宁波某饱和软土地基预制管桩挤土浮桩经验分析

王瑞湾 周乔

宁波华东核工业工程勘察院 浙江 宁波 315800

引言

预制管桩因其施工速度快、造价低、污染少、桩身质量可靠等优点，较其他类型桩具有较明显的经济效益优势，是作为沿海软土地区广泛应用的一种桩型。但预制桩是一种挤土桩，桩打（压）入地层时需排挤原位土体，其在施工应用过程中遇到各种问题，主要有以下几类：①大面积打桩施工方式不当时，发生桩体上浮、偏位，甚至断桩情况，故挤土桩对桩长控制要求严格；②挤土情况严重时导致土体上隆、变形等，将对邻近建筑物、道路及地下管线等造成破坏；③打（压）桩时，特别是在饱和软黏土中，在桩土界面附近产生较大的超孔隙水压力，短期内造成土的有效应力下降；④施工过程对土体产生较大扰动，尤其是饱和软黏土，导致土的力学性质下降，需要较长的休止期恢复桩身承载力；⑤在软土基坑中，容易发生斜桩等问题[1]。本文以宁波江北区某仓库工程实例对预制管桩上浮事故经验进行分析，提出

自己的几点看法，供今后的工程实例中参考。

1 项目概况

拟建工程位于宁波市某工地，拟建物主要由三座仓库（A仓、B仓、C仓）构成，层高1F（高度约16m），总占地面积约为13819.72m2，总建筑面积约为15231.01m2，采用框架结构，设计荷载为80kN/m2，单柱最大荷载约8000kN。设计采用的是PHC-500AB100的管桩，采用整筏板下满堂布桩形式，采用YZJ680液压桩机施工，打桩顺序从西向东推进，南北各设释放孔。

2 工程地质概况

根据野外钻探揭露，勘探深度范围内主要为第四系海相沉积物，饱和软黏土厚度大，范围广，地基土自上而下表现为以下特点：1-1层杂填土（Q4ml）：杂色，松散；1-2层黏土（Q4al）：灰黄色，可塑，往下渐变为软塑；2-1层淤泥质黏土（Q4m）：灰色，流塑；2-2层黏土（Q4m）：灰色，软塑。2-3层淤泥质黏土（Q4m）：灰色，流塑。3-1层淤泥质粉质黏土（Q4m）：灰色，流塑。3-2层淤泥质粉质黏土（Q4m）：灰色，流塑。4-1层粉质黏土（Q4al）：灰色，软塑为主。4-2粉质黏土（Q4al）：软塑为主。5层粉砂（Q3al）：灰褐色，中密，6层粉质黏土（Q3al）：灰色，软塑～可塑。7层 中砂（Q3al）：灰褐、灰黄色，密实。其中软弱淤泥层平均厚度约40m，设计采用5层粉砂层作桩端基础持力层，沉桩以贯入度和桩长控制，典型地质剖面如下：

3 基桩检测结果

在休止期结束后，对A、B、C三仓进行单桩竖向抗压静载试验，设计单桩竖向承载力特征值为1250kPa。对A仓共检测7个单桩，有5个试验桩检测结果远低于设计值，部分单桩承载力特征值检测结果低至700kPa，甚至500kPa，单桩承载力特征值检测结果仅为设计值的40%～80%，桩的破坏形式为刺入式破坏，桩侧阻与桩端阻值均较低。而同一场地内的B仓与C仓的试验桩检测结果均满足设计要求。经多方讨论，决定对A仓进行扩大检测，仍有半数桩承载力值不满足设计要求。

4 原因分析

通过现场分析及多次召开专家研讨结果，本文对造成单桩承载力低的各种原因进行初步分析。

4.1 地勘资料原因

在受检桩原位处进行补勘，共进行钻探勘察孔2只及静力触探孔3只，补勘地质资料与原勘察报告相符，且同一场地内B仓、C仓的基桩检测达到设计值，但仍不排除因地层不均匀性而造成局部地层承载力过低。

4.2 设计原因

设计采用的是5层粉砂作为桩基础持力层，但实际上该层局部较薄，层厚4.90～1.10m，且深度变化较大，打桩以桩长控制时，桩底很可能落在4-2层或6层粉质黏土中，此两层地层为软塑～软可塑，物理力学性质较差，作为桩端持力层时承载力低、后期沉降位移较大。桩端以上基本为四十几米厚的饱和软黏土，本地区的软土具有受扰动后强度显著下降的特点。此种特殊地质条件下采用具有显著挤土效应的大面积群桩基础，设计上也是不适宜的，这将造成超孔隙水压力无法消散而导致地层强度降低、桩体上浮、断桩，是造成单桩承载力降低的主要原因。本工程拟建物荷载较大，上部地层物理力学性质较差，笔者认为设计时采用7层中砂层作为桩基持力层更佳，中砂层厚度较大、分布稳定，物理力学性质较好，承载力较高，沉降量较低。

