深厚軟土場(chǎng)區(qū)超長管樁基礎(chǔ)傾斜糾偏關(guān)鍵技術(shù)研究

李晶 宋楠

摘 要：軟土場(chǎng)區(qū)超長管樁基礎(chǔ)發(fā)生傾斜、移位的情況時(shí)常發(fā)生，給工程建設(shè)帶來了較為不利的影響。本文分析了深厚軟土場(chǎng)區(qū)超長管樁基礎(chǔ)產(chǎn)生傾斜側(cè)移的原因和機(jī)制，介紹了軟土場(chǎng)地管樁傾斜糾偏的四類方法。依托工程樁傾斜事故的糾偏工程，詳細(xì)介紹了鉆孔糾偏方法，并進(jìn)行樁體低應(yīng)變檢測(cè)。結(jié)果表明，樁體位置和樁體完整性滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：深厚軟土場(chǎng)區(qū);超長管樁基礎(chǔ)傾斜機(jī)制;糾偏

中圖分類號(hào)：TU43文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）01-0082-04

Abstract： The inclination and displacement of super long pipe pile foundation often occur in soft soil area， which brings unfavorable influence to engineering construction. In this paper， four kinds of mechanism of lateral displacement of piles in deep soft soil were introduced. Based on the rectification project of pile inclination accident， this paper introduced the borehole rectification method in detail， and carried out low strain detection of pile body. The results show that the pile position and pile integrity meet the design requirements.

Keywords： deep soft soil field area;inclined mechanism of super-long pipe pile foundation;rectification

目前，對(duì)于發(fā)生傾斜偏移的管樁基礎(chǔ)，采用的糾偏加固技術(shù)方案主要有淺部斷裂管樁的接樁法、沉井挖樁法、鉆孔灌注樁補(bǔ)樁法、靜壓錨桿補(bǔ)樁法和斷樁糾偏加固方法。

在深厚軟土地基中進(jìn)行壓樁施工或基坑開挖時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到因工程樁偏移、傾斜、彎折甚至斷裂而必須進(jìn)行糾偏、補(bǔ)強(qiáng)等問題[1]。對(duì)此，多數(shù)學(xué)者都研究了相關(guān)糾偏措施?？麻_展結(jié)合軟土地區(qū)中羅源灣濱海新城建筑的工程實(shí)例，對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁的偏移、樁身損傷斷裂等工程問題的原因進(jìn)行了分析，并有針對(duì)性地提出了處理措施[2]。楊維國針對(duì)曹妃甸圖書行政樓預(yù)制管樁基礎(chǔ)發(fā)生偏樁的事故，提出偏樁產(chǎn)生的主要原因是基坑周圍動(dòng)荷載過大，引起樁身整體偏移。同時(shí)，提出針對(duì)性的處理措施，如邊坡卸載、控制土方開挖工程、控制沉樁過程等[3]。殷斌對(duì)砼預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)的傾斜糾偏、補(bǔ)強(qiáng)及預(yù)防措施進(jìn)行了分析[4]。汪崢等針對(duì)寧波市鎮(zhèn)海區(qū)污水處理廠改擴(kuò)建工程中，因部分預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土工程樁所處地基狀況不良造成的樁身傾斜問題，提出利用卸壓糾偏灌芯法進(jìn)行處理。結(jié)果表明，該方法操作簡單、成本低、質(zhì)量可控，經(jīng)工程應(yīng)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，可在類似工程中推廣[5]。湯小平依據(jù)實(shí)際工程，介紹了射水水平頂拉法糾偏預(yù)制管樁的施工特點(diǎn)和方法。實(shí)施結(jié)果證明，該方法對(duì)軟弱場(chǎng)地中的預(yù)制管樁糾偏是有效的，工程實(shí)踐中具有可行性[6]。鄒海江針對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁在沉樁過程中遇到較厚的軟土層，容易引起樁身傾斜的現(xiàn)狀，闡述了預(yù)應(yīng)力管樁在施工完成后發(fā)生傾斜偏位等質(zhì)量問題時(shí)采用的水平頂拉糾偏與加固技術(shù)，指出該技術(shù)可以在最短工期內(nèi)用較少費(fèi)用完成糾偏加固[7]。孔文棟等分析了預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)傾斜的原因，并提出了預(yù)防措施[8]。

