深厚軟土場(chǎng)地偏斜管樁糾偏技術(shù)

林宗濤，林本海，徐 杰

(1.廣州大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510006； 2.廣州大學(xué)地下工程與地質(zhì)災(zāi)害研究中心，廣東 廣州 510006；3.廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510030)

0 引言

由于軟土具有含水量高、強(qiáng)度低、變形量大、呈流塑狀態(tài)等特點(diǎn)，基坑開挖易造成已施工完成的工程樁發(fā)生偏移和傾斜，對(duì)于偏移量超過規(guī)范允許值的大偏斜基樁承載力的確定，目前雖無成熟的計(jì)算方法，但部分學(xué)者對(duì)該問題進(jìn)行了研究，如Sharma等[1]通過開展室內(nèi)試驗(yàn)，認(rèn)為隨著偏斜角度的增大，斜樁承載力逐漸降低；呂凡任等[2]認(rèn)為，當(dāng)偏斜角度為0°～10°時(shí)基樁承載力小幅度減小，當(dāng)偏斜角度>10°時(shí)基樁承載力下降明顯；鄭剛等[3]通過開展現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)，認(rèn)為當(dāng)偏斜角度很小時(shí)，基樁承載力未顯著下降；梁偉剛[4]通過計(jì)算偏斜樁承載力，認(rèn)為當(dāng)偏斜角度<6°時(shí)樁豎向承載力基本不變，當(dāng)偏斜角度>12°時(shí)樁豎向承載力大幅度減小。

本文結(jié)合佛山市南莊鎮(zhèn)華南交通電子產(chǎn)業(yè)園內(nèi)某質(zhì)檢樓工程管樁偏斜現(xiàn)狀，對(duì)有效承載力確定方法進(jìn)行研究，提出折減系數(shù)，并通過對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)大應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果等，驗(yàn)證折減系數(shù)的合理性。通過采取一定處理措施，取得良好的管樁及基礎(chǔ)承臺(tái)糾偏效果。

1 工程概況

某質(zhì)檢樓工程位于佛山市南莊鎮(zhèn)華南交通電子產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，地上8層，地下1層，采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)，共布置265根管樁，根據(jù)樁頂偏移量、樁身傾斜率將管樁進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。

表1 管樁偏斜情況

場(chǎng)地地層由人工填土層、第四系海陸交互相沖淤積層、第四系河流沖積層及古近系始新統(tǒng)華涌組泥巖、砂巖等組成，總體上第四系淤泥軟土層發(fā)育，巖土地層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。根據(jù)巖土工程勘察資料確定的土層物理力學(xué)參數(shù)如表2所示。

表2 土層物理力學(xué)參數(shù)

2 管樁偏斜原因分析

2.1 基礎(chǔ)施工的影響

本工程所在場(chǎng)地淤泥深厚且厚度變化較大，在沉樁擠土過程中，淤泥中的孔隙水壓力來不及消散，形成超孔隙水壓力，進(jìn)而造成土體破壞。未破壞的土體因超孔隙水壓力的不斷傳播和消散而蠕變，從而導(dǎo)致地面隆起[5]。因管樁在地面施工，沉樁過程中，擠土效應(yīng)已造成影響，后期施工的管樁對(duì)施工完成的管樁形成擠壓作用，管樁四周受不均衡的孔隙水壓力和土壓力作用而偏斜。由于樁間距較小，沉樁數(shù)量增加后，后期施工管樁造成的擠推力更大。如果管樁接頭偏壓較大，可能導(dǎo)致接頭偏移、錯(cuò)位甚至折斷。

2.2 基坑開挖的影響

1)土方開挖形成基坑內(nèi)外土壓力差，且進(jìn)行淺基坑放坡護(hù)面支護(hù)處理時(shí)，同樣易形成基坑內(nèi)外土壓力差，引起基坑周邊和基坑內(nèi)部土體應(yīng)力釋放，使基坑周邊土體發(fā)生向基坑內(nèi)部方向的水平位移和沉降，導(dǎo)致基坑底部土體隆起，造成基坑邊緣附近管樁向基坑內(nèi)部偏斜。