4.3 施工原因

在施工方面也存在一定的问题，一方面存在部分桩头焊接质量不合格，焊接冷却时间不足；另一方面是打桩速度与顺序不合理，施工时采取自西向东逐排施工过来，且日打桩数超过二十枚，造成挤土效应明显，土体上隆，桩体上浮严重，经测量桩头上浮量达数十厘米；再者是桩长可能不满足要求，因各种原因施工过程中桩长可能不是按设计长度进行施工的，也会造成承载力不足。

管桩桩身质量可能不合格，在打桩过程中发生脆裂。

工程桩施工前未进行试验桩检测，不能掌握单桩竖向承载力特征值是否满足设计要求，进而不能有效优化调整合适的桩型、桩端持力层及桩土参数等，待工程桩全部施工完后进行验收检测时才发现问题。

针对可能存在的原因，迅速组织了技术人员抽取了五十余枚桩采用高应变法进行桩身完整性验证检测，根据高应变法检测结果，桩身完整性较好，高应变曲线符合设计桩长特征，排除桩身质量因素。经综合考虑，推断造成管桩承载力不足的原因主要为：

4.3.1 单桩承载力检测值过低是由于桩身上浮引起的，在深厚饱和软土场地大面积施工挤土桩时施工过快且未采取有效的应力释放等措施，导致孔隙水压力急剧增大，桩身上浮，桩侧、桩端土破坏，土体承载力显著下降，孔隙水压力消散需要较长的时间。

4.3.2 由于场地内地层变化差异较大，5层粉砂在水平向上的分布深度及厚度变化较大，打桩以桩长控制时，桩端可能落入4-2层或6层软塑的粉质黏土层中，导致单桩承载力值大打折扣。

5 处理措施

目前针对在深厚饱和软土中工程发生大面积浮桩一般采用以下几种处理措施：①复压或复打桩法，将桩顶采用静压法复压至略低于原标高，采用复打法不能消除挤土效应，地层中超孔隙水压力仍然存在，所以在复打桩后仍需静置较长的时间，待孔隙水压力消散，土的扰动得以恢复，再进行单桩静载荷试验来检测单桩承载力是否满足设计要求；②复合地基处理法，利用现有预制桩基础上通过复合地基的理论和方法进行设计验算，孔距较大处补充短桩处理，对局部因桩头超孔隙水压力消散而软化的土体进行清理后增厚碎石粗砂垫层处理[2]。③注浆，对浮桩的桩底及桩侧进行后注浆，提高单桩承载力。④补桩，对单桩承载力不足处附近补打桩。但是补打桩会增加挤土效应，进一步扰动土层，降低土的承载力。

该工程桩基处理措施如下：首先，对上浮桩进行复压，复压过程尽量缓慢，减少对土层的扰动，复打量略大于上浮量，经过一个月的休止期后，又对前期检测的7根桩进行第二次静载检测，此次承载力检测值明显恢复较多，有3根桩承载力达到1250kN，满足设计要求，其余的桩承载力检测值在1000kN～1125kN，与设计值差距较小，对剩余承载力不足的部分再采取补桩措施，补桩约40根，补桩时控制好施工速度及打桩方向，尽量减少对已施工桩的影响。

6 结束语

预制管桩经济、快捷、桩身质量可靠等优点使其在滨海软土地区应用越来越普遍，但因其具有显著的挤土效应，在应用的过程中不乏断桩、斜桩等事故的发生，造成工程重大损失。

本项目因浮桩导致的桩基质量不合格，后期因查找原因，进行补救措施，造成工期延误数月，造成了严重的经济损失，在总结本项目的经验教训的基础上，本文认为在使用该种桩型时应注意以下几点：

在深厚饱和软土地层中采用预制桩时，宜采用承载力较好、分布较稳定的地层作为桩端持力层，且应适当提高预制桩布桩中心间距。持力层变化较大的场地，可分区、分块进行勘察、设计，将工作做到精细化。

注意安排合理的打桩顺序，先打桩上浮量大于后打桩，故应避免相同方向打桩，可采用跳打等方式减少同方向上的位移累加。且应减慢桩基施工速度，保证每天沉桩数量最多10根，压桩过程速度放慢，同时加强观测邻近地表隆起和裂缝发展情况。必要时，在施工场地和建筑物之间施工释放孔。

沉桩至设计标高后应稳压控制一定时间，防止桩体所受压力瞬间消失发生回弹，上浮桩应进行复压。采用多节桩时，应控制好焊接质量，宜采用人工焊接，焊接完毕应冷却规定时间方可继续压桩[3-4]。

对可能发生群桩上浮的地基基础应加大基础整体刚度，减少不均匀沉降。

在大厚度软土地区实施预制管桩基础时应进行试桩工作，且待休止期结束后进行。