軟土地基PHC 管樁偏位研究

成建強(qiáng)，唐龍龍

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300220）

引言

軟土地基上建造污水處理站時(shí)，由于占地面積大、樁占地范圍大、沉樁數(shù)量多等原因，樁基設(shè)計(jì)復(fù)雜，施工工作困難，樁基施工過(guò)程中以及工后都容易產(chǎn)生樁位偏移[1-3]。近年來(lái)，由于樁基偏位導(dǎo)致樁基破壞的工程事故屢見不鮮，因此樁基偏位原因分析已然成為熱點(diǎn)。本文通過(guò)研究分析本工程概況、工程地質(zhì)情況以及施工過(guò)程，著重對(duì)軟土地基PHC 管樁偏位的原因進(jìn)行分析，并給出避免類似問題的建議。

1 工程概況

1.1 工程概述

本工程位于某港區(qū)散貨碼頭工程陸域范圍內(nèi)，北側(cè)、西側(cè)緊鄰1#變電所、縱三路。工程包括：除塵泵房105 m2、加藥間210.9 m2、高效凈水器設(shè)備房210.65 m2、清水池469.7 m2、集水初沉池與集水池及污泥池290 m2、污泥干化池107.5 m2、預(yù)沉調(diào)節(jié)池700.48 m2、推填（換填）素填土、室內(nèi)照明及接地、設(shè)備房排水系統(tǒng)、及水池安裝材料等。

本工程基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁基礎(chǔ)，樁型采用PHC600-AB-130，選擇細(xì)粉砂層作為樁端持力層，有效樁長(zhǎng)不小于25 m，樁端進(jìn)入持力層深度不小于3 m，單樁豎向承載力特征值為1 600 kN。施工采用錘擊貫入法，樁基施工前應(yīng)進(jìn)行試樁；貫入度、樁長(zhǎng)等參數(shù)最終以試樁的結(jié)果為準(zhǔn)，基樁承載力特征值以最終試驗(yàn)為準(zhǔn)。以控制有效樁長(zhǎng)為主，最后三陣的貫入度為輔，最后三陣（10 擊/陣）的貫入度均不大于60 mm。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的樁頭采用十字型樁尖。

1.2 工程地質(zhì)情況

本工程場(chǎng)地勘察深度范圍內(nèi)的地層主要?jiǎng)澐譃橐韵聨讓樱?/p>

①A 雜填土:該層土密實(shí)度不均，N63.5=1～29 擊。

①B 吹填土:天然含水量平均值W=30.8 %，天然孔隙比平均值eO=0.856，液性指數(shù)IL 平均值為0.79，壓縮系數(shù)平均值a0.1-0.2=0.46 MPa-1。該層土呈軟塑狀態(tài)，屬中～高壓縮性土。

①B -1 吹填粉土:天然含水量平均值 W=25.1 %，天然孔隙比平均值eO=0.746，壓縮系數(shù)平均值a0.1-0.2=0.28 MPa-1，該層土呈稍密～中密狀態(tài)，屬中～高壓縮性土。

①-2 淤泥質(zhì)黏土:天然含水量平均值W=42.0 %，天然孔隙比平均值eO=1.185，液性指數(shù)IL平均值為1.11，壓縮系數(shù)平均值a0.1-0.2=0.71 MPa-1。該層土呈流塑狀態(tài)，屬高壓縮性土。

①-3 粉土:天然含水量平均值W=24.4 %，天然孔隙比平均值 eO=0.707，壓縮系數(shù)平均值a0.1-0.2=0.28 MPa-1，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)8～11擊，平均值N=9.3 擊。該層土呈稍密～中密狀態(tài)，屬中等壓縮性土。

②素填土:該層土呈稍密～中密狀態(tài)。

②-1 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土:天然含水量平均值W=37.0%，天然孔隙比平均值eO=1.016，液性指數(shù)IL 平均值為 1.02，壓縮系數(shù)平均值 a0.1-0.2=0.56 MPa-1。該層土呈流塑狀態(tài)，屬高壓縮性土。

