软土地基条件下预应力混凝土管桩顶推纠偏的研究

江苏无锡二建建设集团有限公司 无锡 214061

1 工程概况

花桥商务城F地块酒店公寓工程位于花桥国际商务城先导核心区，主楼部位采用PHC-600（130）A-C80-12,12,12,11，其单桩竖向承载力特征值为2 500 kN，裙房部位桩型采用PHC-600（130）B-C80-12,12,11，其单桩竖向承载力特征值为700 kN。基坑开挖时由于挖土顺序不正确，导致基坑边坡失稳，使基坑围护桩产生了较大侧向位移，基坑土产生侧向偏移造成主楼大多数预应力管桩出现倾斜和偏移。现场检测发现，共有116根管桩发生偏移，管桩的最大偏移量超过1 500 mm，远远超过规范允许的范围。项目部对出现桩位偏移较大区域中的所有工程桩进行了低应变检测，低应变检测结果为：27根为Ⅱ类桩，89根为Ⅲ类桩。这些桩均在深度11～12 m之间出现缺陷或异常问题，在第1和第2节桩身之间发生倾斜和偏移。

2 处理方案分析、评估及选定

2.1 方案分析

由于本工程工期比较短，需要采用既缩短施工工期又要最大程度上节约投资的补救方法，通过对静压桩补桩、混凝土灌注桩补桩、推顶法纠偏等3种形式在经济投入、工期、施工难易程度等方面进行综合比较，推顶法纠正偏位较其他2种方案无论是在可行性、经济投入、工期等方面都占有明显的优势，是切实可行的。为了充分验证该方案可行性，与会人员达成共识，在大范围施工前，首先挑选其中偏位比较严重的3根桩作为试桩，对其进行纠偏处理，并检测其是否达到预期的效果。

2.2 方案选定

管桩纠偏能否顺利实施的关键因素为[1,2]：

1）管桩有较好的桩身质量和桩身强度，且管径不宜小于500 mm。

2）管桩的缺陷部位仅在第1节桩身范围以内，且桩身未出现明显的断裂。

3）管桩的焊接质量有一定的保证。

4）施工场地能提供纠偏的反力结构。

本工程的管桩桩身质量较好，根据小应变检测结果，偏斜管桩的缺陷部位一般在11.50 m左右，普遍位于第1节桩接头部位，且通过摄像头观测未发现明显的裂缝，具备进行纠偏的大部分条件。

根据方案对3根试桩进行纠偏处理，采用比原混凝土强度高一级的混凝土进行填芯，并作试件留置。对顶推过程做用时记录，对填芯过程进行实时监控，对砂石回填做到分层压实以提高密实度。一段时间后对处理过的桩进行静载试验，并将预先留置的试件送检测中心进行检测，检测数据表明，结果是符合设计要求的，因此选用顶推法是可行的。根据纠偏过程中的影像资料、时间记录以及承载力试验结果等数据，项目部制订了相应的施工工艺，以便于进行大面积的纠偏处理。

3 管桩偏位处理施工工艺

3.1 施工前的准备工作

管桩偏位主要是由于原有的基坑围护桩过短未进入粉土层，只到达淤泥土层，基坑产生了偏移，导致基础桩产生偏位，根据地质报告和现场开挖情况得知现场土质很差，土层含水率很高，土层稳定性差。因此在施工前提前对基坑进行降水处理，在对已开挖的地方设置井点降水以降低水位，管桩偏位主要是基坑开挖后由于基坑边坡失稳，使基坑围护桩产生了较大侧向位移，为了防止纠偏后桩基再次出现偏移，应先对基坑周围采用φ600 mm围护桩进行加固处理，桩长超过原有的围护桩，并增加了支撑。

3.2 管桩内清孔检测

施工前先对桩身内侧进行清孔。桩身清孔采用高压水枪进行冲水取土，清孔深度为超过第1节桩长3～5 m，为纠偏测量做好准备，桩外侧混凝土碎块采用钻机清孔，清孔不宜过大，应避免钻机对桩身质量的破坏。对管桩桩身质量进行小应变检测，并通过摄像头观测检查是否有明显的裂缝及偏斜管桩的缺陷部位。若缺陷部位位于第1节桩接头部位，就可以进行纠偏。

若管桩桩身质量存在明显的裂缝，则进行补桩处理，然后测量倾斜度。测量倾斜度采用吊锤法，用测绳将吊锤吊入桩孔检测3～5 m范围内管桩的倾斜情况，并计算倾斜度。偏位根据桩的定位尺寸图，用经纬仪、钢尺测量X、Y方向的偏差，做好记录。

3.3 纠偏反力结构安装加固

由于混凝土垫层将作为顶推千斤顶的支撑反力结构，千斤顶的支撑反力结构在管桩纠偏中起重要作用，但工程地质较差，直接在原土上浇混凝土垫层，垫层受力可能会滑移，因此项目部对混凝土垫层进行了加固处理，混凝土强度等级提高为C25，每隔1 m增设深500 mm、宽300 mm的凹槽，增加抗滑力，同时也方便纠偏时定位。若离基坑或已施工结构近时，可利用边坡土加固及已建结构作为反力支撑结构。

