預應力混凝土管樁施工中的問題及分析

林宏毅廈門中宸集團有限公司（361000）

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預應力混凝土管樁施工中的問題及分析

林宏毅
廈門中宸集團有限公司（361000）

摘要：在實踐中，靜壓管樁施工技術具有的無噪聲、無振動的優點使其很少發生打擾周圍居民的現象，在近些年來靜壓管樁施工技術不斷得到提高和優化，但同時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行分析探討，并提出相應的解決方案。

關鍵詞：靜壓預制樁；問題；施工；初期

1　應用實例

靜壓預制樁在城鄉建設中得到了廣泛的應用，在預制樁中，靜壓預制樁是最主要的形態。在實踐中靜壓預制樁已經取得了不小的進步，但在應用中也常遇到許多技術問題，如果不加以改進，極有可能阻礙靜壓預制樁的實際應用和技術推廣，因此我們需要及時分析和解決問題，確保樁基達到規定的要求。

1.1工程案例

某綜合樓工程地質特征為：①雜填土、耕土層厚0.5～1.5 m，濕、松散，含植物根系；②粉質黏土層厚1.0～2.3 m，軟塑、飽和，承載力特征值fak=90 kPa，側摩阻力特征值qsa=20 kPa；③淤泥質粉砂層厚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粉質黏土層厚1.0～2.3 m，軟塑飽和，fak=90 kPa，qsa=20 kPa；⑧細砂層厚1.4～3.5 m，中密、飽和，fak=160 kPa，qsa= 25 kPa，預制樁端阻力特征值qpa=2 800 kPa；⑨礫砂層厚12.5～14.6 m，密實、飽和，fak=360 kPa，qsa= 65 kPa，預制樁端阻力特征值qpa=6 500 kPa；⑩粉質黏土層揭露厚3.5 m、未穿，軟塑，飽和。

根據所受荷重及地質勘察資料情況，該工程采用C80的PHC管樁（AB），規格為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4 200 kN時，尚未達到入持力層1 m的要求。7 d后復壓，終壓達4 800 kN，壓入深度為0.5～0.9 m，在細砂層較薄處入持力層深度符合要求，在細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，竣工后觀測沉降穩定，滿足規范要求。

1.2工程案例

本研究選取了某5層樓為樣本進行實例分析，該工程采用靜壓方樁，規格400 mm×400 mm，單樁承載力特征值為400 kPa，以第⑤層粉質粘土為持力層，入土深4 m以上，在試樁時，當達到持力層進入深度時，終壓力只有350～450 kN，7 d后復壓終壓力為800 kN，沉降0.03～0.05 m。1個月后經靜載檢測，單樁豎向極限承載力均≥800 kN，沉降小于規定標準。竣工驗收后，沉降均勻，符合設計要求。

2　靜壓樁沉樁機理

1）原理分析

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

圖1　樁周土體范圍示意

2）樁周受力可分為3個區段（見圖2）：L1為無側阻力區；L2=（0.4～0.6）L，為滑移區，其樁側摩阻力小于原狀土的靜態側摩阻力；L3=（5～7）d，為擠壓區，其樁側摩阻力稍大于原狀土的靜態側摩阻力。樁尖附近范圍的樁周土擠壓區，隨著樁的壓入受剪切而發生重塑，處于剪損軟化狀態，土的強度降為重塑土的殘余強度，樁端、樁側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、分布等，此外樁入持力層深度、樁數和樁距、施工順序及進度等也會對樁壓入阻力值的大小造成影響。隨著結束壓樁，孔隙水壓力消散、樁周土徑向固結、樁側摩阻力顯著增長，擾土重塑的樁端土體強度也恢復。壓樁休止時間越長，樁的承載力越大，但是在壓樁休止時間延長的初期，樁的承載力增加的速度較快，隨后逐漸變慢，最終平穩下來并趨于一極限值，因此樁的承載力的變化明顯呈現出時效性的特征。

圖2　樁周受力示意

對于具有觸變性的黏性土，在受壓樁擾動下，樁周孔隙水受沖剪擠壓作用形成不均勻水頭，產生超孔隙水壓力，使樁周土體抗剪強度劇降，發生嚴重軟化，土的強度劇烈降低，甚至發生流動。樁很易壓下，一旦壓樁休止，隨時間推移，超孔隙水壓力逐漸消散，土體固結、強度恢復，樁身與樁周土之間的摩阻力由滑動摩擦力變為承載時的靜摩阻力，樁才獲得工程意義上的極限承載力。對密實～中密礫砂土而言，在受壓樁的擾動下，由于剪脹效應引起阻力增大，滑動摩阻力大于承載時的靜摩阻力，而難以進入。若此時停壓，則可導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，實際上是土體對樁的瞬間抗力，由沉樁機理可知，沉樁效果隨地質特征、土層分布、設計技術要求和施工方法的不同而各不相同。

1）實例1：沉降量大是工程施工中常出現的問題，主要原因可分析如下：首先，工程采用的管樁C80的PHC在使用前已經嚴格按要求進行檢測，施壓也嚴格按規程操作，而且在施工過程中并未發現樁身有異常現象，因此我們首先可以排除因樁身質量問題造成的沉降。其次，在打樁設計上，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，未發現樁身上浮現象，而且終壓4 200 kN＞2倍單樁豎向承載力特征值，符合設計要求。但本工程以礫砂層為持力層，依據其剪脹效應和沉樁機理，壓樁時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阻力、超孔隙水壓力，且受力隨入土深度、土密實程度的增大而增大，從而降低實際承載力意義上的沉樁有效壓力，使終壓值達到要求，但仍未達到持力層深度和實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，樁端土受水滲透，土穩定性差，顆粒產生部分滑動而軟化，重新排列引發持力層承載力降低，從而造成實際極限承載力比終壓力低，復壓后產生較大沉降。在分清原因后，對未壓至持入層的樁進行復壓，終壓力為1.2倍單樁豎向極限承載力，并對樁底腔隨澆C25細石混凝土1 m封底，防止樁端土遇水軟化。該工程后經動測、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現不均勻沉降。

2）實例2：以黏質土層為持力層，使承載力提高。對該類型軟土地基上的靜壓預制樁統計，發現在沉樁后隨著時間的延長，樁的承載力普遍提高，有明顯的時效性。其原因為：對具有觸變性的粘質土，依據沉樁機理，它在受外來擾動時，土體強度急劇下降，甚至發生流動，土層承載力降低，出現少于單樁豎向承載力特征值情況，當休壓后由于超孔隙水壓消散，土體顆粒重新排列固結、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年后固結基本完成，最終承載力也趨于穩定，樁的承載力可達終壓力的2倍以上。

4　結語

在總結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，在樁的進場驗收過程中要嚴格把關，及時淘汰不合格的樁，保證樁身質量。第二，在施工技術上，嚴格控制樁垂直度，如果有遇硬夾層的現象，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，要合理采用沉樁順序，根據具體工程可采用由中間向四周，從一側到另一側等方案施工。