軟土地基中預應力高強混凝土管樁浮樁原因分析及處理措施

張飛

摘要：預應力高強混凝土管樁（簡稱PHC管樁）以其單樁承載力高、質量穩定可靠、施工方便等諸多優點，在軟土地區樁基工程中得到廣泛應用。本文結合某項目工程管樁施工過程中遇到的管樁上浮問題及處理措施，分析管樁上浮的原因并提出預防管樁上浮的具體措施，以期為同類型樁基設計及施工提供借鑒。

關鍵詞：軟土地基;管樁;上浮;超孔隙水壓力

1? 前言

樁基在經歷了漫長的發展歷程之后，是迄今為止土木工程中應用最廣泛的建筑物基礎形式。預應力混凝土管樁是近年來出現的一種新的預制樁型，它體現了當代混凝土技術的進步與混凝土制品的高新技術，是采用離心制管技術與預應力技術而制成的混凝土制品。由于施工簡單，工期短，綜合造價低，可在工廠大批量制作，樁身質量易保證，有一定的耐腐蝕能力和較高的單樁承載力，所以近年在昆明軟土地區得到了廣泛應用。但在使用過程中，發現預應力混凝土管樁出現了一些問題[1～3]，其中樁體上浮更為常見。

2? 工程概況

昆明某住宅樓為41F框架剪力墻結構，建筑高度120m，下設2層地下室。設計采用摩擦端承型預應力高強混凝土管樁，樁型為PHC-600AB（110），共281棵，其中230棵為抗壓樁，51棵為抗壓兼抗拔樁，設計要求單樁豎向承載力特征值為2100kN，抗拔承載力特征值為410KN，設計有效樁長39m，施工機械為800t配重靜壓機，施工引孔長度24m，穿過含膠結塊粉土層，穩壓壓樁力不得小于終壓力，穩定壓樁的時間宜為5～10s。

據地質資料及工程勘察深孔鉆探揭示，場地地基土層分布特征主要表現為：（1）表層分布人工填土層（即①大層，層厚為0.50m～2.50m），層表均覆蓋厚約30～70cm不等的砼地坪;（2）淺部為沖洪積黏性土（即②大層，俗稱的“昆明硬殼層”，層厚為1.50m～3.40m）;（3）中部為第四系全新統沖湖積黏土（軟塑）、淤泥（流塑）、粉質黏土、粉土（稍密為主）和泥炭質土（軟塑～可塑）層（即③、④層），具有一定的沉積韻律（多呈互層狀或夾薄層狀）;（4）下部為厚度較大的第四系上更新統沖湖積層黏土、粉質黏土、粉土（中密～密實）和泥炭質土層（可塑～硬塑）（即⑤～?大層），具有一定的沉積韻律（多呈互層狀或夾薄層狀）。勘察鉆孔范圍內未揭露下伏基巖。

從地層空間分布上看，場地地層為典型的昆明湖積盆地地層，具一定的沉積韻律，但土層分布具有不均勻性，主要表現為在黏性土中夾有薄層的粉土和泥炭質土，在粉土層中夾有薄層黏性土和泥炭質土，在泥質質土中亦夾有薄層粉土和黏土，粉土層偶夾膠結塊，場地范圍內的粉土黏粒含量稍高。

場地內地下水較為豐富，主要為潛水和承壓水，主要為賦存于第四系全新統各粉土層中，且承壓水具微承壓性。

3? 檢測結果

4#號樓管樁施工完成后進行了樁頂標高復測，共33棵，占總樁數的12%，上浮量統計平均值為47mm。其中：上浮40mm以下16根，40～100mm為15根，100～200mm為2根。本次對上浮樁共檢測3根樁，檢測結果如表1所示。

從檢測結果看，第九次加載時即破壞，未達到設計值。

4? 上浮原因分析

預應力管樁浮樁效應是其擠土效應的一種表現。管樁屬擠土樁，本場地地層分布上主要是粉質黏土、粉土及泥炭質土互層分布，在滲透性很低的粉質黏土中連續沉樁會產生很高的超孔隙水壓力且無法消散，土體結構發生變化，土體應力狀態也隨之發生改變，產生擠土效應使沉樁困難和樁體上浮。浮樁效應使得樁端承載力大部分喪失，并且還產生一定的負摩阻力，造成樁身承載力下降。

