預制方樁在大體積油罐區施工的浮樁問題研究

張亞偉

北京東方新星勘察設計有限公司 北京 100070

1 研究背景

20 世紀60 年代，鐵道部引進先張法預應力混凝土管樁（簡稱PC 樁），歷經80 余年的發展，預制樁逐漸發展為預制混凝土方樁、預應力混凝土方樁、預應力高強混凝土管樁等樁型，因預制樁單樁承載力高，施工質量可靠，造價低、可以大批量工業化生產的特點，逐漸成為一種基礎樁型[1-3]，應用日益廣泛，特別是近些年來廣泛應用于天津、廣東、浙江、福建、江蘇等軟土地區。

預制樁屬于擠土樁，在施工過程中會產生擠土效應，對樁周圍的土體產生一定擠壓，造成周圍土體的豎向隆起和水平位移，還會對施工的臨近樁造成擠壓，產生向上的拉力，導致先施工的預制樁產生上浮。尤其是在土中存在黏土、淤泥質土等土體時，形成隔水層產生較大超靜孔隙水壓力，這種現場會更加明顯。

張忠苗等[1]結合浙江溫州某高層建筑施工的工程實例，根據浮樁的一些試驗結果，研究了軟土地基中預制樁上浮對側阻力、端阻力和承載力的影響以及群樁發生上浮的一些規律，提出部分解決預制樁上浮的技術措施。

肖琴[2]結合浙江某石化項目工程實例中預制混凝土方樁在施工階段出現的浮樁問題，對由于擠土產生的基樁上浮問題進行了深入而細致分析，在淤泥質土中產生的超靜孔隙水壓力及不合理的施工順序會導致基樁上浮。針對由于基樁上浮導致的基礎不均勻沉降問題，提出采用適合的重量進行堆載預壓，檢測結果證明，該方法是解決基樁上浮引起基礎沉降的有效補救方案。

朱奎等[3]結合浙江溫州的某工程實例，分析了預制樁上浮機制，通過監測手段從預制樁施工順序、日沉樁數以及施工措施等對樁體上浮的影響規律進行了系統研究，為今后的施工和設計提供了參考。

陳清涼[4]結合福建廈門某工程從施工檢測角度，闡述了預制樁靜壓工藝可能產生的浮樁現象，剖析了可能產生的原因并給出了相應的處理措施。

本文根據天津某10 萬m3油罐區的工程實例，從施工角度對預制方樁在軟土地區的大面積處理應用時樁體上浮問題進行分析和總結，并提出相應的技術處理措施，可為類似工程提供一定的參考。

2 工程實例

2.1 項目概況

天津某油罐項目擬建部分10 萬m3儲罐，場地原始地貌為大港獨流減河口潮間帶地貌，現為填海造陸形成的人工地貌，場地分布有淤泥質黏土、粉質黏土等軟弱土層。油罐區單個罐體直徑約80m，對沉降要求嚴格，樁基礎采用預制方樁JZHb- 245- 14，15BG，樁長約29m，布樁1442 根，樁間距約為1.9m，持力層為粉砂層，進入持力層厚度不小于1.4m，豎向承載力特征值為1200kN。施工采用錘擊沉樁，沉樁時錘重建議為8～10t，停錘標準以貫入度控制為主，標高控制為輔，最后十擊貫入度不大于3cm，當貫入度已達到設計要求而樁頂標高未達到時，應繼續錘擊，錘擊最后三陣，每陣十擊貫入度不大于2cm。地基土物理力學性質指標見表1。

表1 地基土物理力學性質指標

2.2 預制方樁上浮問題及原因分析

（1）由于預制方樁屬于擠土樁的一種，預制方樁在沉樁過程中會產生較大的擠土效應，而施工的罐體直徑大（直徑約80m），布樁密度大（1442 根），工程工期短（單個罐體工期約45～50d），施工速度快（單個罐體每天施工約30～35 根），擬建場地分布有①2 層素填土、⑥1- 1 層淤泥質黏土、⑥2 層淤泥質黏土等軟弱土層：其中①2 層素填土層厚0.7～3.6m，平均層厚1.65m，主要成分為黏性土；⑥1- 1 層淤泥質黏土層厚1.1～4.0m，平均層厚2.69m；⑥2 層淤泥質黏土層厚9.7～13.8m，平均層厚11.34m，淤泥質黏土屬高壓縮性土，主要呈流塑～軟塑狀態；靈敏度一般為2.0～6.0，屬中～高靈敏性。當樁體打入土中以后，樁周圍的土體受到不排水剪切和水平擠壓，土顆粒之間的自由水形成超靜孔隙水，上部土體為素填土、淤泥質黏土、粉質黏土。土體性質較差，滲透性很低，大量樁體的擠土施工加之施工速度過快，使超靜孔隙水壓力無法及時消散，地基土體會產生較大的隆起和側向位移，使樁體產生水平位移和向上移動。

（2）預制樁施工時，施工順序的不合理也會導致預制樁上浮量過大。對于密集群樁，嚴禁從四周向中間施打或從一個方向向另一個方向施打，前者會造成沉樁困難，后者會造成不均勻沉降。

