南沙某工程预应力管桩收锤标准问题分析及处理

2022-10-15邹家南沈唤亮熊方健

广东土木与建筑 2022年9期

邹家南，沈唤亮，熊方健

（广州南沙科创置业有限公司广州 511458）

0 引言

近年来，预应力管桩以其施工高效、经济、地层适应性强等特点在桩基工程中得到广泛应用，在具有较好持力层的沿海软土地区应用也越来越多。随着预应力管桩的应用发展及所遇地质的复杂性，也暴露了一些问题。

王海生［1］以佛山某工程为背景，介绍了锤击预应力管桩基础检测和问题处理过程，通过高应变和静载试验等检测数据的对比，对该工程桩基质量问题进行分析，并提出相应的处理方案及针对性建议。黄良机等人［2］分析了预应力混凝土管桩工程存在的主要质量问题以及产生这些问题的原因，并有针对性地提出了质量控制对策。李永生等人［3］从工程的地质条件和打桩施工角度探讨软土地区不同工程地质条件下预应力管桩收锤标准。陈景忠等人［4］认为如何使收锤标准根据外部作用因素的变化而做适时相应地调整，是发挥收锤标准质量控制作用的前提，可通过液压锤的数据采集和传输功能，依据桩的设计、锤-桩-土配置与条件参数、过程参数和验证参数等的数字化，识别判断桩是否达到收锤要求。还有不少学者［5-10］探讨并分析了预应力管桩相关问题并提出解决方法，详见相关文献。

广州南沙某工程地质条件复杂，工期紧张，设计采用预应力管桩基础，液压锤击施工，通过试桩后开始大面积施工桩基础，但出现成片区域有效桩长远比预估有效桩长短等异常问题。本文以该工程为背景，结合其地质条件及其桩基设计及施工特点，针对该工程存在的预应力管桩收锤标准问题，通过对异常“短桩”进行复打、补勘、高应变及静载检测等处理措施结果的分析，提出相应处理意见，得出了一些有益的结论，以期为类似工程的设计与施工提供参考。

1 工程概况

某项目位于广州市南沙区，场地较为平整，项目规划用地面积66 333 m2，拟建14 栋高层住宅楼，采用剪力墙结构，地下两层，局部一层，采用液压锤击法施工PHC高强预应力管桩基础，如图1所示。

根据设计要求，塔楼基础主要为φ600 mm 管桩，单桩承载力特征值取2 700 kN，静载极限值要求达到5 710 kN，液压锤击施工时锤重16 t，最后贯入度30 mm/10 击，要求桩端进入风化层，并以最后贯入度为主要控制收锤标准。现场根据设计要求，选择代表性位置做了试桩，桩长35～50 m，进入全风化层10～20 m，经静载检测验证皆可满足设计要求。桩基设计信息如下：外径为600 mm，壁厚130 mm，承载力特征值为2 700 kN，桩尖类型为A，锤心质量为16 t，锤心行程为0.6 m，最后贯入度为30 mm/10击，静载极限值为5 710 kN。

2 工程地质条件

根据区域工程地质情况及周边建筑场地工程地质情况调查，拟建场地原始地貌单元主要为珠江三角洲冲积平原，经人工回填平整后，地势平坦、开阔。场地岩土层呈多样性，地层种类多，均匀性变化大，大致为上软下硬特性，整体存在海陆交互相沉积层包括软土（淤泥质土和淤泥）及特殊性岩土（残积土和砂质黏性土），下部基岩层面变化较大，分布不均，厚度不一。地基复杂程度为一级（复杂地基）。地块北侧地质剖面如图2 所示，桩侧摩阻力特征值及端阻力特征值建议值如表1所示。

表1 桩侧摩阻力特征值及端阻力特征值建议值Tab.1 Recommended Values of Characteristic Values of Side Friction and End Resistance of Piles

根据场地工程地质条件、地下室结构特点以及空间位置关系，可知：地下室深基坑主要处于填土和淤泥质土及粉质粘土层，一层地下室结构下方地层主要为淤泥质土，两层地下室结构下方地层主要为淤泥质土及粉质粘土层。综合考虑地质条件及基坑、地下室特点，现场考虑开挖至基底换填后施打管桩。鉴于地质变化，设计要求桩端穿透砂质黏土层和中粗砂层进入风化层，并以贯入度控制为收锤标准。