本文對(duì)深厚軟土場(chǎng)區(qū)超長管樁基礎(chǔ)傾斜偏移的四種情況，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)糾傾糾偏方案，在確保其糾正后承載能力的基礎(chǔ)上，盡可能簡化方案步驟，節(jié)省工程支出。

1 深厚軟土場(chǎng)區(qū)超長管樁基礎(chǔ)傾斜機(jī)制

軟弱土層一般都具有壓縮性高、強(qiáng)度低、透水性差等特點(diǎn)。在施工過程中，由于軟弱土層的蠕變性及土體中未消散的孔隙水壓力，軟弱土層容易滑動(dòng)產(chǎn)生巨大的擠推作用，造成樁體位移。比如，基坑開挖方法不當(dāng)及沒有合理選擇基坑支護(hù)而引起土體間產(chǎn)生位移、一次性挖土深度過大、放坡不夠等都將導(dǎo)致管樁基礎(chǔ)傾斜[9]。其原因是，管樁在樁側(cè)軟土地基的不均勻推擠下，樁一側(cè)受到主動(dòng)土壓力的作用，另一側(cè)受到被動(dòng)土壓力的作用，從而使樁兩側(cè)存在壓力差;當(dāng)主動(dòng)土壓力大于被動(dòng)土壓力，即樁側(cè)土壓力差值超過樁體抵抗力時(shí)，樁體就會(huì)產(chǎn)生位移。如果壓力差超過樁體截面抗力，樁體將會(huì)產(chǎn)生破壞。

當(dāng)?shù)乇硗翆虞^軟或地表面較薄的硬土層下有較厚的軟土層時(shí)，若打樁時(shí)不采取相應(yīng)技術(shù)措施，樁基支腳直接站壓在樁頂或樁頂土層上，形成對(duì)地表土層的擠壓作用，會(huì)硬將管樁推擠傾斜[10]。

2 深厚軟土場(chǎng)區(qū)超長管樁基礎(chǔ)傾斜糾偏方案與關(guān)鍵控制技術(shù)

2.1 深厚軟土場(chǎng)區(qū)超長管樁基礎(chǔ)傾斜糾偏方案

2.1.1 大傾斜樁糾偏技術(shù)方案。樁側(cè)以含水軟弱土層為主，整個(gè)樁側(cè)在糾偏過程中如果短時(shí)間施加過大力，必然會(huì)產(chǎn)生極大的超凈孔隙水壓力，瞬時(shí)的超凈孔隙水壓力在樁側(cè)可視為均布荷載，作用點(diǎn)位于上節(jié)樁中心，使樁產(chǎn)生過大彎矩，從而導(dǎo)致樁體被破壞，故建議在樁傾斜軸線上施加推力[F1]或拉力[F2]，使用收斂法逐級(jí)施加推力或拉力，逐漸糾偏，避免產(chǎn)生額外破壞。

推移過程中，樁體抵抗土體的被動(dòng)土壓力，其優(yōu)點(diǎn)是可以起到固定樁端的作用，缺點(diǎn)是產(chǎn)生與超凈孔隙水壓力同向的力，使樁體破壞更為嚴(yán)重，因此，需要在擬推移方向鉆孔釋放部分土壓力，排除水壓力。

2.1.2 小傾斜樁糾偏技術(shù)方案。對(duì)于上節(jié)樁重心投影在下節(jié)樁的俯視平面內(nèi)，該種情況的樁傾斜較小。由于上節(jié)樁處于側(cè)阻力較小的土層中，在傾斜的樁頂面施加垂直壓力，該壓力對(duì)樁體有一定的糾偏能力。由于存在人為視覺誤差造成壓后接樁處錯(cuò)位，需要加強(qiáng)測(cè)斜工作，較準(zhǔn)確地確定豎向壓力方向。

2.1.3 整體位移樁技術(shù)方案。多節(jié)管樁的植樁是在接樁之后實(shí)施靜壓或打入施工。如果樁體上部出現(xiàn)整體位移，強(qiáng)震區(qū)考慮抗震因素，對(duì)該類樁建議棄樁，并重新施工;非強(qiáng)震區(qū)且安全等級(jí)較低的建筑，考慮經(jīng)濟(jì)因素，在位移不大時(shí)，應(yīng)制定詳細(xì)糾偏方案進(jìn)行工程事故處理。