2.3 上浮問題處理措施

（1）調整設計參數，增加基樁抗拔力。針對油罐施工的特殊性，設計方在充分了解現場情況后，與勘察單位、試樁單位、業主單位溝通，并查閱類似工程資料后，預制方樁之間的接樁采用焊接法接樁，接頭采用圖集04G361《預制鋼筋混凝土方樁》[5]中的“鋼帽甲- 連接A”的做法，其中②號構件板厚由8mm 改為10mm，④號構件角鋼由L100×8 改為L100×10，相關焊縫高度也相應增加。這不僅增加了接頭處的抗拔力及水平抗力，也提高了預制方樁的抗腐蝕性，確保了工程質量。

（2）調整錘重，嚴控停錘標準。圖集04G361《預制鋼筋混凝土方樁》[5]中預制方樁邊長為450mm 時，錘重建議6.0～6.2t，常用貫入度控制為2～5cm/ 10 擊。由于油罐要嚴格控制基礎沉降量，設計要求沉樁時錘重建議為8～10t，落距2m，停錘標準以貫入度控制為主，標高控制為輔，最后十擊貫入度不大于3cm，當貫入度已達到設計要求而樁頂標高未達到時，應繼續錘擊，錘擊最后三陣，每陣十擊的貫入度不大于2cm。此舉保證了預制方樁進入持力層的深度，可以更好地保證端阻力，同時增加下部土體與樁側的側阻力，可以更好地預防浮樁的發生。

（3）增加應力釋放孔。為了加快超靜孔隙水壓力的消散時間，在預制方樁樁間增設應力釋放孔，釋放孔孔徑400mm，孔深約16m，孔內回填海砂，孔口用透水型水工織物袋裝砂封堵。沿油罐工程樁圓弧樁間布設鉆孔（布置圖見圖1 應力釋放孔布置示意圖）。考慮到工期及施工的連續性，白天施工預制方樁工程樁，晚上施工應力釋放孔。經實踐證明，加快了超靜孔隙水壓力的消散（釋放效果見圖2 應力釋放孔施工效果圖），保證了工程質量。

圖1 應力釋放孔布置示意圖

圖2 應力釋放孔施工效果圖

（4）加強預制方樁上浮監測。在預制方樁施工期間，制定了詳細的監測計劃，使用天寶DINI03 數字水準儀進行預制樁上浮監測，使用銀河GNSS 接收機進行水平位移監測。在罐體區域內對已施打的預制方樁樁頂進行監測，部分方樁監測記錄見圖3 和圖4。通過對監測記錄進行分析：在進行應力釋放孔施工后，樁體上浮量基本在施工完成后15d 后趨于穩定，預制方樁的累計上浮量控制在20mm 左右，間接證明孔隙水壓力的消散得到了有效控制，確保了承載力。另一方面從數據分析可知罐體中心已施打的預制樁上浮量高于邊樁；邊樁的橫向偏移量高于中心樁，從側方佐證了樁基施工打樁順序的重要性。

圖3 15 個典型測點監測數據表

圖4 單樁15 天內監測數據表

（5）采取復打措施，保證施工質量。由于油罐沉降要求嚴格，對于樁頂上浮量超過20mm 的樁，普遍進行一次復打，復打錘重應不小于8～10t,落距不小于2m，同時加強工程樁施工完成后的監測比例，增加靜力載荷試驗或高應變樁基檢測數量。實踐證明，對個別罐體預制方樁實施復打以后，樁基承載力得到了保證，確保了工程質量。

張忠苗等[1]針對浙江溫州某工程項目實例，對于上浮量超過100mm 的樁均進行了復打，復打量應該不小于上浮量，共復打300 余根，復打以后承載力均滿足要求。對于預制方樁復打上浮量的判定及復打多少根的判定，應根據各個項目的實際情況、承載力要求、地質情況等因素綜合判定。

（6）樁基檢測結果顯示，采取上述措施減少預制樁方樁上浮量以后，以單個罐體為例，預制方樁總數1442 根，采用高應變檢測145 根，承載力檢測結果均滿足要求；低應變（樁身完整性）檢測433 根，一類樁414 根，占比95.6%，二類樁僅19 根，占比4.40%，樁身完整性判斷主要為接樁處的輕微缺陷。

2.4 其他可采取的措施

（1）肖琴[2]結合浙江某石化項目工程實例中出現的浮樁問題，采用適合的重量進行堆載預壓，檢測結果證明，該方法是解決預制樁上浮引起基礎沉降的有效補救方案。

（2）制定合理的施工順序，控制施工速度。對于油罐類密集樁群的施工，應從中心向四周對稱施打，使預制樁產生的擠土向四周排開，減少樁周土體隆起的程度，從而減少預制樁上浮量。

