泥岩持力层管桩基础设计和施工分析

周书东，张彤炜，张 益（东莞市建筑科学研究所，广东 东莞 523809）

高强预应力管桩（PHC 桩）具有施工速度快、适用范围广、施工质量易保证、送桩深及环保等优点[1]，在各类工程中得到了广泛应用，在广东省珠三角地区建筑工程应用比例高达 80 % 以上；但预应力管桩并非适用于所有地质条件，有些地质条件（如泥岩）下应慎用预应力管桩。泥岩广泛存在于全国各地，具有天然含水率低、遇水后软化、强度低等特征[2]。泥岩胶结不良，水稳性能差，其力学性能不高，而且易随含水量的变化而迅速变化[3]。本文以某工程为例，针对泥岩管桩基础设计和施工过程中遇到的问题进行了分析和研究，提出了解决方法，总结了泥岩持力层管桩基础设计和施工中应注意的问题。

1 工程概况

1.1 工程地质条件

本工程拟建 4 栋住宅楼，设 1 F 地下室，地上 1 ～ 23 F，采用高强预应力管桩。拟建场地原始地貌为冲积地貌单元，地面平坦。按地层成因类型及岩土层性质，场地内地层自上而下分为第四系填土层、第四系冲积层、第四系残积层及下第三系泥岩。场地内地下水按埋藏条件和含水层介质特征可分为孔隙水和基岩裂隙水两种形式，地下水位埋深 0.3～ 1.3 m，水位年变化幅度为 0.5 ～ 1.5 m。具体岩土层如表 1 所示。

表1 岩土层物理力学参数表

各岩土层厚度如下。

（1）填土层：0.5 ～ 2.0 m，平均厚 1.6 m。

（2）淤泥：4.5 ～ 12.6 m，平均厚 7.67 m。

（3）细砂：0.6 ～ 3.8 m，平均厚 1.96 m。

（4）黏土：1.1 ～ 9.2 m，平均厚 3.67 m。

（5）淤泥：1.1 ～ 5.6 m，平均厚 3.52 m。

（6）粉质黏土：0.5 ～ 2.8 m，平均厚 1.52 m。

（7）全风化泥岩：11.0 ～ 18.2 m，平均厚 14.6 m。

（8）强风化泥岩：3.8 ～ 10.4 m，平均厚 7.7 m。

（9）中风化泥岩：3.0 ～ 6.9 m，平均厚 5.26 m。

1.2 桩基础设计

本工程采用Φ400、500 mm AB 型管桩，设计承载力特征值分别为 1 200 kN、1 800 kN；有效桩长 ≥ 10 m，预计 10 ～ 15 m，入强风化泥岩 ≥ 1 m。

1.3 静压桩施工及静载试验情况

2016 年 12 月 22 日静压桩施工完成。2017 年 1 月13～ 16 日对 1、4 栋进行了小应变试验，结果显示，只有 1 支桩为 2 类桩，其他均为 1 类桩。2017 年 2 月 10 日对 6 支桩进行了静载试验，加压至 200 t 时桩下沉量均已超过 100 mm，且下沉未稳定。经各方商议，2 月 14 日采用锤击法进行第一次复打，至 2 月 18 日共重打 88 支桩，管桩打沉量为 200 ～ 2 200 mm，多数为 1 000 ～ 1 400 mm。2 月 20日对已重打过一次的桩进行第二次施打，对前 5 支桩进行第二次复打后，其打沉量为 200 ～ 900 mm。鉴于以上情况，暂停对桩施打，对桩的承载力重新进行评估。

3 月 6 日对 4 支桩进行静载试验，试验结果如表 2 所示。

表2 静载试验结果表

据静压桩施工及静载试验情况，静压桩在施工完成时，单桩竖向抗压承载力达到设计要求。但二十多天后，若对原静压桩做静载荷试验，发现单桩竖向抗压承载力降低，桩的沉降量加大。其中未复打的桩在二十多天后做静载荷试验，桩的沉降量大，不稳定，承载力下降量大。对复打或补做的桩二十多天后做静载荷试验，其沉降量小，承载力较高。

2 管桩静载实验承载力偏低原因分析

场地地质条件较差，存在较厚流塑状淤泥，持力层为强风化泥岩，其在天然状态下承载力较高。同时，其具有遇水软化、崩解、承载力骤降等特性，造成管桩多次复压、反复压入的情况。出现承载力偏低的主要原因是强风化泥岩遇水软化，承载力大幅下降。水主要是管外土（岩）层中的水通过桩尖缝隙渗入管内，或是管内积水通过桩尖缝隙渗入风化岩体中。强风化泥岩遇水便软化，因此桩端土承载力大幅降低。该工程管桩施工时未进行封口等密封性施工措施。

3 施工处理建议

（1）4 支桩的承载力试验说明，复打及按照严格要求补做的桩承载力较高，应对全部桩进行复打。

（2）鉴于承载力试验时不满足规范要求的时间间隔，应在时间间隔满足规范要求后，重新选择具有代表性的桩进行承载力试验。试验桩选择时应考虑地质条件、桩的位置等条件，确保试验桩的代表性。

（3）根据复打及承载力试验情况与按照相关广东省标准，由设计单位对承载力进行复核。根据复核情况考虑调整承载力设计值及补桩等措施。

（4）施工单位应根据设计单位调整后承载力设计值及补桩措施要求，编制施工方案，按要求进行复打及补桩。

（5）对桩进行复打时要注意确保桩身完整性，全部进行小应变试验对桩继续完整性检测，接桩应符合规范要求。

（6）桩基施工时应依规范要求对桩尖进行密封性措施。

4 结 语

（1）高强预应力管桩（PH 桩）虽具有施工速度快、适用范围广、施工质量易保证、送桩深及环保等优点，但并非适用于所有地质条件，部分地质条件下应慎用预应力管桩。在强风化泥岩作为持力层时，管桩在施工完成时，单桩竖向抗压承载力可达到设计要求，但经过二十多天，通过静荷载试验桩基沉降量大，承载力不能满足设计要求。

（2）已施工管桩承载力降低的主要原因是桩尖附近有水，或是管外土（岩）层中的水通过桩尖缝隙渗入管内，或是管内积水通过桩尖缝隙渗入风化岩体中。强风化泥岩遇水便软化，因此桩端土承载力大幅降低。

（3）强风化泥岩作为持力层管桩承载力降低的处理建议如下。① 根据复打及承载力试验情况，由设计单位对管桩桩基承载力进行复核，根据复核情况考虑调整承载力设计值及补桩等措施。② 施工单位应根据设计单位调整后承载力设计值及补桩措施要求，进行复打及补桩施工。③ 对桩进行复打时要注意确保桩身完整性。④ 桩基施工时应按照规范要求对桩尖进行密封性措施。