2.1.4 傾斜且整體位移樁技術(shù)方案。多節(jié)管樁發(fā)生傾斜并出現(xiàn)整體位移，應(yīng)遵循“先糾傾、后糾偏”的技術(shù)方案，并按照前述糾偏技術(shù)方案設(shè)計(jì)和施工。

2.2 深厚軟土場(chǎng)區(qū)超長樁基礎(chǔ)的糾偏關(guān)鍵控制技術(shù)

2.2.1 反力設(shè)施的確定。反力設(shè)施的選擇應(yīng)遵循現(xiàn)場(chǎng)查勘、一樁一工況的原則，同時(shí)需要考慮經(jīng)濟(jì)條件，進(jìn)行綜合確定。建議利用已經(jīng)建成的基礎(chǔ)或廢棄基礎(chǔ)作為反力的支點(diǎn)，采用臥式千斤頂，降低施力點(diǎn)高度，避免出現(xiàn)傾斜樁拉斷。

2.2.2 鉆孔糾偏的關(guān)鍵控制點(diǎn)。采用鉆孔糾偏方案時(shí)，主動(dòng)土壓力區(qū)的鉆孔深度應(yīng)大于上節(jié)樁的樁長，最大程度上減少所需的水平推力，取土過程中使用的循環(huán)水不能直接排在場(chǎng)地內(nèi)部。然后，采用小推力使偏位的樁復(fù)位，確保樁的安全性。若出現(xiàn)樁接頭或樁身斷裂較大的情形（錯(cuò)位），也可采用粗鋼管緊貼樁孔內(nèi)壁插入樁孔中校正樁接頭或樁身斷裂處，如有異樣，立即停止操作。糾偏后，樁周產(chǎn)生的空隙用砂采取震動(dòng)填充方式回填密實(shí)。施工過程中，必須監(jiān)測(cè)樁位的偏位變化情況。

糾偏之后，管樁孔芯應(yīng)沖洗干凈，并清洗樁端，安放通長設(shè)置的鋼筋籠，澆筑比樁體強(qiáng)度高一個(gè)等級(jí)的膨脹混凝土。待灌芯鋼筋混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后，選取測(cè)試樁豎向抗壓極限承載力和二次低應(yīng)變檢測(cè)。

3 工程樁糾偏與分析

3.1 工程概況

某污水處理工程的地質(zhì)條件從上到下依次為：素填土，厚度2.1 m，雜色，松散，土質(zhì)不均勻，主要由塊石、碎石、角礫和少量黏性土組成，塊石粒徑20～40 cm，最大粒徑約80 cm;淤泥質(zhì)黏土，厚12.7 m，灰色，飽和，流塑，高壓縮性，干強(qiáng)度及塑性高，局部具有水平微層理，層面間含粉細(xì)砂，含有機(jī)質(zhì)及腐殖質(zhì)，有臭味，含貝殼碎片，局部粉細(xì)砂含量較高;黏土，厚度8.5 m，黃褐色為主，局部呈灰藍(lán)色，硬可塑，切面較光滑，中等偏低壓縮性，干強(qiáng)度高，韌性高，土質(zhì)均勻，含少量中粗砂、鐵錳質(zhì)氧化物斑點(diǎn)、藍(lán)灰色條帶;強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，厚度1.3 m，黃褐色，晶屑凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖芯破碎，呈碎塊狀，風(fēng)化裂隙發(fā)育，裂隙面有鐵錳質(zhì)氧化物分布，錘擊聲啞、易碎。

該污水處理工程采用先張法預(yù)應(yīng)力管樁，樁型PHC600AB（130），單節(jié)樁長5 m和10 m，錘擊沉樁，樁錘類型為DD83柴油錘。共計(jì)有56根直徑600 mm、樁長20～40 m的管樁。由于基坑開挖，該區(qū)域4軸至10軸，A軸至C軸的樁體不同程度地產(chǎn)生傾斜及偏位（見圖1和圖2），有4根樁的水平位移約2 m。

