某工程粘土地層預制管樁承載力不到設計要求的原因分析

文/鄒利民 曲靖市建筑工程質量監督管理站 云南曲靖 655000

預制預應力混凝土管樁(以下簡稱預制管樁)，由于其具有產品質量穩定可靠、標準化程度高、樁身混凝土強度高、運輸吊裝方便等優點，加之曲靖各城市中心區均分布于面積不等的低中山緩坡沖積型壩區，建筑地基土層較厚，比較適宜預制管樁施工，因此混凝土管樁基礎在我市工程建設中得以廣泛運用，預制管樁一般采用靜壓法施工，這種方法具有低燥音、無振動、工藝簡明直觀、接樁靈活、穿透力強、施工速度快、檢測方便等優點，但在特定地質條件下，若施工質量控制不當，單樁豎向抗壓承載力也極易發生不滿足設計要求的現象。特別是在粘土地層而地層的力學性能差異較大的條件下，單樁豎向抗壓承載力更易發生不滿足設計要求的情況。本文僅就曲靖某校新建校區工程，預制管樁單樁豎向承載力靜載荷試驗的有關特征作粗淺分析，并力求找出其規律，以便在今后的工作中，能有所借鑒。

1、工程概述

曲靖某高校因發展之需，于西片區新建辦公樓、教學樓、實驗樓、綜合館、學生食堂、宿舍樓等多個單位工程。該項目各幢號基礎均為靜壓預應力管樁基礎。樁端持力層為④層粘土層，極限端阻力(qpk)1920kPa。

地勘報告表明，該工程場地地基淺部土層較復雜，地層結構屬多層型，地質評價該場地為不均勻地基，其地表往下，各土層性質如表1所示。

工程樁施工前進行了設計試樁，設計試樁共26棵，樁徑400，樁長18m，檢測結果單樁豎向極限承載力僅有2棵滿足設計要求。設計根據試樁檢測結果僅僅增加了工程樁的樁長，工程樁的設計要求：單樁豎向承載力設計值辦公樓1600kN，教學樓、綜合樓和實驗樓1200kN，宿舍樓600kN，學生食堂（12m）600kN、（18m）1000kN。樁徑除辦公樓為500mm外，其余各幢均為400mm。樁長共分4種，辦公樓、教學樓、綜合館20m,實驗樓24m,宿舍樓15m,學生食堂12m和18m。

表1 地勘報告各土層性質情況表

2、工程樁檢測情況及特征

整個工程項目共抽檢單樁豎向抗壓靜載荷試驗55棵。檢測結果，單樁豎向抗壓極限承載力實測值滿足設計要求的26棵，不達設計要求29棵。通過對所檢工程樁的Q-S、S-lgQ和S-lgt曲線的綜合分析，試驗結果反映以下特征。

(1)按樁周摩阻力和端阻力各自發揮的程度分類，單樁豎向承載力滿足設計要求的26棵檢測樁，均為緩變型，其檢測樁未進入破壞狀態，從樁周極限摩阻力和樁端阻力各自發揮的程度考察，其承載特性為端承摩擦樁或為摩擦端承樁。

(2)凡單樁豎向承載力不滿足設計要求的29棵檢測樁，均為純摩擦樁。經對S-lgQ實測曲線的樁周極限摩阻力和端阻力的解析，單樁豎向抗壓極限承載力實測值均為樁周摩阻力承擔，樁端阻力趨近于零。

(3)凡單樁豎向承載力不滿足設計要求的檢測樁，其Q-S曲線均呈急劇陡降型，極限荷載十分明顯，檢測樁均達破壞狀態。

通過對29棵單樁豎向承載力不滿足設計要求的檢測結果進行統計分析(詳見表2),在極限荷載的下一級荷載的作用下(末級荷載均未穩定)，級沉降迅猛增加，其級沉降量為上一級荷載(極限荷載）的沉降量的最小倍數為16.33倍、最大倍數達202.91倍。同時，S-lgt時程曲線的極限荷載的下一級荷載曲線均明顯向下彎曲。

