靜壓樁擠土浮樁問(wèn)題分析與對(duì)策

王 健

(中化地質(zhì)河南局集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450011)

0 引言

靜壓樁具有承載力高、施工速度快、綠色環(huán)保、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。靜壓樁屬于擠土樁，在沉樁施工過(guò)程中要擠排一定量的土體，使樁周土體結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng)，改變了土的應(yīng)力狀態(tài)，使樁周土體向四周排擠，樁尖和樁周一定范圍內(nèi)的土體受到不排水剪切和很大的水平擠壓，產(chǎn)生較大的剪切變形，形成具有很高孔隙水壓力的擾動(dòng)塑性區(qū)，降低了土的抗剪強(qiáng)度，造成較大的側(cè)向變形和隆起，產(chǎn)生擠土效應(yīng)。擠土效應(yīng)與工程水文地質(zhì)條件、樁間距、壓樁速度、施工順序等因素密切相關(guān)，可使樁的周?chē)馏w產(chǎn)生相當(dāng)大的豎向和側(cè)向位移,從而造成鄰近樁體上浮、樁位偏移、樁身翹曲、斷樁等，也可能造成場(chǎng)地附近建筑物產(chǎn)生裂縫、傾斜、路面隆起、管道斷裂等損壞現(xiàn)象。靜壓樁施工過(guò)程中應(yīng)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，防止或減輕擠土效應(yīng)對(duì)工程建設(shè)的不利影響。

1 工程概況

某住宅樓地上31層，地下2層，剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深7.0 m。采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁筏板基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)24.0 m，樁徑0.4 m，樁間距1.6 m，采用梅花形布樁，樁端持力層為第⑧層粉質(zhì)黏土，設(shè)計(jì)單樁承載力特征值1 200 kN，采用靜壓法施工，壓樁力為3 200 kN。場(chǎng)地勘察期間地下水水位埋深4.0 m～5.4 m，屬第四系松散巖類孔隙潛水。場(chǎng)地土層約20.0 m以上為第四紀(jì)全新世沖積形成的地層，以粉土、粉質(zhì)黏土為主，約20.0 m～36.0 m為第四系上更新統(tǒng)地層，以粉質(zhì)黏土、粉土為主，約36.0 m以深為第四系中更新統(tǒng)地層，以粉質(zhì)黏土、細(xì)砂為主，各土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 各土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)列表

2 樁基檢測(cè)資料分析

本工程采用靜載荷試驗(yàn)測(cè)試樁基的單樁承載力，采用低應(yīng)變測(cè)試樁身完整性。靜載荷試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，加載分級(jí)進(jìn)行，采用逐級(jí)等量加載，分級(jí)荷載為最大加載量或預(yù)估極限承載力的1/10。本次試驗(yàn)最大加載量為2 400 kN，分10級(jí)加載。根據(jù)樁基靜載荷試驗(yàn)資料，部分樁的單樁承載力極限值為720 kN～1 440 kN，單樁承載力不滿足設(shè)計(jì)要求[1-2]。

從圖1可以看出，Q-s曲線為陡降型，樁頂累計(jì)沉降49.03 mm，加載至1 680 kN時(shí)，樁頂累計(jì)沉降由5.27 mm陡降至48 mm，單樁豎向承載力極限值為1 440 kN。該樁的低應(yīng)變測(cè)試為Ⅰ類樁，樁體質(zhì)量良好，這表明樁端發(fā)生刺入破壞。針對(duì)樁基承載力不足的問(wèn)題，勘察單位在問(wèn)題樁體旁邊進(jìn)行靜力觸探原位測(cè)試，測(cè)試結(jié)果地基土層的分布和土層的物理力學(xué)性質(zhì)與勘察報(bào)告吻合，不存在地質(zhì)異常情況。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，靜壓管樁普遍存在不同程度的上浮現(xiàn)象，上浮量大于20 cm的占7.5%，上浮量大于10 cm～20 cm的占13.6%，上浮量小于10 cm的占15.2%，最大上浮量達(dá)32 cm，最終判定樁體存在上浮現(xiàn)象。

3 樁體上浮原因分析

浮樁現(xiàn)象是預(yù)制樁沉樁擠土效應(yīng)的一種表現(xiàn)形式。本工程地下水位埋藏較淺，沉樁深度范圍內(nèi)主要為飽和黏性土。由于黏性土層滲透性低，在飽和黏性土層中沉樁時(shí)，樁周土體受到排土擠壓，土體顆粒間的孔隙水不能及時(shí)消散，產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，使土體產(chǎn)生剪切破壞，土體發(fā)生水平方向的側(cè)移和垂直方向的隆起，使樁體與樁周土體之間產(chǎn)生向上的相對(duì)位移，造成浮樁。浮樁后，樁端與樁端土層之間產(chǎn)生空隙，使樁失去大部分樁端承載力，同時(shí)還能產(chǎn)生一定的負(fù)摩阻力。在這兩個(gè)因素的作用下，樁的承載力下降，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成樁體結(jié)構(gòu)破壞。

4 影響因素

4.1 土質(zhì)條件

場(chǎng)地土的滲透性的差異對(duì)靜壓樁擠土上浮的產(chǎn)生有較大影響。滲透性好的土層，孔隙水壓力消散快，不易產(chǎn)生樁體擠土上浮現(xiàn)象；滲透性差的土層，樁基施工過(guò)程中易產(chǎn)生超孔隙水壓力，造成樁體擠土上浮。因此，在飽和黏性土中進(jìn)行預(yù)制樁施工，容易造成樁體擠土上浮問(wèn)題。