3.2 糾偏施工

采用GPS放點(diǎn)，確定樁中心點(diǎn)位的設(shè)計(jì)位置，以水平十字激光照準(zhǔn)確定糾偏拉拔方向。用已建成基礎(chǔ)作為反力點(diǎn)，在千斤頂與基礎(chǔ)之間放置有足夠強(qiáng)度和剛度的墊板，防止基礎(chǔ)擠壓破壞現(xiàn)象的出現(xiàn)。

使用穿心式千斤頂提供拉拔力，穿心鋼束、牽引繩牢固地綁扎在樁身上（見圖3），埋入地下不小于2 m。拉拔力不超過額定出力最大值的80%，采用分級(jí)形式控制，分級(jí)荷載為25 kN，每級(jí)荷載偏差應(yīng)控制在±10%。對(duì)于每級(jí)荷載維持時(shí)間，鑒于工況原因，不做具體規(guī)定，可根據(jù)傾斜側(cè)的鉆孔內(nèi)水位確定，如果水位急劇下降，則維持時(shí)間應(yīng)延長，等待水位恢復(fù)，再施加下級(jí)荷載;同時(shí)，應(yīng)觀測(cè)拉拔側(cè)鉆孔狀態(tài)，如果土體擠壓鉆孔產(chǎn)生位移，應(yīng)當(dāng)用鋼管等物體進(jìn)行干預(yù)，防止鉆孔閉合;建議維持荷載時(shí)間在15～30 min。

鉆孔前，樁體上部要采用鋼索進(jìn)行有效固定，防止因鉆進(jìn)、排擠土過程使樁體進(jìn)一步產(chǎn)生傾斜。樁擠壓側(cè)地基進(jìn)行鉆孔，形成連續(xù)破裂面，釋放地基被動(dòng)土壓力和超孔隙水壓力。否則，拉拔瞬間產(chǎn)生的水壓力極有可能破壞樁身。已完成的鉆孔內(nèi)應(yīng)當(dāng)留存液態(tài)水，水位與地面齊平，起到傳遞水壓力及抵抗部分土壓力的作用，不應(yīng)使用含黏質(zhì)土過高的置換泥漿。當(dāng)樁身扶正后，樁側(cè)的鉆孔灌砂以大功率馬達(dá)或挖機(jī)挖斗進(jìn)行振搗、填實(shí)，使接縫緊密。

管樁基礎(chǔ)經(jīng)機(jī)械牽拉后，采用RSM-PRT（N）基樁動(dòng)測(cè)儀、LC0104加速度傳感器，對(duì)該區(qū)域56根管樁基礎(chǔ)進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)。其中，I類樁有11根，占所測(cè)樁數(shù)的19.6%;Ⅱ類樁有1根，占所測(cè)樁數(shù)的1.8%;Ⅲ類樁有40根，占所測(cè)樁數(shù)的71.4%;Ⅳ類樁有4根，占所測(cè)樁數(shù)的7.1%。典型低應(yīng)變波形如圖4所示。樁芯灌注前，低應(yīng)變檢測(cè)的Ⅲ類樁、Ⅳ類樁缺陷位置見表1和表2。

樁體扶正后，4根Ⅳ類樁進(jìn)行補(bǔ)打施工。其余管樁的孔內(nèi)通長配筋，采用加入早強(qiáng)劑的C40強(qiáng)度混凝土，通長澆筑，振搗密實(shí)。在7 d內(nèi)嚴(yán)禁樁周圍10 m范圍進(jìn)行土方施工。經(jīng)過糾偏施工后，進(jìn)行了樁位測(cè)量和樁體低應(yīng)變檢測(cè)，結(jié)果表明，樁體位置和樁體完整性滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

本文分別對(duì)傾斜樁重心投影在下節(jié)樁平面外的大傾斜樁、傾斜樁重心投影在下節(jié)樁平面內(nèi)的小傾斜樁、樁體上部發(fā)生整體位移、傾斜且整體位移樁，設(shè)計(jì)和制定糾偏技術(shù)方案和關(guān)鍵控制技術(shù)。然后以某污水處理工程的樁基礎(chǔ)糾偏為背景，對(duì)傾斜偏移樁采用鉆孔卸荷逐級(jí)加載的糾偏方法，填芯混凝土加固受損管樁。通過樁位測(cè)量和樁體低應(yīng)變檢測(cè)，樁體位置和樁體完整性已經(jīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

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