②-2 淤泥質(zhì)黏土:天然含水量平均值 W=40.1 %，天然孔隙比平均值eO=1.105，液性指數(shù)IL平均值為1.08，壓縮系數(shù)平均值a0.1-0.2=0.73 MPa-1。該層土呈流塑狀態(tài)，屬高壓縮性土。

③-1 黏土:天然含水量平均值W=38.2 %，天然孔隙比平均值eO=1.061，液性指數(shù)IL 平均值為0.96，壓縮系數(shù)平均值a0.1-0.2=0.58 MPa-1，該層土呈軟塑狀態(tài)，屬高壓縮性土。

③-2 粉土:標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)平均值N=24.6 擊，綜合判定，該層土呈中密～密實(shí)狀態(tài)。

③-2-1 粉砂:標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)平均值N=27.5 擊，呈中密狀態(tài)。

③-3 粉質(zhì)黏土:天然含水量平均值W=27.8 %，天然孔隙比平均值eO=0.774；液性指數(shù)IL 平均值為0.53；壓縮系數(shù)平均值a0.1-0.2=0.35 MPa-1，該層土呈可塑～軟塑狀態(tài)，屬中～高壓縮性土。

③-5 粉細(xì)砂:標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)平均值N=42.6 擊，呈密實(shí)狀態(tài)。

④黏土:天然含水量平均值W=30.2 %，天然孔隙比平均值eO=0.834；液性指數(shù)IL 平均值為0.66；壓縮系數(shù)平均值a0.1-0.2=0.34 MPa-1，該層土呈可塑狀態(tài)，屬中壓縮性土。

2 樁基施工

2.1 清水池、集水池

清水池進(jìn)行打樁施工，除塵泵房打樁入土深度21.5 m 左右，集水池25 m 樁施工入土深度24 m 左右，此時(shí)樁很難再往下打入，施工單位和設(shè)計(jì)方溝通后，考慮以設(shè)計(jì)要求貫入度為主，施工單位在達(dá)到設(shè)計(jì)要求貫入度時(shí)停錘，在集水池樁基施工完成后，檢測(cè)單位對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)，全部合格。

2.2 加藥間、高效凈水設(shè)備房

加藥間、高效凈水設(shè)備房的樁基施工，入土深度均為16 m 左右，樁身外漏長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，施工單位進(jìn)行截樁處理，以減少樁身傾斜。最后對(duì)曝氣反應(yīng)池剩余的樁進(jìn)行施工，位移監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)所有樁向西位移，位移不斷加大。經(jīng)檢測(cè)單位樁身完整性檢測(cè)出現(xiàn)部分Ⅲ類樁。

2.3 曝氣反應(yīng)池

曝氣反應(yīng)池施工中，第一根樁滿足貫入度時(shí)樁尖入土深度16 m，根據(jù)設(shè)計(jì)要求曝氣反應(yīng)池樁長(zhǎng)控制為主，對(duì)此施工方與設(shè)計(jì)進(jìn)行了溝通，設(shè)計(jì)院回復(fù)達(dá)到貫入度即可停錘。109 號(hào)樁在達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，貫入度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，樁頂標(biāo)高到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高時(shí)，貫入度仍然較大，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)確定后繼續(xù)施打，標(biāo)高打至-4.8 m 時(shí)，貫入度符合設(shè)計(jì)要求。曝氣反應(yīng)池北側(cè)施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)樁身有輕微傾斜，多次復(fù)核軸線坐標(biāo)后，坐標(biāo)正確，立即報(bào)告監(jiān)理和業(yè)主單位.為減少施工機(jī)械和施工過(guò)程中對(duì)已完成樁的擾動(dòng)，調(diào)整了打樁順序，同時(shí)對(duì)樁身進(jìn)行了傾斜度檢測(cè)，連續(xù)幾天檢測(cè)，樁身傾斜度不斷加大，由于樁外露在5～6 m，施工單位通知監(jiān)理、業(yè)主、設(shè)計(jì)。在得到設(shè)計(jì)回復(fù)可以截樁后，安排進(jìn)行了截樁，使樁頂標(biāo)高與地面持平。每天對(duì)樁位移進(jìn)行觀測(cè)，經(jīng)過(guò)連續(xù)幾天觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)施工已完成的樁同時(shí)向西和南傾斜，施工單位立即停止對(duì)曝氣反應(yīng)池樁基施工。

