预应力混凝土管桩倾斜原因分析与处理

2022-05-20翟延彬

城市建筑空间 2022年4期

关键词：管桩标高承载力

翟延彬

（河南省建筑设计研究院有限公司，河南郑州 450014）

0 引言

预应力混凝土管桩桩身强度高，单桩承载力大，在合适的地层中采用静压法施工噪声小，施工速度快，其施工能满足城区内对环境和环保的要求，因此较多建设项目选用预应力混凝土管桩基础。

在预应力混凝土管桩施工中，受施工操作水平、地层土质、地下水、基坑开挖、天气等原因影响，在施工及后期开挖过程中桩基础会发生桩倾斜、断桩、浮桩、有效桩长相差大等问题。

本文以工程实例为基础，对已施工完成的管桩因开挖发生倾斜、断桩、位移等情况进行分析，查清原因，根据桩基检测报告提供的数据，依据规范对不同类型的问题桩分别采取不同处理方案。处理后的桩经检测均能满足规范和设计要求。

1 工程概况及地质条件

某工程拟建8号高层建筑，地上27层，地下1层，采用预应力混凝土管桩+筏板基础。标高正负零为73.800m，预应力混凝土管桩型号为PHC400AB95，桩顶标高66.950m，有效桩长18m，桩间距1.6m×1.6m，正方形布置，总桩数327根。场地内主要地层情况如表1所示。桩端持力层为第[8]层细砂层。配桩长度采用10m+8m、11m+7m、12m+6m，单桩竖向承载力特征值Ra取1 000kN。

表1 场地描述及承载力特征值

基底持力层为第[3]层粉砂层，桩身段为软～可塑粉质黏土、中密～密实细砂层，现场采用高喷搅拌法引孔、静压法施工工艺。施工时第[8]层细砂为中密～密实状态，标准贯入试验实测击数26～52击，静压进入该层很困难，因此部分桩有1.0～1.5m的截桩长度。

勘察期间，实测地下水稳定水位位于地表下0.20～2.85m（绝对标高为70.760～71.050m）。场地抗浮设计水位高程绝对标高可采用72.500m。

2 基坑开挖过程中出现的问题

8号楼预应力混凝土管桩施工时间为2018年7月21日至8月5日，施工工期为16d。该楼基坑于8月16日开挖，场地地面标高为73.500m，基底标高66.900m，基坑开挖深度6.60m。基坑开挖深度范围内土层为：第[1]层粉土，松散，层厚 0.6～3.7m；第[2]层粉质黏土，软～可塑，局部夹淤泥质粉质黏土薄层，层厚0.60～2.20m；第[3]层粉砂层。

该楼四周均有地下车库，根据建设单位施工安排，先开挖主楼部位，地下车库暂不开挖。主楼开挖出的土方未外运，沿基坑长边方向堆积在基坑南北两侧，堆土距离基坑上边线仅1.5m，基坑临时支护仅进行放坡处理。基坑降水采用管井+局部轻型井点。

主楼基坑开挖至5.0～5.5m深度时，时至盛夏雨季，连下3d暴雨，基坑内外积水，第4d基坑四周坡体滑入基坑内，尤其南北两侧堆土泥水流入坑内，基坑基本被泥水填平，如图1所示。

图1 8号楼工程桩实景

3 桩身完整性检测

从现场看，部分管桩有不同程度的倾斜，检测单位对327根工程桩采用低应变法检测桩身完整性，判定桩身缺陷的程度和位置，检测位置为桩顶标高处。根据检测结果，Ⅲ类桩123根，占检测总数的37.6%，Ⅳ类桩47根，占检测总数的14.6%，桩身缺陷位置深浅不等。其余157根桩为Ⅰ类和Ⅱ类桩。

Ⅲ类桩缺陷位置在设计桩顶标高下1.60～7.30m，倾斜值0.14%～0.99%，倾斜值小于规范规定值1%。Ⅳ类桩缺陷位置在设计桩顶标高下1.30～8.30m，倾斜值0.21%～12.51%。

结合预应力混凝土管桩施工记录、勘察报告及现场情况，Ⅲ、Ⅳ类桩的缺陷位置与接桩位置基本对应。下节桩垂直度未受影响。

4 管桩倾斜原因分析

桩身上段处为5.0～5.5m厚第[4]层粉质黏土，软～可塑，饱和状态，承载力低；基坑侧壁第[2]层粉质黏土，软～可塑，局部夹淤泥质粉质黏土薄层。当连续下雨时土体饱和，抗剪强度降低；土方开挖时，一次性挖土深度过大；基坑上口未按规范执行，有大量堆土，在没有支护的情况下，基坑侧壁连同上部堆土一起发生整体破坏，土体滑入基坑。

综合低应变检测曲线及桩身倾斜测量结果，形成Ⅲ、Ⅳ类桩的主要原因为上部桩侧土较软、基坑土开挖和堆土造成挤土，导致桩身倾斜及在接头处开裂。

5 管桩倾斜处理方案

对于发生倾斜的桩，目前常规处理办法有灌芯补强、人工挖孔接桩及补静压桩等方法。从施工难易程度、施工工期、工程造价等方面综合比较，采用灌芯补强方法最佳。该法主要是通过在管桩内灌注钢筋混凝土芯进行补强处理。

根据低应变测试结果和桩身倾斜值，按照桩身缺陷深度和程度分类处理：[1]第1种：缺陷深度在2.0m以内，处理方案为开挖至缺陷位置，截桩，浇筑混凝土短桩至桩顶标高；[2]第2种：缺陷深度在2.0m以下且倾斜值小于1%时，采用管桩内灌注钢筋混凝土芯处理方案；[3]第3种：缺陷深度在2.0m以下且倾斜值大于1%时，采用补桩方案，即每根桩对角补2根预应力混凝土管桩，型号PHC300AB70，桩长和施工工艺同原工程桩。单桩竖向承载力特征值Ra取600kN。

1）Ⅲ类桩倾斜值均小于1%，有3根缺陷深度小于2.0m，采用第1种处理方案，即开挖至缺陷位置，截桩后浇筑混凝土短桩至桩顶标高，短桩桩径800mm，短桩与原工程桩桩芯重合，接桩详图如图2所示。

图2 接桩连接详图

2）Ⅲ类桩中有120根缺陷深度大于2.0m，采用第2种处理方案，即管桩内灌注钢筋混凝土芯，主筋为425，箍筋为8，间距200mm；填芯材料采用灌浆料，强度等级≥C40，填芯长度为桩顶至缺陷位置以下2.0m（见图 3）。

图3 灌芯连接详图

3）Ⅳ类桩中有9根缺陷深度小于2.0m，采用第1种处理方案；有4根桩缺陷深度在2.0m以下，倾斜值小于1%，采用第2种处理方案；有34根缺陷深度在2.0m以下，倾斜值大于1%，采用第3种处理方案。

6 处理后桩基检测结果

施工单位按照处理方案完成施工后，对原工程桩进行单桩竖向抗压静载荷试验及承载力验收检测外，对3种处理桩也采用单桩竖向抗压静载荷试验进行验收试验。第1种处理方案有12根桩，选取2根进行静载荷试验；第2种处理方案有124根，选取3根进行静载荷试验；第3种处理方案有68根，选取3根进行静载荷试验。静载荷试验单桩竖向抗压承载力均满足设计要求。

工程建设过程中同时对该楼进行沉降观测，根据观测资料，该楼在主体结构竣工1年后的最终沉降量为20.31mm。