通過調查分析和理論研究，本工程樁基產生浮樁現象的原因主要有以下幾個方面：

4.1? 本工程樁基采用直徑600mmPHC 管樁，樁距較小，樁周土體受到強烈的擾動和擠壓，導致擠土效應明顯，特別是先沉樁的樁基受土體擾動更為明顯，容易產生上浮。另外，場地內有若干層軟土層淤泥質土、粉質粘土及粉土，其中泥炭質土具有含水率高、壓縮性高、疏水性差等特點，粉土中含水量較大，且具有微承壓型，管樁在沉樁后土體變形量大，孔隙水由于受到粉質黏土的隔斷無上下滲流通道，不易消散，產生超孔隙水壓力，隨著時間的推移，超孔隙水壓力在樁體周圍形成滲流通道而消散，產生向上的力，浮樁效應明顯。

4.2? 本工程場地內地下水較發育，穩定水位埋深約為1.0～2.0m，且地層含水率高、疏水性差。當樁基被壓入土中后，樁端形成一個相對封閉的水土混合體，沉樁壓力越大，封閉水土混合體的水壓力也越大，土體也被擠壓的越密實，土中水分難以消散，造成樁端未進入持力層就已達到設計壓樁力。當沉樁完成一段時間后（休止期結束后）再做靜載試驗，樁端土體水分已經消散，此時樁的承載力比沉樁時的承載力要小，導致樁基檢測靜載試驗不合格。

4.3? 對摩擦端承樁和端承摩擦樁而言，隨樁頂荷載由小到大逐漸增加，樁側摩阻力和樁端阻力會發生變化。當荷載較小時，主要由樁側摩阻力起作用;當樁頂荷載增大到一定數值時，樁端產生位移擠壓樁端土，樁端阻力的作用才開始起明顯作用。若樁體上浮，樁端與樁端土脫離接觸，甚至出現一段間隙，樁將在這一荷載作用下持續下滑，直到樁端和樁端土再次接觸為止。若樁體上浮過大，則樁體總沉降量將超過規范限值，這也就是靜載荷試驗沉降量超過規范要求的原因。

5? 處理及預防措施

根據本工程的實際情況，確定對上浮的4#號住宅樓已施工的工程樁進行全面復壓。針對現場已挖除的土方及已完成的支護，決定采用靜壓機進行復壓，復壓從中部的樁開始依次施工，以控制原設計標高為原則，當達到最大壓樁力時，停止復壓。

全部樁復壓完成后，選取沉降量較大、適中、較小的樁分別進行靜載荷試驗，結果顯示復壓后的樁承載力及沉降均滿足規范要求。證明復壓對處理樁基上問題是有效的。

對于后期未施工的工程樁，采取以下措施控制工程樁上浮。

5.1? 設置砂井，使超孔隙水壓力及時消散，減少擠土效應，減少土體的位移和隆起。

5.2? 合理制定打樁順序和控制打樁速度，遵循“從中間開始，先密后疏，先長后短”的原則，并嚴格控制每日沉樁數量。

6? 結語

盡管預應力高強混凝土管樁有很多優點，但在工程應因地制宜選擇合適的樁型。在樓層較高、樁間較密，且樁身存在較厚飽和軟黏土和粉土層的情況下，使用預應力高強混凝土管樁尤其慎重，施工時應采取措施預防樁基上浮。當發現有浮樁現象出現時，可對樁基進行復壓，或進行樁端高壓注漿，將水泥漿液注入樁底，以填補樁端和持力層之間的空隙，消除浮樁效應。

參考文獻：

[1]王昆偉.超長PHC管樁質量事故原因分析與處理[J].建筑技術2014，45（4）：324～325.

[2]張朝輝.某住宅樓工程預應力管樁上浮原因分析及處理措施[J].工程質量，2011，29（10）：72～74.

[3]毛宏宇.預應力管樁上浮的預防及處理方案分析[J].基礎工程設計，2015，31（8）：75 - 80.