預(yù)應(yīng)力管樁糾偏加固應(yīng)用實(shí)例

李雋毅 （上海申元巖土工程有限公司，上海 200072）

0 前言

預(yù)應(yīng)力管樁由于其具有施工工期短、噪聲低及污染小等優(yōu)點(diǎn)，在廣大沿海地區(qū)，長(zhǎng)江、黃河等江河流域等軟土地基區(qū)域得到了大量推廣應(yīng)用，PHC管樁行業(yè)發(fā)展迅速。2012年房地產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用比例占到了80%左右；公路建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用比例約為10%。但是進(jìn)行靜壓管樁施工或基坑開(kāi)挖時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)工程樁偏移、傾斜、彎折甚至斷裂的情況，工程樁傾斜會(huì)降低樁基承載力，同時(shí)使樁身產(chǎn)生初始彎矩，因此，樁基驗(yàn)收前必須進(jìn)行糾偏、補(bǔ)強(qiáng)。

本文涉及工程采用頂推法進(jìn)行管樁糾偏，成功對(duì)偏位管樁實(shí)施了糾偏，根據(jù)靜載荷檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，糾偏效果十分理想，糾偏管樁單樁承載力均能達(dá)到原有設(shè)計(jì)承載力。

1 工程概況

某工程擬建1#為14F住宅樓，結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)部分為鋼筋混凝土獨(dú)立承臺(tái)，均采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁PHC A 400 95，樁長(zhǎng)均為22m，樁端持力層為第⑤21層粉砂，單樁承載力設(shè)計(jì)值分別為900kN。

在基坑開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)工程樁出現(xiàn)不同程度的偏斜，經(jīng)檢測(cè)判定大部分為缺陷樁，嚴(yán)重影響管樁的正常使用，為確保后期建筑物正常使用，必須對(duì)該樓的工程樁進(jìn)行處理。

管樁偏位及質(zhì)量情況一覽表 表1

2 地質(zhì)條件

根據(jù)本次工程勘探深度范圍內(nèi)揭露的各土層成因類型、埋藏深度、空間分布發(fā)育規(guī)律、物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及其工程地質(zhì)特征，劃分為9個(gè)地基土層，主要地基土層的特征分述如下。

②粉質(zhì)黏土：灰色，飽和，可塑～軟塑。土質(zhì)較均勻，該層單橋靜力觸探比貫入阻力Ps加權(quán)平均值為0.58MPa。

③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：灰色，飽和，流塑。土質(zhì)較均勻，該層單橋靜力觸探比貫入阻力Ps加權(quán)平均值為0.37MPa。

④1淤泥質(zhì)黏土：灰色，飽和，流塑。土質(zhì)均勻，該層單橋靜力觸探比貫入阻力Ps加權(quán)平均值為0.51MPa。

④21砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土：灰色，飽和，流塑。土質(zhì)均勻，該層單橋靜力觸探比貫入阻力Ps加權(quán)平均值為1.03MPa。

④22粉砂夾粉質(zhì)粘土：灰色，飽和，流塑。土質(zhì)均勻，該層單橋靜力觸探比貫入阻力Ps加權(quán)平均值為5.5MPa。

⑤21粉質(zhì)粘土：灰色，飽和，軟塑。土質(zhì)較均勻，該層單橋靜力觸探比貫入阻力Ps加權(quán)平均值為0.97MPa。

⑤22粉砂：草黃～灰黃色，飽和，密實(shí)。砂質(zhì)較純，顆粒均勻，單橋靜力觸探比貫入阻力Ps加權(quán)平均值為11.33MPa。

勘察報(bào)告建議的各土層參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值和典型的靜力觸探比貫入阻力平均值見(jiàn)表2。

土層參數(shù)及比貫入阻力平均值 表2

3 事故原因分析

在軟土地區(qū)，管樁施工過(guò)程若對(duì)施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)如焊接質(zhì)量、沉樁速率以及土方開(kāi)挖等未進(jìn)行嚴(yán)格控制，就會(huì)出現(xiàn)樁身傾斜、樁身斷裂以及樁端未達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高等問(wèn)題。

針對(duì)本工程實(shí)際情況，本次工程樁偏位事故原因主要有以下幾方面。

3.1 重力壩圍護(hù)變形相對(duì)較大

本工程基坑開(kāi)挖深度約4.5m，采用重力壩圍護(hù)，基坑開(kāi)挖后，坑內(nèi)土體壓力快速釋放，因坑內(nèi)被動(dòng)土體受沉樁、降水等因素的影響，強(qiáng)度降低較多，造成內(nèi)外壓力失衡，壩下土體產(chǎn)生繞壩流動(dòng)的現(xiàn)象，造成基坑內(nèi)土體上浮，使得本已受彎剪作用的樁又施加了上拔力，樁身受力情況進(jìn)一步惡化，并使得焊接接頭破壞嚴(yán)重的樁產(chǎn)生上浮、脫節(jié)。

