預(yù)應(yīng)力混凝土管樁傾斜原因分析與處理

翟延彬

（河南省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450014）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身強(qiáng)度高，單樁承載力大，在合適的地層中采用靜壓法施工噪聲小，施工速度快，其施工能滿足城區(qū)內(nèi)對(duì)環(huán)境和環(huán)保的要求，因此較多建設(shè)項(xiàng)目選用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)。

在預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工中，受施工操作水平、地層土質(zhì)、地下水、基坑開挖、天氣等原因影響，在施工及后期開挖過程中樁基礎(chǔ)會(huì)發(fā)生樁傾斜、斷樁、浮樁、有效樁長(zhǎng)相差大等問題。

本文以工程實(shí)例為基礎(chǔ)，對(duì)已施工完成的管樁因開挖發(fā)生傾斜、斷樁、位移等情況進(jìn)行分析，查清原因，根據(jù)樁基檢測(cè)報(bào)告提供的數(shù)據(jù)，依據(jù)規(guī)范對(duì)不同類型的問題樁分別采取不同處理方案。處理后的樁經(jīng)檢測(cè)均能滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

1 工程概況及地質(zhì)條件

某工程擬建8號(hào)高層建筑，地上27層，地下1層，采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁+筏板基礎(chǔ)。標(biāo)高正負(fù)零為73.800m，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁型號(hào)為PHC400AB95，樁頂標(biāo)高66.950m，有效樁長(zhǎng)18m，樁間距1.6m×1.6m，正方形布置，總樁數(shù)327根。場(chǎng)地內(nèi)主要地層情況如表1所示。樁端持力層為第[8]層細(xì)砂層。配樁長(zhǎng)度采用10m+8m、11m+7m、12m+6m，單樁豎向承載力特征值Ra取1 000kN。

表1 場(chǎng)地描述及承載力特征值

基底持力層為第[3]層粉砂層，樁身段為軟～可塑粉質(zhì)黏土、中密～密實(shí)細(xì)砂層，現(xiàn)場(chǎng)采用高噴攪拌法引孔、靜壓法施工工藝。施工時(shí)第[8]層細(xì)砂為中密～密實(shí)狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)26～52擊，靜壓進(jìn)入該層很困難，因此部分樁有1.0～1.5m的截樁長(zhǎng)度。

勘察期間，實(shí)測(cè)地下水穩(wěn)定水位位于地表下0.20～2.85m（絕對(duì)標(biāo)高為70.760～71.050m）。場(chǎng)地抗浮設(shè)計(jì)水位高程絕對(duì)標(biāo)高可采用72.500m。

2 基坑開挖過程中出現(xiàn)的問題

8號(hào)樓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工時(shí)間為2018年7月21日至8月5日，施工工期為16d。該樓基坑于8月16日開挖，場(chǎng)地地面標(biāo)高為73.500m，基底標(biāo)高66.900m，基坑開挖深度6.60m。基坑開挖深度范圍內(nèi)土層為：第[1]層粉土，松散，層厚 0.6～3.7m；第[2]層粉質(zhì)黏土，軟 ～可塑，局部夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土薄層，層厚0.60～2.20m；第[3]層粉砂層。

該樓四周均有地下車庫(kù)，根據(jù)建設(shè)單位施工安排，先開挖主樓部位，地下車庫(kù)暫不開挖。主樓開挖出的土方未外運(yùn)，沿基坑長(zhǎng)邊方向堆積在基坑南北兩側(cè)，堆土距離基坑上邊線僅1.5m，基坑臨時(shí)支護(hù)僅進(jìn)行放坡處理?；咏邓捎霉芫?局部輕型井點(diǎn)。

主樓基坑開挖至5.0～5.5m深度時(shí)，時(shí)至盛夏雨季，連下3d暴雨，基坑內(nèi)外積水，第4d基坑四周坡體滑入基坑內(nèi)，尤其南北兩側(cè)堆土泥水流入坑內(nèi)，基坑基本被泥水填平，如圖1所示。

圖1 8號(hào)樓工程樁實(shí)景

3 樁身完整性檢測(cè)

從現(xiàn)場(chǎng)看，部分管樁有不同程度的傾斜，檢測(cè)單位對(duì)327根工程樁采用低應(yīng)變法檢測(cè)樁身完整性，判定樁身缺陷的程度和位置，檢測(cè)位置為樁頂標(biāo)高處。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，Ⅲ類樁123根，占檢測(cè)總數(shù)的37.6%，Ⅳ類樁47根，占檢測(cè)總數(shù)的14.6%，樁身缺陷位置深淺不等。其余157根樁為Ⅰ類和Ⅱ類樁。

Ⅲ類樁缺陷位置在設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高下1.60～7.30m，傾斜值0.14%～0.99%，傾斜值小于規(guī)范規(guī)定值1%。Ⅳ類樁缺陷位置在設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高下1.30～8.30m，傾斜值0.21%～12.51%。

