蘇北地區(qū)管樁擠土浮樁原因的探討與處理方法

沈 建，雍洪寶，李東昌

（1.淮安市建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，江蘇 淮安 223002；2.淮安市建筑科學(xué)研究院有限公司，江蘇 淮安 223002）

0 引言

預(yù)應(yīng)力管樁由于其生產(chǎn)速度快、樁身質(zhì)量較好，施工現(xiàn)場環(huán)境好、施工方便等優(yōu)點，已成為被廣泛采用的一種基礎(chǔ)形式。在使用過程中出現(xiàn)了許多問題，主要有：①沉樁時樁周土體產(chǎn)生豎向隆起和水平移動，使臨近樁產(chǎn)生上浮、移位，使樁身受拉或受剪斷裂，對臨近建筑物和地下管線造成破壞；②沉樁時樁周土體被擾動和重塑對含水量高的黏性土、特別是飽和黏性土破壞樁周土的原有性狀，使側(cè)阻力下降。

管樁是完全擠土樁或部分?jǐn)D土樁，在沉入時要排開一定土體，因此在軟土地基施工過程中對周圍土體產(chǎn)生一定的撓動而導(dǎo)致浮樁。上浮一般從幾毫米到幾百毫米，造成承載力大幅度降低，給工程安全帶來嚴(yán)重隱患。

1 樁上浮機(jī)制分析

圖1 樁體受力模型

樁體受力模型如圖 1 所示，根據(jù)圖 1 受力分析，作用在模型上有各種水產(chǎn)生的浮力、土體隆起（或隆起趨勢）等因素產(chǎn)生的上浮力、摩擦力和重力及土體固結(jié)沉降產(chǎn)生的負(fù)摩阻力，樁體是否上浮實質(zhì)是四者平衡關(guān)系協(xié)調(diào)的結(jié)果。各種水產(chǎn)生的浮力為樁體排除水的體積和水的密度乘積，顯然浮力與水的深度密切相關(guān)。浮力沿深度增大。上浮力跟土體性質(zhì)、布樁密度、沉樁的順序、時間間隔及工藝等有關(guān)，布樁密度越大、沉樁速度越快、沉樁時間間隔越短，土向上隆起（或隆起趨勢）越大，樁對樁周土的向下摩擦力越強(qiáng)，同時由于作用力和反作用力的關(guān)系，樁周土對樁的上浮力越大。摩擦力與土與樁之間的摩擦系數(shù)及外界施加的力有關(guān)。當(dāng)浮力與上浮力之和大于重力及土體固結(jié)沉降產(chǎn)生的負(fù)摩阻力和向下的摩擦力時，樁體出現(xiàn)上浮。另外，管樁沉到設(shè)計標(biāo)高時，卸載后土體自身有恢復(fù)的趨勢會使樁體出現(xiàn)回彈的現(xiàn)象或趨勢，這也是樁體上浮的一個因素［1］。

2 群樁上浮的分析

大量工程的施工和檢測表明：樁的上浮主要因素有：①樁基的面積置換率、樁的布置形態(tài)和施工工藝密切相關(guān)。面積置換率越小，上浮量越大。打樁時由中間向兩邊或由一側(cè)向另一側(cè)打時，一般先打的較后打的樁上浮量大。樁頂標(biāo)高不一致的，標(biāo)高高的樁上浮量較大、先施工的上浮較后施工的上浮大。所以打樁時要盡量不產(chǎn)生相同方向上土體位移及應(yīng)力的疊加。樁間距較小、樁基的面積置換率較小時，可以采取引孔等措施減少擠土效應(yīng)。②土層性質(zhì)、土的含水量、滲透性是超靜孔隙水壓力形成的因素。土越軟、含水量越大、滲透性越小土的超靜孔隙水壓力越大，上浮就越大。施工時可以采取設(shè)置應(yīng)力釋放孔、增加排水路徑等措施，加速土層固結(jié)，控制沉樁速率。

2.1 工程實例 1

宿遷沭陽某小區(qū)設(shè)計為剛性復(fù)合地基，剛性樁為PHC-400A（95）-12，樁距間距為 1.6～4.0 m，以 1.6 m 為主，置換率為 3.5 %，單樁極限承載力為 2 200 kN，持力層為③層土。地質(zhì)分布：①黏土、可塑；②黏土、可塑，飽和土；③黏土、硬塑，飽和土。打樁過程中發(fā)現(xiàn)有部分樁上浮，抽取 3 根做靜載試驗，Q-s曲線如圖 2 所示。

從圖 2Q-s曲線可以看出得出，三根樁均為先陡降后恢復(fù)承載能力接著又陡降［2］。即由于樁體上浮樁端懸空或或樁端土反彈造成的空虛，嚴(yán)重降低端承力、同時降低樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮。實際承載力與上浮量相關(guān)，一般上浮量越大，造成承載力損失越大。Q-s曲線陡降到一定程度后，隨著樁底接觸及樁端土的壓密，承載力有所恢復(fù)，說明樁承載力下降主要是由于樁上浮引起的。通過壓密樁端土及樁土間的較大位移可以恢復(fù)或部分恢復(fù)樁的承載力。

圖2 Q-s 曲線

經(jīng)專家討論后認(rèn)為，本項目為單節(jié)樁而且樁較短，結(jié)合Q-s曲線及樁頂標(biāo)高實測，浮樁量在20～80 mm 左右。確定采用 4.0 t 錘復(fù)打來消除上浮現(xiàn)象，控制標(biāo)準(zhǔn)為 5 cm 不少于 30 擊、樁貫入度不少于 10 cm，復(fù)打后靜載檢測曲線如圖 3 所示。

