為使打樁中各樁的阻力基本接近，打樁線路應(yīng)選擇單向行進(jìn)，從中間向兩側(cè)進(jìn)行，這樣地基土在入樁擠密過(guò)程中，土體可自由向外擴(kuò)張，即可避免地基土上溢使地表升高，又不致因土的擠壓而造成部分樁身傾斜，保證了群樁的工作基本均勻并符合設(shè)計(jì)值。

4.2 適當(dāng)控制打樁速度 控制打樁速度，使各層土體能正確反映其抗剪能力。壓樁過(guò)程中，要經(jīng)常注意樁身有無(wú)位移和傾斜現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)糾正。樁將沉至要求深度或到達(dá)硬土層時(shí)，因盡量縮短壓樁停息時(shí)間，以免土層出現(xiàn)固結(jié)，加大樁施工的困難。對(duì)軟土地基，由于地基土滑動(dòng)蠕變較強(qiáng)，在樁施工時(shí)控制成樁速度，特別是地下水位較淺時(shí)，由于樁對(duì)土的擠壓，在樁周的粘土層中產(chǎn)生超孔隙壓力水，超孔隙壓力水隨著土體的隆起和側(cè)移而慢慢消失。如果壓樁速度過(guò)快，終壓后復(fù)壓過(guò)快完成，超孔隙壓力水和土體變形未充分消散，此時(shí)的飽和粘性土表現(xiàn)為彈塑性變形特征，土體卸壓恢復(fù)過(guò)程中樁身被抬起，樁尖脫離持力層。造成樁承載力降低和樁位偏移。

4.3 施行復(fù)打 在軟土地基，由于樁周土有多層飽和軟塑～可塑粘土層，且層厚大，層數(shù)多，摩擦力大，特別是先施打完成的樁由于土體重新固結(jié)，在樁機(jī)瞬時(shí)大壓力加載下樁可能難于沉降，不能達(dá)到復(fù)壓目的。在復(fù)壓時(shí)，先采用極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值60%～70%的壓力進(jìn)行瞬時(shí)短暫地反復(fù)施壓，以破壞樁周土的固結(jié)效應(yīng)。實(shí)踐證明，這個(gè)方法是可行的，復(fù)壓沉降量較大的樁都在施壓6-8次之后就開(kāi)始有明顯下沉。