3.2 土方開(kāi)挖

基坑土體開(kāi)挖應(yīng)在土體強(qiáng)度恢復(fù)到一定程度后方可進(jìn)行，由于基坑底部位土層為流塑狀態(tài)的③層或④層灰色粘土（Ps值僅為0.45MPa左右），若分級(jí)放坡開(kāi)挖未按照分層、分段的原則進(jìn)行，且開(kāi)挖的臨時(shí)放坡坡比大于1∶1.5，易引起坡體的滑坡，會(huì)對(duì)坑內(nèi)的工程樁產(chǎn)生較大的側(cè)向土壓力，造成管樁向開(kāi)挖方向跟隨土體一起產(chǎn)生較大變形，甚至引起淺部樁身的斷裂。

3.3 工程樁樁型（采用PHC A型樁）

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土A型管樁抗剪能力相對(duì)其他型號(hào)管樁較低，基坑開(kāi)挖后更易在側(cè)向土壓力作用下發(fā)生偏位和損壞。

另外，打樁速率速率過(guò)快，或者現(xiàn)場(chǎng)降水情況不理想等因素，都會(huì)導(dǎo)致基坑開(kāi)挖時(shí)工程樁偏位或者斷裂。

4 管樁糾偏加固方案

4.1 樁基承載力分析

根據(jù)勘察單位提供的巖土工程勘察報(bào)告，樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值fs與樁端極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值fp如表3所示。

土層參數(shù)及比貫入阻力平均值 表3

根據(jù)已有的多項(xiàng)PHC管樁工程試樁資料，上述參數(shù)仍有一定富余度，根據(jù)上海市地基基礎(chǔ)規(guī)范（DGJ08-11-2010）第7.2.5-2條，采用靜力觸探參數(shù)估算各層土的極限側(cè)摩阻力和端阻力，并選取2個(gè)孔進(jìn)行計(jì)算，本工程PHC400管樁的單樁豎向極限承載力可達(dá)到2200kN，即PHC400管樁相應(yīng)的單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值可達(dá)到1100kN。因此，原設(shè)計(jì)要求的單樁承載力設(shè)計(jì)值900kN仍有一定的富余度。

4.2 糾偏加固方案介紹

對(duì)于樁身缺陷明顯（Ⅲ、Ⅳ類樁），樁位偏移較小能滿足相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求且現(xiàn)場(chǎng)清孔順利的工程樁（138#、139#），直接采用填芯加固處理，處理后仍作為工程樁使用，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，加固后單樁承載力仍可滿足上部結(jié)構(gòu)荷載要求。

對(duì)于樁身缺陷明顯（Ⅲ、Ⅳ類樁），樁位偏移較大不能滿足相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的工程樁（171#、170#、168#、140#、173#、172#），采用糾偏處理，并在糾偏到位后進(jìn)行填芯加固，填芯采用微膨脹混凝土，填芯深度應(yīng)超過(guò)上部接頭2.0m。

糾偏采用頂推法，即采用千斤頂在樁頂施加水平推力，并卸除樁側(cè)部分土壓力，以此使樁基復(fù)位的一種方法。該法較適用于軟土地基，且具有施工快捷、簡(jiǎn)便以及成本較低的優(yōu)勢(shì)，適合于本工程中樁基的糾偏。

另外，需要提醒的是，對(duì)于損傷工程樁位置較集中區(qū)域，建議加大承臺(tái)面積，將該區(qū)域的樁連成一個(gè)整體，以有利于后期沉降的控制。

5 管樁糾偏加固施工順序及監(jiān)測(cè)要求

5.1 施工工藝

糾偏加固的施工設(shè)備主要采用GXY-1型鉆機(jī)、高壓水槍、千斤頂?shù)龋┕すに嚾缦隆?/p>

①墊層修復(fù)。部分墊層已被破壞，需對(duì)墊層進(jìn)行修復(fù)，以確保千斤頂糾偏受力。

②樁身清孔。采用高壓水槍、壓縮空氣進(jìn)行沖水取土，清孔深度宜超過(guò)裂縫處下2～3m；對(duì)于淺部混凝土碎塊、石子、建筑垃圾等采用鉆機(jī)清孔或打撈工具，但清孔不宜過(guò)大，避免鉆機(jī)施工對(duì)樁身質(zhì)量破壞。