復(fù)打前、后檢測表明復(fù)打能夠消除上浮的影響，但復(fù)打時也會產(chǎn)生其他問題，如錘擊能量控制不好導(dǎo)致大量樁頭破損、錘擊時容易偏心。

2.2 工程實例 2

淮安某大型購物廣場設(shè)計樁型 PHC-600（130）AB-C80，樁長 34 m，樁間距 2.1 m，單樁豎向抗壓承載力極限值 5 800 kN，持力層為⑤層土。土層情況：①雜填土；②粉土；③粉質(zhì)黏土；④粉砂；⑤黏土。地下水位：-1.5 m。抽取 3 根做靜載曲線如圖 4 所示。

從圖 4Q-s曲線得出，3 根樁均為先陡降后恢復(fù)承載能力接著又陡降。其中 5 # 樁低應(yīng)變曲線發(fā)現(xiàn) 10 m 處有嚴(yán)重缺陷反射，綜合分析得，此樁由于上浮導(dǎo)致 10 m 處脫節(jié)，Q-s曲線陡降到一定程度后，兩節(jié)樁靠起來后，承載力有較大提高。123 #、267 # 樁低應(yīng)變曲線未發(fā)現(xiàn)缺陷反射，Q-s曲線陡降到一定程度后，隨著樁底接觸及樁端土的壓密，承載力有所恢復(fù)，說明樁承載力下降主要是由于樁上浮引起的。通過壓密樁端土及樁土間的較大位移可以恢復(fù)或部分恢復(fù)樁的承載力。上浮還可能引起接頭脫開，在施工和檢測中要引起重視，否則會給工程留下重大安全隱患。

圖3 復(fù)打后 Q-s 曲線

圖4 Q-s 曲線

專家會議確定采用樁端注漿、樁孔內(nèi)全長布鋼筋籠、澆筑 C40 細(xì)石微膨脹混凝土的處理方案。處理后選取 3根做靜載檢測，全數(shù)做低應(yīng)變檢測。檢測結(jié)果：極限承載力均能達(dá)到設(shè)計要求，樁身完整性符合規(guī)范要求，未發(fā)現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象。

3 樁上浮的預(yù)防措施

為了避免或減少樁的上浮，可以采取以下措施。

1）合理安排施工順序，宜采用自中間向兩側(cè)進(jìn)行沉樁，減少樁間土體位移及應(yīng)力的疊加，從而緩解樁上浮。在基坑中沉樁要注意坑邊緣沉樁參數(shù)的控制，由于坑邊土體所產(chǎn)生的附加荷載使得邊界受約束，向場地外排放較困難，同時基坑挖出土體使得基坑底部以下土體受力平衡破壞，導(dǎo)致樁周土產(chǎn)生向上的摩擦力，增加了樁上浮的趨勢［3］；

2）在施工現(xiàn)場及周圍合理布設(shè)部分應(yīng)變、應(yīng)力釋放孔，可在鉆好的孔中填入級配砂石，選擇適當(dāng)數(shù)量和深度的釋放孔，釋放孔的形式可根據(jù)現(xiàn)場沉樁效果合理選取；

3）預(yù)鉆孔沉樁。鉆孔孔徑宜較樁徑適當(dāng)減小，深度為樁長的 1/3～1/2，具體孔徑和深度要根據(jù)現(xiàn)場土的性質(zhì)和試樁結(jié)果確定；

4）采取跳打施工工藝；

5）在沉樁前一段時間設(shè)置袋裝砂井或塑料排水板，減小打樁速度，沉樁結(jié)束后一段時間繼續(xù)保持砂井或塑料排水板的功能，以消除或減少孔隙水壓力同時可以加快固結(jié)沉降；

6）控制樁布置密度、間距及樁布置的形態(tài)。樁布置密度要小，通常樁中心距≥ 4 d，具體布置密度和樁中心距要根據(jù)土質(zhì)和含水量確定，樁布置的形態(tài)要考慮沉樁時減少樁間土體位移及應(yīng)力的疊加。

4 樁上浮處理技術(shù)措施

對出現(xiàn)浮樁現(xiàn)象的樁基，通常采取以下幾種處理措施。

1）壓力注漿，對浮樁進(jìn)行樁底（側(cè)）后注漿，壓力注漿的控制標(biāo)準(zhǔn)要根據(jù)工程實際情況和試驗結(jié)果確定［4］；

圖5 低應(yīng)變曲線

2）由設(shè)計單位根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)樁處理；

3）由設(shè)計單位核算后對基礎(chǔ)進(jìn)行加固，對基礎(chǔ)底板進(jìn)行加厚處理，增加底板剛度充分考慮基礎(chǔ)沉降量偏大以保證結(jié)構(gòu)安全可靠；

4）復(fù)打或復(fù)壓，先選取少量上浮樁進(jìn)行試打或試壓，達(dá)到預(yù)期效果后再對浮樁進(jìn)行復(fù)打或復(fù)壓，嚴(yán)格控制復(fù)打或復(fù)壓的指標(biāo)參數(shù)；

5）改變地基受力形式，一般補(bǔ)打散體材料樁等柔性樁或按剛性復(fù)合地基進(jìn)行重新設(shè)計。

每一種方法都有一定的適用性，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗和工程實際情況確定。

5 結(jié)語

本文基于兩個工程案例結(jié)合地質(zhì)情況分析了樁上浮的機(jī)理、上浮對樁身受力的影響，結(jié)合上浮后采取的處理方案及達(dá)到的處理效果，提出樁上浮的預(yù)防措施和處理技術(shù)措施，可供實際工程應(yīng)用參考。