（3）施打塑料排水板或排水砂井。通過塑料排水板或者施工砂井，形成由下而上的排水路徑，加速孔隙水壓力的消散，也可以有效減少預制樁的上浮量。

（4）必要時采用后注漿[6]的方法。對于預應力管樁，如果出現明顯的浮樁現場，而現場不具備復打條件（例如樁頂標高距離施工地面較大等），可考慮采用高壓后注漿的方法，在樁端灌注水泥漿，對樁端土體進行滲透、擠密、充填，形成一個球狀加固體，達到提高樁端承載力的目的。但這種方式對于樁端承載力的提高能力應根據地質條件，基樁上浮量等進行試驗后綜合判定。對于預制實心方樁，因其無法在樁孔內對樁端進行注漿，在樁側對稱打孔，僅對樁端進行注漿不僅會影響側摩阻力的發揮，而且會大量提高成本，所以實心方樁不適宜采用后注漿的方法提高樁端承載力，從而達到承載力的目的。

（5）控制沉樁數量和施工間歇期[7]。通過控制沉樁數量和施工間歇期，為超靜孔隙水壓力的消散提供相對充足的時間，使因預制樁擠土效應產生的孔隙水壓力消散速率大于超靜孔隙水壓力的累加速率，或者控制在一定范圍內，從而避免預制樁大面積上浮。

2.5 施工中的質量控制

通過采取嚴格的質量控制措施，減少基樁上浮及不均勻沉降現象的發生，確保工程質量。

（1）預制樁進場驗收。檢查預制樁生產企業的資質、合格證等資料，預制樁進場后全數進行檢查，檢查混凝土強度，樁身達到100%強度準予施工沉樁。

（2）建立質保體系，明確質量職責。施工前建立完善的質量控制體系，明確各崗位的質量職責，施工前進行技術質量交底，確保作業人員清楚施工流程、沉樁順序、垂直度、停錘標準等技術參數；遇到地質突變、貫入度突變、樁身傾斜、移位、樁身裂縫等沉樁異常及時反饋設計單位、勘察單位，共同溝通提出解決辦法，確保工程質量。

（3）確保預制樁施工的垂直度、施工速度。施工前將打樁機導桿進行調整，保證導桿的垂直度，同時保證樁錘中心線、樁帽、樁身重合。預制樁對位采用兩臺經緯儀在15m 左右的位置成正交方向進行觀察校正，保證垂直度在0.5%以內。

施工過程中嚴格技術交底內容進行施工，同時針對不同底層采取不同的施工速度，控制沉樁貫入度，按照停錘標準控制進入持力層的深度，確保樁端承載力的有效發揮。

（4）預制樁接頭焊接處理。《建筑樁基技術規范》（JGJ94—2008）[8]7.3.3 條：焊接宜在樁四周對稱進行，焊接層數不得少于2 層，第一層焊完后必須把焊渣清理干凈，方可進行第二層的施焊，焊縫應連續、飽滿。

焊接質量的好壞，直接決定預制樁的施工質量，為了更好地控制預制樁的上浮量及防腐蝕要求，要嚴格把控焊接質量。

（5）收錘標準控制。

對于以貫入度控制為主的預制樁，停錘標準直接影響預制樁的施工質量，進入持力層的深度為定性控制指標，最后的貫入度為定量控制指標。停錘標準需要根據場地地質情況，施工機具型號，施工錘重等綜合確定。不能為了保證質量而追求數值較小的貫入度，貫入度數值小會導致錘擊數增多，會使預制樁樁身質量遭到損傷。因此在確定收錘標準時，可以通過試樁綜合確定，在保證預制樁承載力的前提下，制定出合理的收錘標準顯得尤為重要。

3 結論與展望

本文通過天津濱海地區10 萬m3的油罐區預制樁施工的工程實例，整理分析了預制樁上浮的原因，根據具體的影響因素，提出了對應的防治措施。

（1）油罐類群樁密集且沉降控制嚴格的預制樁施工，應力釋放孔是可行的，非常有效的，能很好的釋放超靜孔隙水壓力，確保預制樁承載力，保證工程質量。

（2）預制樁的打樁順序很重要，合理的施工順序能很好的控制地面豎向隆起，減少預制樁上浮量。

（3）采取復打方法也是解決預制樁上浮問題的有效措施，對于復打樁的數量和復打錘擊錘重需要通過試驗綜合確定。

（4）若在軟土地基中施打樁長較深的預制樁，應適時提高預制樁的最小樁間距，建議最小樁間距不宜小于4 倍樁直徑。

（5）預制樁后注漿方法，雖不失為一種有效的方法，但注漿量與樁端土的質量密切相關，樁端土的孔隙比、壓縮系數等會影響注漿的質量，需要進行試驗后確保承載力后方可施行。

另外由于各地的土質環境、地形地貌各不相同，在施工過程中采用一種有效的“事中觀測系統”顯得尤為重要，通過施工過程中預制樁上浮情況監測可以更好地控制施工質量確保承載力，周星[7]通過幾種實時標高測量裝置，提出了預制樁上浮的防治措施，可為類似工程提供參考。這也是控制預制樁上浮量的有效措施，可以進行深入的研究，同時在施工過程中研究可回收的孔隙水壓力的監測裝置，監測施工過程中超靜孔隙水壓力的變化，通過控制打樁速率，增加排水通道、應力釋放孔等控制其消散速率，以達到控制預制樁上浮量的目的。