3 问题分析及解决方案

起初，现场按设计及施工部署要求全面施打管桩，两周内完成了工程桩施工62 根，但根据原地勘孔和补勘孔仅有约11根的持力层达到全风化岩层，已施工的其余工程桩持力层均为中粗砂或砂质黏土层，桩长约20 m，与预估桩长相差大，现场复打后均无法继续深入。典型情况：8#塔楼G8-8承台只有两根工程桩（G8-8-10，G8-8-6）打桩深度超过30 m，其他桩长均约为20 m，同一承台平面距离约2 m的桩间距，桩长差量超过15 m，桩长异常问题明显，现场需明确“短桩”问题原因及解决方案后方可进一步全面施工。典型问题承台区域示意图如图3所示。

综合分析考虑地质条件及桩基设计及施工特点，认为有以下几点可能原因：①挤土效应，使用闭口桩尖的挤土效应明显，在砂层及砂质粘性土中尤其明显，对桩身穿透力造成一定影响；②地质复杂，根据勘察报告，短桩桩身主要为淤泥质土、中粗砂（稍密，局部中密）、粉质黏土、砂质粘性土（硬塑，黏性较差，含较多中、粗粒砂），但由于地质地层性质及分布变化大，锤击管桩可能无法穿透一定厚度的中粗砂或砂质黏土层；③原设计桩基础收锤标准要求过高而不够合理，应完善收锤标准。

结合现场实际，综合考虑成本、工期等影响，经初步分析，拟定“循序渐进”解决方案如下：①为减小挤土效应影响，对已施工桩桩顶“浮桩”情况进行监测，并对有条件的桩进行复打，对后续未施工桩使用开口桩尖施打；②为进一步查明局部地质情况，有针对性进行补勘；③对已施工的代表性短桩进行高应变或静载检测验证。

4 方案实施结果分析

4.1 复打及补勘结果分析

经现场监测，已施工桩未出现明显“浮桩”现象，施打线路挤土效应控制良好；对复打桩的观测结果显示，复打三阵最大贯入度不超过10 mm，基本一动不动；另外，后续使用开口桩尖施打桩长表明亦未能明显加大进深。据此判断所施工管桩已达贯入度收锤标准，锤击施工未能再明显进入后续中粗砂或砂质黏土层。

根据同一承台局部区域补勘结果（见图3），中粗砂层、砂质黏土层高程及厚度均变化大，其中，砂层厚度2.8～17.3 m，高程（-18.4）～（-30.15）m。根据补勘结果及地层参数，可计算该区域短桩理论承载力约1 200～1 700 kN（此处短桩理论计算承载力未能满足设计要求），主要受进入中粗砂层、砂质黏土层深度不同影响而变化。鉴于中粗砂层、砂质黏土层对管桩承载力贡献较大，因此，地质变化大是桩长变化的主要原因。

4.2 高应变及静载结果分析

经参建方商议，现场对代表性短桩（结合就近补勘钻孔，选择桩长尽量短、理论承载力尽量小的短桩）进行了高应变检测和静载检测，图4 为G8-8-3 号桩高应变曲线，图5为G8-8-3号桩静载检测曲线。

由图4、图5 可知：G8-8-3 号桩高应变侧阻力1 535.9 kN，端阻力2 517.4 kN，承载力4 053.3 kN，未能达到设计要求；静载加载到设计要求时，最大沉降量23.57 mm，最大回弹量17.77 mm，回弹率75.4%，极限承载力5 710 kN，满足设计要求。

鉴于高应变检测受影响因素多，如施工条件、施工技能水平以及实测曲线拟合法计算阻尼系数、混凝土弹模强度、侧阻力、端阻力、弹性位移等，经验参数的取值和拟合操作的合理性影响较大，高应变检测法结果相比静载检测结果往往较为保守，最终承载力极限值以静载数据为准，G8-8-3 号桩能满足设计要求。为进一步验证结果的代表性及合理性，又在其他承台选择类似问题短桩实施了复打、高应变、静载等方案，最终结果一致，短桩静载承载力满足设计要求。

4.3 处理意见及效果

综上结果分析可知，对本项目而言，中粗砂层、砂质黏土层等可作为良好的持力层，“短桩”承载力可满足设计要求，无需按原设计要求桩端穿透中粗砂层进入风化层，即当管桩桩端无法穿过中粗砂层成为“短桩”时，可按设计要求以贯入度收锤。据此，现场施工收锤标准调整为“桩端进入砂质黏土、中粗砂、全风化花岗岩或强风化花岗岩，以贯入度控制为主”，为后续全面加快施工奠定了基础。

目前，本工程按照上述处理意见已顺利完成全部桩基施工并通过验收。实践表明，本工程短桩问题处理意见可行，可为类似工程提供参考。