以上各特征均表明，該類工程樁已不能再繼續承受豎向荷載的作用，巳完全進入破壞狀態。其破壞均為剌入破壞。

3、送樁處理后的檢測情況及特征

工程樁的單樁豎向承載力檢測結束后，有關人員提出，其承載力偏低有可能是施工擠土效應致使樁體上浮，從而產生掉腳造成承載力偏低。為證實是否上浮掉腳，經有關人員研究決定，對承載力不滿足設計要求的部分試樁進行壓力送樁，并待樁周土體滿足休止期后再進行試驗。凡二次試驗的工程樁，都經過壓力送樁，其送樁深度經了解，一般都在150～200mm之間。經對部分已試送樁的再次試驗，其承載力提高不明顯，有的相反有所降低(詳見表2)。例如：辦公樓的136#樁，休止期94天,提高16.7%;教學樓的39#樁，休止期7天，降低12.9%，84#樁，休止期8天，不提不降,351#樁，休止期8天，提高14.8%;綜合館的39#樁，休止期34天,降低14.2%,168#樁，休止期37天，降低12.9%。以上二次試驗情況既不判定工程樁施工期間是否上浮，也不能說明施工擠土效應致使樁體上浮造成承載力偏低。

4、承載力偏低原因初探

該項目工程樁的單樁豎向承載力經檢測后，有關人員都很詫異。本人經對地勘資料的查閱，特別是以往對曲靖部分區域內的粘土地層預制管樁或沉管灌注樁承載力試驗的了解，及其對該項目樁基施工記錄核查和試樁資料的統計分析，該場地預制管樁單樁豎向承載力偏低不足為奇。承載力偏低可能有以下因素：

(1)樁端阻力不能發揮是導致單樁豎向承載力偏低的首要原因。從前述試樁特征不難看出，凡單樁豎向承載力不滿足設計要求的檢測樁，其樁的承載屬性均為純摩擦樁。因純摩擦樁的端阻力不能發揮，極限摩阻力有限，故承載力較低。凡單樁承載力滿足設計要求的檢測樁，為端承摩擦樁或為摩擦端承型樁，不論端承摩擦樁或摩擦端承型樁，端承力均得到了一定程度的發揮，故承載力均可滿足設計要求。

(2)樁周極限摩阻力和樁端阻力等力學性能存在差異。經查閱地勘資料，該場地的①～③層上覆土層，一是其厚度變化大，二是局部地段薄層、夾層、透鏡體較多，相同土層的力學性能存在差異，從而導致同一工程，同一長度的管樁承載力差異較大。例如綜合館抽檢工程樁7棵，極限承載力實測最大值≥1226kN，最小值656kN,極差570kN，標準差222.5kN，變異系數0.26。即便是④層厚大粘土層，從試樁結果亦不排出其力學性能存在差異的可能。單樁豎向承載力不滿足設計要求的檢測樁，其端承力趨近于零，表明端阻力較低或該土層中可能夾有某一薄層較軟弱土層。

(3)預制管樁的樁周實際摩阻力有可能小于地勘提供摩阻力。預制管樁因其外壁一般都很光滑，若粘土地層樁基施工期間乃至試驗時，若土層較濕潤或含有一定地下水，預制管樁的樁周實際摩阻力，即有可能小于地勘提供摩阻力的情況。即便是沉管灌注樁，經以往開挖經驗，樁周一般都比較光滑。樁周較光滑，與土體咬合必然存在不緊密，故樁周摩阻力極有可能降低。

(4)該項目各幢號工程樁，均按摩擦樁施工，但施工靜壓力差距很大。經核查部分幢號工程被的施工記錄，其最終壓被力差距很大。例如，教學樓的單樁豎向抗壓極限承載力設計值為1200kN，沉樁時的終壓力有的達980kN,有的竟只有290kN,相差近3倍。壓樁力的大小，從另一方面也說明，各土層或相同土層的力學性能差異很大或地層存在變異，故檢測樁承載力差異也很大。

表2 單樁豎向極限承載力實測值不滿足設計要求（部分檢測樁）的情況分析表

結語：

在粘土地層（特別是飽和粘土地層）預制管樁設計前應進行設計試樁，設計工程樁時應在充分考慮地層特性的基礎上，綜合考慮試樁檢測結果、樁頂標高觀測結果及試樁施工情況合理確定設計承載力、樁長、樁徑等指標及設計要求，不宜按等長樁設計。樁基施工時，其施工樁長應以最終壓樁力為主、設計樁長為輔進行現場質量控制，才能有效保證基樁承載力值滿足設計要求。

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