3.4 设置纠偏定位导向槽、桩侧土压力卸载

先在垫层上弹线确定基坑纠正后的位置，在偏位桩与纠正位置间用开槽机在垫层上开1个导向槽，深度为穿过混凝土垫层。

在导向槽侧用钻机（或高压水枪）冲水取土，孔的深度根据偏位桩的深度确定，宽度宜为600 mm，同时排浆清除桩身前侧的土体，用较小的水平推力使桩复位。对于浅部混凝土碎块采用人工钻机清孔，在施工过程中要控制清孔范围，防止出现清孔过大，施工机械对原有的桩身质量造成破坏[3,4]。

3.5 纠偏直线度检测

直线度检测是顶推能否顺利进行的关键，若直线度不合格，则顶推会将桩损坏，因此通过检查上下桩身是否贯通（直线度）以确定能否进行顶推。若直线度检测达不到顶推要求，则需对桩进行加固。一般采用内插导向管法加以解决，由于导向管比桩孔略小，因此顶推时导向管为受力状态（图1）。

图1 导向管示意

3.6 顶推施工

3.6.1 确定桩顶水平承载力

千斤顶就位前应对桩基进行桩顶水平承载力设计值的确定，当顶推力小于桩顶水平承载力时，则顶推对桩身无影响。根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）相关规定，当缺少单桩水平静载试验资料时，可以按照式（1）估算预制桩单桩水平承载力特征值：

式中：α——桩的水平变形系数，对于软黏土，可取m＝4 MN/m4；

EI——桩身的抗弯刚度,对于钢筋混凝土桩，EI=0.85EcI0，其中Ec为混凝土弹性模量，I0为桩身换算截面惯性矩，圆形截面为I0=W0d0/2；

χoa——桩顶允许水平位移；

γx——桩顶水平位移系数。

因此根据计算，采用小于Rha的水平推力对管桩的桩身是安全的。

3.6.2 顶推施工过程

采用千斤顶进行顶推，在顶推过程中千斤顶的作用力应均匀，在顶推过程中严格控制顶推速率，防止由于速度过快使桩身断裂。在桩的另一侧用千斤顶顶推移位，通过若干个行程将管桩推至复位，速率控制在每分钟10个行程，用高压注浆管贴紧桩身冲孔，深至持力层，借千斤顶初步推桩移位，要严格控制推挤桩顶移位的速率，以2～5 cm/h为宜，完成总偏移量的1/2时停30～60 min，保持用高压注浆管扩孔，第2次将桩顶推至复位。施工开始后、过程中、结束时对桩身做3次垂直度测量，在垂直度达到设计允许偏差（ l /1 000）后停止顶推，使得桩身朝着预定的方向纠正，并避免对原有的桩产生破坏作用。若另一方向仍有轴线误差，则在该方向重复上述顶推过程（图2）。

图2 施工示意

3.7 骨料填充

管桩纠偏到位经检测达到要求后，进行临时固定并稳定，然后在桩侧的孔穴内，四周均匀地分层灌入5～25 mm的碎石以及细砂，每层振捣密实，并检测垂直度。同时对处理完成的回填层现场抽检进行密实度试验，检测数据是否达到要求[5,6]。

3.8 桩内填芯

垂直度检测合格后，清洗桩管，然后通过吊机在管桩内下钢筋笼，在断裂位置增加加强钢筋，根据桩身实际完整性、垂直度，确定钢筋笼长度，并在钢筋笼底部焊接厚5 mm薄钢板托板，桩内浇筑高级配微膨胀混凝土，振捣密实。填芯前再次清洗桩管，然后通过吊机在管桩内下钢筋笼，主筋为6φ20 mm，在断裂部位上下1.50 m范围内另加6φ20 mm加强钢筋（图3）。

3.9 桩偏位复测

在纠偏结束后，采用吊锤结合经纬仪对最终纠偏完成的桩进行偏位测量，并用全站仪检测轴线是否达到规范允许的要求。

3.10 成品保护

在经纠偏处理后的管桩周围设立围护保护，实时对基坑围护进行监测。

图3 管桩填芯加固施工

4 实际效果

现场共有116根桩产生偏移，纠偏后114根桩在偏差及承载力方面达到了规范及设计的要求。纠偏成功率达到了98%，基坑未发现明显的偏移，土层未发生变化。通过静载荷、高应变及低应变检测结果显示，纠偏加固后的管桩桩身承载力和结构强度均满足要求，可正常使用，2根不合格桩主要是由于直线度检测超过了要求，管桩的缺陷部位超过了第1节桩身范围，承载力达不到要求，后经补桩处理达到要求[7]。

5 结语

在长江三角洲冲积平原软土地基，土层含水率很高、土层稳定性差，管桩容易在基坑边坡失稳作用下发生偏位，只要经检查管桩有较好的桩身质量和桩身强度，管径不小于500 mm，且管桩的缺陷部位仅在第1节桩身范围以内，桩身未出现明显的断裂，就可按本施工工艺进行纠偏，既可以节约资金，又保证桩基质量，可为今后出现类似情况的工程提供参考。