結(jié)合預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工記錄、勘察報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)情況，Ⅲ、Ⅳ類樁的缺陷位置與接樁位置基本對(duì)應(yīng)。下節(jié)樁垂直度未受影響。

4 管樁傾斜原因分析

樁身上段處為5.0～5.5m厚第[4]層粉質(zhì)黏土，軟～可塑，飽和狀態(tài)，承載力低；基坑側(cè)壁第[2]層粉質(zhì)黏土，軟～可塑，局部夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土薄層。當(dāng)連續(xù)下雨時(shí)土體飽和，抗剪強(qiáng)度降低；土方開挖時(shí)，一次性挖土深度過大；基坑上口未按規(guī)范執(zhí)行，有大量堆土，在沒有支護(hù)的情況下，基坑側(cè)壁連同上部堆土一起發(fā)生整體破壞，土體滑入基坑。

綜合低應(yīng)變檢測(cè)曲線及樁身傾斜測(cè)量結(jié)果，形成Ⅲ、Ⅳ類樁的主要原因?yàn)樯喜繕秱?cè)土較軟、基坑土開挖和堆土造成擠土，導(dǎo)致樁身傾斜及在接頭處開裂。

5 管樁傾斜處理方案

對(duì)于發(fā)生傾斜的樁，目前常規(guī)處理辦法有灌芯補(bǔ)強(qiáng)、人工挖孔接樁及補(bǔ)靜壓樁等方法。從施工難易程度、施工工期、工程造價(jià)等方面綜合比較，采用灌芯補(bǔ)強(qiáng)方法最佳。該法主要是通過在管樁內(nèi)灌注鋼筋混凝土芯進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

根據(jù)低應(yīng)變測(cè)試結(jié)果和樁身傾斜值，按照樁身缺陷深度和程度分類處理：[1]第1種：缺陷深度在2.0m以內(nèi)，處理方案為開挖至缺陷位置，截樁，澆筑混凝土短樁至樁頂標(biāo)高；[2]第2種：缺陷深度在2.0m以下且傾斜值小于1%時(shí)，采用管樁內(nèi)灌注鋼筋混凝土芯處理方案；[3]第3種：缺陷深度在2.0m以下且傾斜值大于1%時(shí)，采用補(bǔ)樁方案，即每根樁對(duì)角補(bǔ)2根預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，型號(hào)PHC300AB70，樁長(zhǎng)和施工工藝同原工程樁。單樁豎向承載力特征值Ra取600kN。

1）Ⅲ類樁傾斜值均小于1%，有3根缺陷深度小于2.0m，采用第1種處理方案，即開挖至缺陷位置，截樁后澆筑混凝土短樁至樁頂標(biāo)高，短樁樁徑800mm，短樁與原工程樁樁芯重合，接樁詳圖如圖2所示。

圖2 接樁連接詳圖

2）Ⅲ類樁中有120根缺陷深度大于2.0m，采用第2種處理方案，即管樁內(nèi)灌注鋼筋混凝土芯，主筋為425，箍筋為8，間距200mm；填芯材料采用灌漿料，強(qiáng)度等級(jí)≥C40，填芯長(zhǎng)度為樁頂至缺陷位置以下2.0m（見圖 3）。

圖3 灌芯連接詳圖

3）Ⅳ類樁中有9根缺陷深度小于2.0m，采用第1種處理方案；有4根樁缺陷深度在2.0m以下，傾斜值小于1%，采用第2種處理方案；有34根缺陷深度在2.0m以下，傾斜值大于1%，采用第3種處理方案。

6 處理后樁基檢測(cè)結(jié)果

施工單位按照處理方案完成施工后，對(duì)原工程樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)及承載力驗(yàn)收檢測(cè)外，對(duì)3種處理樁也采用單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)。第1種處理方案有12根樁，選取2根進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)；第2種處理方案有124根，選取3根進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)；第3種處理方案有68根，選取3根進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)。靜載荷試驗(yàn)單樁豎向抗壓承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。

工程建設(shè)過程中同時(shí)對(duì)該樓進(jìn)行沉降觀測(cè)，根據(jù)觀測(cè)資料，該樓在主體結(jié)構(gòu)竣工1年后的最終沉降量為20.31mm。

7 結(jié)語

1）預(yù)應(yīng)力混凝土管樁發(fā)生傾斜時(shí)及時(shí)分析原因，根據(jù)不同傾斜情況采用不同處理方案。

2）工程樁中的問題樁處理后經(jīng)檢測(cè)達(dá)到規(guī)范及設(shè)計(jì)要求后可正常使用。

3）基坑開挖應(yīng)按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，基坑周邊堆載不得超過設(shè)計(jì)值。