预应力混凝土管桩施工中的问题及分析

林宏毅厦门中宸集团有限公司（361000）



预应力混凝土管桩施工中的问题及分析

林宏毅
厦门中宸集团有限公司（361000）

摘要：在实践中，静压管桩施工技术具有的无噪声、无振动的优点使其很少发生打扰周围居民的现象，在近些年来静压管桩施工技术不断得到提高和优化，但同时也伴随着一系列的问题存在。这里针对静压管桩施工存在的问题进行分析探讨，并提出相应的解决方案。

关键词：静压预制桩；问题；施工；初期

1　应用实例

静压预制桩在城乡建设中得到了广泛的应用，在预制桩中，静压预制桩是最主要的形态。在实践中静压预制桩已经取得了不小的进步，但在应用中也常遇到许多技术问题，如果不加以改进，极有可能阻碍静压预制桩的实际应用和技术推广，因此我们需要及时分析和解决问题，确保桩基达到规定的要求。

1.1工程案例

某综合楼工程地质特征为：①杂填土、耕土层厚0.5～1.5 m，湿、松散，含植物根系；②粉质黏土层厚1.0～2.3 m，软塑、饱和，承载力特征值fak=90 kPa，侧摩阻力特征值qsa=20 kPa；③淤泥质粉砂层厚0.8～1.0 m，松散、饱和，fak=50 kPa，qsa=10 kPa；④粗砂层厚1.5～5.8 m，松散、饱和，fak=110 kPa，qsa= 15 kPa；⑤淤泥质粉砂层厚1.0～3.1 m，松散、饱和，fak=60 kPa，qsa=10 kPa；⑥淤泥层厚22.2～24.4 m，流塑、饱和，fak=40 kPa，qsa=6 kPa；⑦粉质黏土层厚1.0～2.3 m，软塑饱和，fak=90 kPa，qsa=20 kPa；⑧细砂层厚1.4～3.5 m，中密、饱和，fak=160 kPa，qsa= 25 kPa，预制桩端阻力特征值qpa=2 800 kPa；⑨砾砂层厚12.5～14.6 m，密实、饱和，fak=360 kPa，qsa= 65 kPa，预制桩端阻力特征值qpa=6 500 kPa；⑩粉质黏土层揭露厚3.5 m、未穿，软塑，饱和。

根据所受荷重及地质勘察资料情况，该工程采用C80的PHC管桩（AB），规格为φ400 mm和φ500 mm，单桩竖向承载力特征值分别为1 400 kN和2 000 kN，以砾砂层为持力层，桩尖入持力层1 m，用静压打桩。按打桩要求施用终压力达4 200 kN时，尚未达到入持力层1 m的要求。7 d后复压，终压达4 800 kN，压入深度为0.5～0.9 m，在细砂层较薄处入持力层深度符合要求，在细砂层较厚处入持力层0.5～0.6 m。止压并静载检测单桩极限承载力均≥4 000 kN，沉降符合要求，竣工后观测沉降稳定，满足规范要求。

1.2工程案例

本研究选取了某5层楼为样本进行实例分析，该工程采用静压方桩，规格400 mm×400 mm，单桩承载力特征值为400 kPa，以第⑤层粉质粘土为持力层，入土深4 m以上，在试桩时，当达到持力层进入深度时，终压力只有350～450 kN，7 d后复压终压力为800 kN，沉降0.03～0.05 m。1个月后经静载检测，单桩竖向极限承载力均≥800 kN，沉降小于规定标准。竣工验收后，沉降均匀，符合设计要求。

2　静压桩沉桩机理

1）原理分析

静压桩属于挤土桩，在压力达到一定数值时，压桩会引起桩周土破坏，可分为3个区域（见图1），A区为紧贴桩表面结构完全破坏的土体，但由于挤压、静置和固结，使其强度逐渐恢复，甚至超过原来强度。并且该区大约为45～200 mm，可以牢固粘结在桩的周围，粘结度较高并随其一起移动，这样一来，桩的有效直径增大，可达到5％～7％。C区为保持原状而未被破坏的土体，两者之间为B区。由图中我们可以看出，A区土体在A、B区土体的分界面是桩达到极限破坏时的桩周土体剪切滑动面，而桩极限摩阻力则取决于B区土体逐渐增长的抗剪强度，同时桩端面积增大也相应提高了桩端阻力。