③傾斜度及偏位測(cè)量。采用吊錘法測(cè)試3～5m范圍內(nèi)的管樁偏斜情況，并計(jì)算傾斜度，偏位根據(jù)軸線采用卷尺或鋼尺進(jìn)行測(cè)量。

④糾偏定位。首先在墊層上確定基樁糾正后的位置，并定位相應(yīng)的機(jī)械。在傾斜樁和糾正位置之間開(kāi)一導(dǎo)向槽，開(kāi)挖樁頭露出墊層15～25cm。

⑤鉆孔（沖水）取土。在導(dǎo)向槽側(cè)用鉆機(jī)（或高壓水槍）沖水取土，孔的深度根據(jù)偏位來(lái)定，寬度宜在400mm，同時(shí)排漿清除樁身前側(cè)土體，以有利于用較小的水平推力回復(fù)樁位。

⑥就位千斤頂，推樁移位。在樁的另一側(cè)用千斤頂推樁移位，要嚴(yán)格控制推擠樁頂移位的速率，通過(guò)若干個(gè)行程將方樁推至復(fù)位，糾偏以樁身上段垂直為準(zhǔn)（垂直度小于1%），但糾偏過(guò)程中若樁身出現(xiàn)明顯斷裂和錯(cuò)位無(wú)法進(jìn)行糾偏應(yīng)立即停止施工。待樁位糾正后，抽出管中積水，用攝像探頭觀測(cè)。

⑦混合料填筑。在管樁糾偏過(guò)程中，在樁側(cè)的孔穴內(nèi)，逐步灌入5～25mm碎石和細(xì)砂，振搗致密，一直持續(xù)到糾偏到位，以此來(lái)增加樁側(cè)一定范圍內(nèi)的土體強(qiáng)度和變形模量，提高樁底土的抗偏荷載能力。

⑧垂直度復(fù)測(cè)。用強(qiáng)光電筒配合線墜復(fù)測(cè)。

⑨樁內(nèi)填芯。填芯前用高壓水槍、壓縮空氣，鋼絲刷清洗樁管，然后通過(guò)吊機(jī)在管樁內(nèi)下鋼筋籠，并在鋼筋籠底焊接3mm厚薄鋼板托板，樁內(nèi)澆灌C45微膨脹混凝土。

⑩施工完成后復(fù)測(cè)樁身偏位。

5.2 監(jiān)測(cè)要求

①對(duì)填芯加固的PHC A 400管樁，施工完成后應(yīng)再次進(jìn)行樁身低應(yīng)變測(cè)試，并復(fù)測(cè)樁身偏斜情況。

②損傷工程樁位置較集中區(qū)域增加沉降觀測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)沉降量和沉降差的監(jiān)測(cè)。

③施工期間，加強(qiáng)沉降傾斜觀測(cè)，做到信息化施工。

6 靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)挑選 3根糾偏管樁 P3（138#）、P4（171#）、P5（173#）進(jìn)行單樁承載力測(cè)試，同時(shí)挑選附近2根正常工程樁進(jìn)行承載力測(cè)試，對(duì)比測(cè)試結(jié)果如下圖所示。

圖1 荷載-沉降曲線

從圖1看出，P1、P2正常工程樁在最大加載量2400kN作用下，累計(jì)變形較小，約為11mm，因此，單樁承載力不小于2400kN。P3～P5三根糾偏管樁試樁的荷載-沉降曲線呈緩變形，最大變形為25mm，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的向下轉(zhuǎn)折段，如果繼續(xù)加載，荷載—沉降曲線可能會(huì)仍然向下緩慢發(fā)展，樁還有較大的承載潛力。按《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）第4.4.2條確定P3～P5的單樁豎向抗壓極限承載力同樣不低于2400kN?？梢?jiàn)糾偏管樁在保證糾偏施工質(zhì)量的前提下仍能發(fā)揮原有承載力。

7 結(jié)論

①預(yù)應(yīng)力管樁因施工方法簡(jiǎn)單、施工速度快、污染小、造價(jià)經(jīng)濟(jì)等原因越來(lái)越多地運(yùn)用到工業(yè)民用建筑當(dāng)中，但在使用過(guò)程中也存在不少問(wèn)題。管樁施工過(guò)程應(yīng)對(duì)施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)如焊接質(zhì)量、沉樁速率以及土方開(kāi)挖過(guò)程等進(jìn)行嚴(yán)格控制。

②對(duì)于偏位管樁，可采用頂推法進(jìn)行糾偏，糾偏后采用微膨脹混凝土進(jìn)行填芯加固，加固深度超過(guò)管樁上部焊接接頭2m以上，在保證糾偏施工質(zhì)量時(shí)，糾偏后管樁單樁豎向承載力能夠達(dá)到原設(shè)計(jì)要求。

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[4]GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].