1.前言
PHC管樁即高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。由于PHC管樁具有承載力高、造價低、適應(yīng)性強(qiáng)、管樁工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在長江中下游三角洲沖積平原地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。但在預(yù)應(yīng)力管樁的施工過程中，很容易發(fā)生樁的上浮現(xiàn)象，影響樁基工程的進(jìn)度和質(zhì)量。本文通過PHC管樁工程實例，對上浮現(xiàn)象進(jìn)行分析，并提出其處理措施和預(yù)防措施，供同仁討論及參考。
2.工程案例
常州地區(qū)某工程為地上32層、地下2層剪力墻結(jié)構(gòu)的高層住宅，總建筑面積約1.65萬m?2，基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，樁型為PHC-600(130)AB-C80管樁，工程樁樁長43m，三根試樁樁長47m，樁端持力層為⒂層硬塑粘土，總樁數(shù)112根，設(shè)計試樁單樁承載力特征值R?a=3050kN。
施工采用靜壓法，試樁和工程樁一次性施打完成。在對三根試樁進(jìn)行靜載檢測時，加荷加到6370kN時，對應(yīng)的沉降都大于100mm，見表1，靜載荷試驗曲線如圖2。后對三根試樁進(jìn)行高應(yīng)變檢測，發(fā)現(xiàn)樁端有明顯缺陷，停止檢測，等待處理。
3.樁上浮原因分析
從表1、圖2，結(jié)合樁側(cè)、樁端土層分析，荷載0~3220kN段，荷載-沉降曲線平緩，最大沉降19mm，應(yīng)為樁側(cè)阻力起作用。加載到4480kN時沉降突然變大，沉降量均大于60mm，最大達(dá)103mm，沉降速率明顯加大，形成陡降段，認(rèn)為是樁側(cè)、樁端土體破壞或樁身破壞。之后各級加荷形成相對平緩段，到6370KN時沉降量均大于100mm，最大為142mm，最小為102mm，但沉降速率減緩，分析認(rèn)為應(yīng)是樁端土體起作用。從整個荷載-沉降曲線來看，中間陡降段應(yīng)是樁端虛空，樁端土體未能發(fā)揮承載能力。該三組數(shù)據(jù)表明這三根樁應(yīng)是典型的上浮樁。
根據(jù)施工記錄，本工程占地面積約486.3m?2，總樁數(shù)112根，樁徑φ600，平均樁長43m，全部打入地下，按每根樁12.15m?3計算，則打入地下的混凝土樁總體積約1360m?3。如果不考慮土質(zhì)壓縮，平均分?jǐn)偟矫娣e486.3m?2的場地，則地面平均要抬高約2.8m，可見打入混凝土的量是非常大的。當(dāng)土飽和密實，被擠到極限密實度而向上隆起時，相鄰的樁將被浮起。
管樁上浮主要原因是擠土效應(yīng)。預(yù)應(yīng)力管樁在沉樁過程中，由于樁自身的體積占用了土體原有的空間，破壞了土體在自然沉積時的平衡狀態(tài)。隨著樁的不斷壓入，土體的擠壓應(yīng)力逐漸增加，使與樁體積等量的土體產(chǎn)生壓縮、蠕變，向樁底及樁周擠出，產(chǎn)生土體的水平位移。土體水平位移隨沉樁區(qū)域由遠(yuǎn)到近不斷增大，位移速率也不斷增大。隨著周圍土層和下部土層的進(jìn)一步壓密，限制了土體的水平位移，而淺層土上覆壓力較小，擠壓應(yīng)力從地表釋放，表現(xiàn)為地面隆起。另外，壓樁過程中超靜孔隙水壓力升高，造成土體破壞，未破壞的土體也會因孔隙水壓力的不斷傳播和消散而蠕變，導(dǎo)致土體的垂直隆起和水平方向的位移。從而引發(fā)了路面破損、房屋開裂和工程樁上浮等不良現(xiàn)象。
4.處理措施