2)深厚軟土場(chǎng)地管樁基礎(chǔ)施工時(shí)，常在原地面利用地表硬殼層進(jìn)行管樁施工，然后進(jìn)行基坑土方開挖。根據(jù)本工程軟弱地基實(shí)際情況，淤泥場(chǎng)地基坑土方難以分層開挖，因此采用地面退挖并一次開挖到底的方式，形成開挖面壓力差。對(duì)于樁頂淤泥未進(jìn)行加固處理的管樁，其在深厚淤泥中的自由段較長(zhǎng)，淤泥層受開挖機(jī)械自重和高差的影響形成偏壓土壓力作用，導(dǎo)致管樁向開挖面前方發(fā)生規(guī)律性明顯偏斜。

3)出土坡道設(shè)置和處理不當(dāng)加劇了管樁偏斜。出土坡道應(yīng)盡量避開密集群樁，當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)具備放坡空間時(shí)，可將出土坡道設(shè)置在基坑外部。如果因受施工場(chǎng)地限制將出土坡道設(shè)置在基坑內(nèi)部時(shí)，一般將出土坡道坡度設(shè)置為1∶6。當(dāng)出土坡道下管樁數(shù)量較多時(shí)，出土易造成坡道邊緣管樁偏斜。

2.3 土體暴露時(shí)間的影響

基坑開挖及停工期間，基坑土體暴露，使周邊土體充分蠕變，基坑周邊土體水平位移、沉降及基坑底部土體隆起持續(xù)發(fā)展，進(jìn)一步導(dǎo)致管樁偏移量增大。

2.4 雨水與流泥的影響

下雨時(shí)，由于基坑底面標(biāo)高低于周邊標(biāo)高，導(dǎo)致雨水積蓄。而場(chǎng)地淤泥軟土透水性差，大量積水無法外排，使土體含水量增大，進(jìn)而產(chǎn)生流泥，加劇場(chǎng)地土層沉陷及淤泥層蠕動(dòng)，導(dǎo)致管樁偏斜或斷裂。

2.5 施工管理的影響

由于項(xiàng)目部管理經(jīng)驗(yàn)不足，未能及時(shí)提出管樁存在的偏斜風(fēng)險(xiǎn)，且對(duì)軟土場(chǎng)地管樁施工方法的認(rèn)識(shí)不全面，施工過程中未能提出有效的保護(hù)措施，導(dǎo)致管樁偏斜。

3 管樁破壞類型

偏斜管樁在土體中的變形破壞形態(tài)主要包括以下形式：①上節(jié)管樁樁身在接頭處彎折，如圖1a所示；②整樁偏斜破壞，如圖1b所示。根據(jù)本工程地質(zhì)條件，錘擊法施工的管樁持力層樁身下部需進(jìn)入較硬、較好的地層，如中密、密實(shí)砂層或強(qiáng)風(fēng)化巖層，大部分樁身處于淤泥軟土層中，出現(xiàn)樁身彎折的可能性較小，主要表現(xiàn)為整樁偏斜破壞。因此，需在糾偏處理前對(duì)所有管樁進(jìn)行小應(yīng)變檢測(cè)，以確定樁身完整性。

圖1 管樁破壞類型

4 管樁處理方法

4.1 回拉糾偏法

根據(jù)管樁平面位置，對(duì)偏移量超過規(guī)范允許值的管樁進(jìn)行小應(yīng)變檢測(cè)，確定樁身完好后采用回拉糾偏法進(jìn)行處理，如圖2所示。糾偏流程為：清除管樁內(nèi)雜物→樁后引孔→樁后沖水→反向回拉→樁周空隙內(nèi)回灌填充料。樁身糾偏至垂直狀態(tài)后，再次進(jìn)行小應(yīng)變檢測(cè)，確定樁身完整性，同時(shí)，需對(duì)管樁進(jìn)行灌芯補(bǔ)強(qiáng)，如圖3所示。

圖2 回拉糾偏示意

圖3 管樁灌芯補(bǔ)強(qiáng)示意

4.2 補(bǔ)樁法

由管樁靜載試驗(yàn)、大應(yīng)變檢測(cè)和數(shù)值模擬分析結(jié)果可知，當(dāng)管樁偏斜角度為0°～6°或偏移量為300～1 200mm時(shí)，荷載-沉降關(guān)系曲線計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致，即在樁身完好的條件下，可通過對(duì)設(shè)計(jì)承載力進(jìn)行折減的方式得到管樁有效承載力，然后根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載要求進(jìn)行綜合承載力復(fù)核，不足時(shí)進(jìn)行補(bǔ)樁處理等。