圖1 打樁順序圖

3 樁基檢測(cè)

3.1 檢測(cè)內(nèi)容及方法

本工程檢測(cè)項(xiàng)目為單樁豎向抗壓、單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)和低應(yīng)變檢測(cè)?？箟?、抗拔靜載試驗(yàn)的目的主要是判定樁的承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求；而低應(yīng)變主要是檢測(cè)樁身缺陷及其位置，判定樁身完整性類別。

圖2 低應(yīng)變檢測(cè)

圖3 單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)

圖4 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

3.2 檢測(cè)結(jié)果

對(duì)于低應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)，累計(jì)檢測(cè)了78根樁（88 根次），部分樁檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 部分樁低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果表

4 問題分析

4.1 勘察鉆孔數(shù)量選取不足

本項(xiàng)目作為整個(gè)碼頭工程中的一個(gè)單體勘察鉆孔只有一個(gè)，勘察鉆孔數(shù)量過(guò)少，這就直接導(dǎo)致了勘察資料里并不能完全反映地質(zhì)情況。當(dāng)勘察報(bào)告提供給設(shè)計(jì)方后，也使得設(shè)計(jì)方?jīng)]有充分考慮，導(dǎo)致設(shè)計(jì)樁進(jìn)入持力層較淺，有的甚至沒有進(jìn)入持力層，最終導(dǎo)致樁的偏位。

4.2 打樁過(guò)程中的問題

1）關(guān)于停錘問題考慮不周全

當(dāng)樁打入到樁端持力層3-5 細(xì)粉砂層時(shí)，樁很難再往下打入。因此，施工單位在與設(shè)計(jì)方溝通后，以貫入度作為停錘標(biāo)準(zhǔn)，而當(dāng)滿足貫入度要求時(shí)，有效樁長(zhǎng)還遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而在此種地質(zhì)條件下，進(jìn)入持力層較淺，直接導(dǎo)致了最終樁的傾斜。

2）錘型選擇

本工程中，打樁錘型選擇為導(dǎo)桿式柴油錘，錘芯重6.3 t。導(dǎo)桿式柴油錘與筒式柴油錘相比傳遞能量偏小，并且錘芯較輕，這也直接導(dǎo)致了當(dāng)樁打入到3-5 細(xì)粉砂層時(shí)很難再進(jìn)入，貫入度偏小，給相關(guān)方判斷問題設(shè)置了障礙。

4.3 建議

在本工程中的預(yù)應(yīng)力管樁并未有水平荷載，因此在設(shè)計(jì)圖紙上并未要求單樁水平靜載試驗(yàn)，但在打樁完成后很短時(shí)間樁體就發(fā)生傾斜，最終導(dǎo)致了樁體破壞。這是因?yàn)樵诖朔N地質(zhì)條件下（上部很軟、下部很硬），當(dāng)樁發(fā)生輕微傾斜時(shí)，樁體就會(huì)產(chǎn)生受彎作用，這就相當(dāng)于樁體受到水平的力。因此增加單樁水平靜載試驗(yàn)是很有必要的。

5 結(jié)語(yǔ)

1）勘察鉆孔數(shù)量的選取應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求，甚至根據(jù)具體情況布置更多的鉆孔數(shù)量；

2）相關(guān)方應(yīng)綜合考慮貫入度與有效樁長(zhǎng)作為打樁的停錘標(biāo)準(zhǔn)，并且明確打樁設(shè)備及樁端進(jìn)入持力層深度。

3）在施工機(jī)具的選擇上應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇，當(dāng)持力層較硬時(shí)，應(yīng)選擇重錘；

4）在設(shè)計(jì)樁時(shí)，往往只是考慮了樁所承受的建筑物給它的荷載，而在某些地質(zhì)條件、某些環(huán)境中，樁體會(huì)受到“其它荷載”的作用，在設(shè)計(jì)時(shí)加以考慮；

5）工程各方應(yīng)嚴(yán)格盡到自己的職責(zé)，嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行施工、管理、檢測(cè)等。