樁基施工完成后，重新測量，發(fā)現(xiàn)97%的樁均有上浮現(xiàn)象，而且上浮很厲害，一般上浮50~80mm，最大達(dá)235mm。結(jié)合三根靜載試樁情況，組織相關(guān)人員召開專題會議，分析原因并研究處理方法，決定采取復(fù)壓處理。由于工程樁樁頂標(biāo)高較低，地面至樁頂約5m，淺部土層松軟，找樁復(fù)壓困難，決定采用降水開挖后基坑內(nèi)復(fù)壓。復(fù)壓前，將三根靜載樁頭全部截去，以便其它樁的復(fù)壓。復(fù)壓后重新測量，與靜壓前測量的樁頂標(biāo)高相比較，絕大部分樁已消除上浮。但還有少量樁上浮未徹底消除，上浮的高度較小，最大的為15mm，大多在1~10mm之間。經(jīng)過分析認(rèn)為，靜壓處理有明顯的效果，上浮高度在10mm以下的可不作處理，僅對上浮高度在10mm以上的進(jìn)行補(bǔ)壓。
處理完畢后，按照有關(guān)要求，另選取3根樁做靜載。根據(jù)靜載試驗報告，加荷加到6100kN時，對應(yīng)的沉降量為24.3~32.0mm，殘余沉降量為4.7~12.4mm，全部滿足設(shè)計要求。
5.預(yù)防措施
從上述案例可知，靜壓樁的擠土效應(yīng)會導(dǎo)致樁的上浮、承載力降低、沉降量增大，并嚴(yán)重影響周邊建、構(gòu)筑物的安全，必須采取相應(yīng)的措施，消徐和減弱擠土效應(yīng)。
5.1設(shè)置防擠溝與排水砂井。
由于擠壓應(yīng)力破壞作用表現(xiàn)為土體水平位移和地面隆起。因此，可在壓樁區(qū)與已有建、構(gòu)筑物之間開挖防擠溝或設(shè)置消擠孔，以消減擠壓應(yīng)力。防擠溝寬度可根據(jù)現(xiàn)場實際空間確定，一般為0.5~1.0m，深度根據(jù)土質(zhì)邊坡能自穩(wěn)為妥，宜大于1m。對于飽和的粘性土地基，應(yīng)布設(shè)適量的排水砂井(或塑料排水板)，形成地下水的排泄通道，減小沉樁時的孔隙水壓力，進(jìn)而減小擠土隆起。排水砂井直徑宜為70~80mm，間距宜為1.0~1.5m，深度宜為10~12m(塑料排水板的深度、間距與排水砂井相同)。
5.2沉樁順序與速率控制。
在軟土地基施工較密集的群樁時，沉樁次序不當(dāng)，很容易使樁向一側(cè)擠壓造成位移或涌起。對群樁承臺應(yīng)考慮壓樁時的擠土效應(yīng)，不同深度的樁基應(yīng)先深后淺。同一單體建筑，一般要求先施壓場地中央的樁，后施壓周邊樁，當(dāng)一側(cè)毗鄰建筑物時，由毗鄰建筑物處向另一方向施打。
打樁速率對土體變形的影響主要是由超靜孔隙水壓力引起。打樁時，超孔隙水壓力增長速度比其消散速度要快得多。在打樁間隙，超孔隙水壓力會明顯回落。日成樁數(shù)量宜小于10套，24小時內(nèi)休止時間不應(yīng)少于8小時。
5.3穩(wěn)壓和復(fù)壓。
大面積樁群終壓時應(yīng)穩(wěn)壓和復(fù)壓。穩(wěn)壓壓樁力不得小于終壓力，穩(wěn)定壓樁的時間宜為10~20s。復(fù)壓次數(shù)應(yīng)根據(jù)樁長及地質(zhì)條件等因素確定，一般宜2~3次。
5.4監(jiān)測。
加強(qiáng)施工過程中擠土位移監(jiān)測，并設(shè)置預(yù)警值及應(yīng)急方案。邊監(jiān)測邊施工，監(jiān)測結(jié)果及時反饋。
監(jiān)測內(nèi)容包括：(1)周邊建、構(gòu)筑物的沉降、傾斜、水平位移、裂縫監(jiān)測；(2)已施工樁位偏移與上浮監(jiān)測；(3)地面沉降、隆起觀測等。
6.結(jié)語
擠土效應(yīng)是預(yù)應(yīng)力管樁施工的一大難題。隨著施工技術(shù)日益成熟，還有很多方法有待廣大技術(shù)人員研究、探索、實踐，將擠土效應(yīng)對周邊的影響降至更低。
參考文獻(xiàn)
[1]《巖土工程勘察規(guī)范2009年版》GB50021-2001.
[2]《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》蘇G03-2002.
[3]《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008.
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