5 偏斜管樁有效承載力的確定

根據(jù)DBJ/T 15—94—2013《靜壓預(yù)制混凝土樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》[6]有關(guān)規(guī)定可知，樁身垂直度允許偏差為1%，樁身與樁頂平面位置偏差為d/2，d為管樁外徑。結(jié)合珠三角地區(qū)類似工程經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為在樁身完好的前提下，偏移量超過規(guī)范要求的管樁仍具有相應(yīng)的有效承載力，需根據(jù)偏移量對(duì)承載力進(jìn)行折減，折減系數(shù)建議值如表3所示。

表3 管樁承載力折減系數(shù)建議值

大應(yīng)變檢測(cè)數(shù)據(jù)如表4所示，根據(jù)該數(shù)據(jù)確定偏斜管樁有效承載力，如表5所示。需注意，由于大應(yīng)變檢測(cè)時(shí)間較短，檢測(cè)瞬間所有地層對(duì)管樁均表現(xiàn)為正摩阻力，但因軟土淤泥沉降固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，后期淤泥沉降量大于管樁沉降量，使淤泥層對(duì)管樁表現(xiàn)為負(fù)摩阻力。根據(jù)已有研究成果及類似工程經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為0.62倍淤泥層厚度以上的淤泥對(duì)管樁表現(xiàn)為負(fù)摩阻力，其余淤泥對(duì)管樁表現(xiàn)為正摩阻力。

表4 管樁大應(yīng)變檢測(cè)數(shù)據(jù)

由表5可知，大應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果與折減的有效承載力接近，即扣除負(fù)摩阻力的承載力與有效承載力接近，表明折減系數(shù)取值合理，扣除負(fù)摩阻力的承載力為(樁側(cè)總摩阻力+樁端阻力-2×淤泥段負(fù)摩阻力)/2。

表5 管樁有效承載力

進(jìn)一步通過數(shù)值模擬分析設(shè)計(jì)承載力特征值并驗(yàn)證折減系數(shù)取值合理性，建立尺寸為30m×25m×50m(長(zhǎng)×寬×高)地層模型，地層自上而下依次為淤泥、粉砂、礫砂、強(qiáng)風(fēng)化巖和中風(fēng)化巖，土體采用修正莫爾-庫侖模型模擬，管樁采用彈性模型模擬。計(jì)算得到不同偏斜角度下管樁荷載-位移曲線，如圖4所示。由圖4可知，當(dāng)偏斜角度<6°時(shí)，管樁承載力基本與垂直樁一致，且荷載-位移曲線具有緩變性，JGJ 106—2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》[7]中第4.4.2條建議將樁頂沉降40mm對(duì)應(yīng)的荷載值作為管樁極限承載力，可知本工程管樁設(shè)計(jì)承載力特征值取為1 500kN較合理；當(dāng)偏斜角度>6°時(shí)，管樁承載力下降明顯。

圖4 不同偏斜角度下管樁荷載-位移曲線

6 施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

對(duì)折減后管樁承載力進(jìn)行復(fù)核，對(duì)于不滿足上部結(jié)構(gòu)荷載要求的基礎(chǔ)承臺(tái)進(jìn)行補(bǔ)樁處理；對(duì)于局部偏移量較大的獨(dú)立基礎(chǔ)承臺(tái)，將其擴(kuò)大為大承臺(tái)或采用筏板基礎(chǔ)承臺(tái)。監(jiān)測(cè)得到地上5～8層施工完成后建筑物沉降分別為1.46，2.24，3.25，4.03mm，地上8層施工完成2，3個(gè)月后沉降分別為4.38，4.45mm。根據(jù)JGJ 8—2016《建筑變形測(cè)量規(guī)范》[8]有關(guān)要求，可知管樁及基礎(chǔ)承臺(tái)處理后，建筑物沉降滿足規(guī)范要求，表明處理方法合理、有效。

7 結(jié)語

1)對(duì)于深厚軟土場(chǎng)地基坑開挖，需制定合理的設(shè)計(jì)和土方開挖方案，防止管樁偏斜。

2)深厚軟土場(chǎng)地管樁可在基坑開挖前的原地面施工，也可在基坑開挖到底后施工，均需采取有效、配套措施，并制定嚴(yán)格的施工組織方案，保證管樁垂直度，防止因管樁偏斜對(duì)成本、工期造成影響。

3)可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)及管樁偏移量，對(duì)管樁承載力進(jìn)行折減，得到管樁有效承載力，本文給出的折減系數(shù)可供類似工程參考。