图1　桩周土体范围示意

2）桩周受力可分为3个区段（见图2）：L1为无侧阻力区；L2=（0.4～0.6）L，为滑移区，其桩侧摩阻力小于原状土的静态侧摩阻力；L3=（5～7）d，为挤压区，其桩侧摩阻力稍大于原状土的静态侧摩阻力。桩尖附近范围的桩周土挤压区，随着桩的压入受剪切而发生重塑，处于剪损软化状态，土的强度降为重塑土的残余强度，桩端、桩侧摩阻力降为残余阻力，从而将桩压入地基土层中，桩压入阻力为：qa=qp+qs2+qs3，其大小及分布取决于多种因素，如土层地质、分布等，此外桩入持力层深度、桩数和桩距、施工顺序及进度等也会对桩压入阻力值的大小造成影响。随着结束压桩，孔隙水压力消散、桩周土径向固结、桩侧摩阻力显著增长，扰土重塑的桩端土体强度也恢复。压桩休止时间越长，桩的承载力越大，但是在压桩休止时间延长的初期，桩的承载力增加的速度较快，随后逐渐变慢，最终平稳下来并趋于一极限值，因此桩的承载力的变化明显呈现出时效性的特征。

图2　桩周受力示意

对于具有触变性的黏性土，在受压桩扰动下，桩周孔隙水受冲剪挤压作用形成不均匀水头，产生超孔隙水压力，使桩周土体抗剪强度剧降，发生严重软化，土的强度剧烈降低，甚至发生流动。桩很易压下，一旦压桩休止，随时间推移，超孔隙水压力逐渐消散，土体固结、强度恢复，桩身与桩周土之间的摩阻力由滑动摩擦力变为承载时的静摩阻力，桩才获得工程意义上的极限承载力。对密实～中密砾砂土而言，在受压桩的扰动下，由于剪胀效应引起阻力增大，滑动摩阻力大于承载时的静摩阻力，而难以进入。若此时停压，则可导致桩极限承载力小于终压力值。

3　原因分析

静压沉桩的终压力，实际上是土体对桩的瞬间抗力，由沉桩机理可知，沉桩效果随地质特征、土层分布、设计技术要求和施工方法的不同而各不相同。

1）实例1：沉降量大是工程施工中常出现的问题，主要原因可分析如下：首先，工程采用的管桩C80的PHC在使用前已经严格按要求进行检测，施压也严格按规程操作，而且在施工过程中并未发现桩身有异常现象，因此我们首先可以排除因桩身质量问题造成的沉降。其次，在打桩设计上，施打桩按从中间向四周施压顺序，打桩方案合理，桩间距≥3.5 d，未发现桩身上浮现象，而且终压4 200 kN＞2倍单桩竖向承载力特征值，符合设计要求。但本工程以砾砂层为持力层，依据其剪胀效应和沉桩机理，压桩时桩既要克服砾砂层提高了的抗剪力，又要克服急速沉桩引起的动阻力、超孔隙水压力，且受力随入土深度、土密实程度的增大而增大，从而降低实际承载力意义上的沉桩有效压力，使终压值达到要求，但仍未达到持力层深度和实际要求的极限承载力，沉桩休止后，超孔隙水压消散，孔隙水恢复，桩端土受水渗透，土稳定性差，颗粒产生部分滑动而软化，重新排列引发持力层承载力降低，从而造成实际极限承载力比终压力低，复压后产生较大沉降。在分清原因后，对未压至持入层的桩进行复压，终压力为1.2倍单桩竖向极限承载力，并对桩底腔随浇C25细石混凝土1 m封底，防止桩端土遇水软化。该工程后经动测、静载检测，单桩极限承载力和沉降均符合要求。竣工后沉降观测未发现不均匀沉降。

2）实例2：以黏质土层为持力层，使承载力提高。对该类型软土地基上的静压预制桩统计，发现在沉桩后随着时间的延长，桩的承载力普遍提高，有明显的时效性。其原因为：对具有触变性的粘质土，依据沉桩机理，它在受外来扰动时，土体强度急剧下降，甚至发生流动，土层承载力降低，出现少于单桩竖向承载力特征值情况，当休压后由于超孔隙水压消散，土体颗粒重新排列固结、桩超直径增大等原因，使土层承载力逐渐增大，初期增长快，后期慢，1年后固结基本完成，最终承载力也趋于稳定，桩的承载力可达终压力的2倍以上。

4　结语

在总结以上施工中所存在的问题之后，提出了一些解决措施以供参考。第一，在桩的进场验收过程中要严格把关，及时淘汰不合格的桩，保证桩身质量。第二，在施工技术上，严格控制桩垂直度，如果有遇硬夹层的现象，可以增压使沉桩速度减慢。第三，遇孤石可用引孔法。第四，桩身上浮时，要合理采用沉桩顺序，根据具体工程可采用由中间向四周，从一侧到另一侧等方案施工。