4.2 樁的平面布置

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地環(huán)境條件和工程水文地質(zhì)條件進(jìn)行合理布樁。靜壓樁屬于擠土樁或部分?jǐn)D土樁，樁體擠土上浮與布樁密度密切相關(guān)，布樁越密，越容易產(chǎn)生樁體擠土上浮[3]。對(duì)于存在飽和黏性土的場(chǎng)地，基樁的最小中心距不宜小于4倍樁徑。

4.3 樁徑、樁長(zhǎng)

對(duì)于靜壓樁擠土上浮問(wèn)題，不同的樁徑產(chǎn)生的擠土效應(yīng)是有區(qū)別的。樁徑較小時(shí)，靜壓樁壓入地下土層產(chǎn)生的擠土效應(yīng)相對(duì)較小；樁徑較大時(shí)，靜壓樁壓入地下土層產(chǎn)生的擠土效應(yīng)相對(duì)較大。所以樁徑越大，越容易產(chǎn)生樁體擠土上浮問(wèn)題。靜壓樁壓入地下土層中時(shí)，各深度產(chǎn)生的擠土效應(yīng)是不同的。隨著壓入深度增大，擠土效應(yīng)越明顯，所以樁長(zhǎng)越長(zhǎng)，越容易產(chǎn)生樁體擠土上浮問(wèn)題。

4.4 施工順序

采取合理的施工順序，能有效降低靜壓樁的擠土效應(yīng)，從而有效預(yù)防樁體擠土上浮現(xiàn)象的發(fā)生。對(duì)于密集樁群，可按照自中間向兩邊或向四周的順序?qū)ΨQ壓樁。對(duì)于同一場(chǎng)地存在不同樁長(zhǎng)、樁徑時(shí)，壓樁順序宜先深后淺、先長(zhǎng)后短、先大后小。采取跳打施工也可有效降低靜壓樁的擠土效應(yīng)。

4.5 施工速度

在飽和黏性土層中進(jìn)行靜壓樁施工，施工速度快，使樁周土中產(chǎn)生的超孔隙水壓力不能進(jìn)行有效消散，產(chǎn)生擠土效應(yīng)，造成樁體上浮。

5 處理措施

對(duì)于靜壓樁產(chǎn)生的擠土上浮問(wèn)題，目前工程中一般采用以下幾種技術(shù)措施[4-5]：

1)注漿。對(duì)浮樁進(jìn)行樁底(側(cè))后注漿。2)補(bǔ)樁。補(bǔ)管樁、鉆孔樁或者靜壓錨桿樁。3)復(fù)打或復(fù)壓。對(duì)浮樁進(jìn)行復(fù)打或復(fù)壓。4)地基處理。一般補(bǔ)打散體材料樁等柔性樁，每一種方法都有一定的實(shí)用性。

根據(jù)本工程的現(xiàn)場(chǎng)施工情況和場(chǎng)地工程水位地質(zhì)條件，對(duì)樁基處理方案進(jìn)行比選。本工程樁周土和樁端土主要為飽和黏性土，黏性土孔隙率小，如果采用注漿處理方案，漿液不易注入土層中，注漿壓力小效果不明顯，壓力大容易引起樁體進(jìn)一步上浮，且由于樁體上浮超過(guò)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)標(biāo)高，需要大量鑿樁，對(duì)樁體破壞大，不經(jīng)濟(jì)。采用補(bǔ)樁、地基處理方案，施工工期長(zhǎng)，處理費(fèi)用高，也需要進(jìn)行大量鑿樁，不經(jīng)濟(jì)。采用復(fù)壓處理方案，施工速度快，處理費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)可靠。經(jīng)方案比選，最終確定采用復(fù)壓處理方案，采用靜壓樁機(jī)對(duì)上浮樁進(jìn)行復(fù)壓，終壓值按2 400 kN控制，如若按2 400 kN控制沉降依舊未穩(wěn)定，需提高終壓值，直至沉降穩(wěn)定。復(fù)壓處理后，對(duì)處理后的樁采用靜載試驗(yàn)測(cè)試樁基的單樁承載力(見(jiàn)圖2)。

從復(fù)壓處理后靜載荷試驗(yàn)結(jié)果可以看出，復(fù)壓處理樁體上浮，能夠有效提高浮樁的單樁承載力，復(fù)壓后單樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求。因復(fù)壓處理方案施工速度快，造價(jià)低，復(fù)壓效果明顯，因此采用復(fù)壓是一種處理樁基擠土上浮問(wèn)題的經(jīng)濟(jì)有效的方案。

6 結(jié)語(yǔ)

1)在飽和黏性土地基中進(jìn)行靜壓樁施工，容易因擠土效應(yīng)造成樁體上浮、樁位偏移、樁身翹曲、斷樁等問(wèn)題，使樁基的單樁承載力明顯下降，影響樁基施工質(zhì)量。

2)樁擠土上浮的影響因素主要有土質(zhì)條件、樁的平面布置、樁徑、樁長(zhǎng)、施工順序、施工速度。因此，在飽和黏性土層中進(jìn)行靜壓樁設(shè)計(jì)、施工，要盡量增大樁間距，減小樁徑和樁長(zhǎng)。施工順序宜按先中間向兩邊或向四周，先深后淺、先長(zhǎng)后短、先大后小，最好采用跳打施工。要嚴(yán)格控制施工速度。

3)復(fù)壓是一種處理浮樁方案，施工速度快，處理費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)可靠。復(fù)壓壓樁力宜控制為設(shè)計(jì)單樁承載的2倍，復(fù)壓樁基沉降量宜控制為略大于樁基上浮量。