一、前言

 

　　预应力管桩具有规格化生产、成桩质量易于控制和检查，施工周期较短，沉桩质量比灌注桩有保证，经济性较灌注桩优。施工场地周边条件允许的情况下，预应力管桩在沿海地区广泛采用。随着应用的不断增加，工程中也出现了许多问题，主要表现在[1-5]：①打（压）桩时，桩周土体产生竖向隆起和水平移动，使邻近桩产生上浮、偏位和桩身弯曲，严重时甚至导致桩身断裂；②挤土效应对邻近建筑物和地下管线造成破坏，导致其倾斜、开裂等；③打桩时，桩周土应力状态发生改变，在桩土界面附近产生较大的超孔隙水压力，使桩基承载力具有明显的时间效应；④打（压）桩时，桩周土体被扰动和重塑，尤其对软粘土，破坏了桩周土体的结构性，改变了土的工程性质，使桩侧摩阻力下降；⑤基坑开挖时，由于支护不当或施工机械的影响，极易出现偏位，尤其是在上部土层较软时。

 

　　二、工程概况

 

　　某住宅工程总建筑面积约6万m2，由1-4#五幢18层高层、5-7#两幢11层小高层组成，地下室一层。1-4#楼建筑桩基为端承摩擦桩，采用锤击沉桩，管桩为PC-AB600(130)，桩长约52米，持力层为圆砾层，单桩极限承载力为5000KN，布桩412根；5-7#楼建筑和纯地下室部分区域桩基为摩擦桩，采用静压沉桩，管桩为PC-AB550(110)，桩长约42米，持力层为粘土层，单桩承载力为3000KN，布桩606根。地基土物理力学性质见表1。

 

　　表1地基土物理力学性质指标

 

　　三、设计试桩静载试验结果分析

 

　　1-4#楼每幢单体均按设计要求打设计试桩各一根，采用锤击沉桩，控制方式以贯入度为主、桩端设计标高为辅，当贯入度已到达而桩端标高未达到时，应继续锤击3阵，每阵10击的贯入度不大于设计规定的10CM。在上述设计试桩周围土体达到稳定后进行静载荷载试验，试验加载过程和结果见图1。

 

　　图1设计试桩静载试验Q-S曲线

 

　　从图1中可以看出，在设计试桩阶段锤击沉桩S1、S2、S3、S4均能满足设计要求，也即在桩密度不高的情况下，锤击沉桩能使得桩基承载力值达到设计要求。

 

　　四、工程桩静载试验分析

 

　　工程桩按设计要求采用锤击沉桩，控制方式按设计试桩确定。在全部工程桩施工完成且土体稳定后，按设计要求对5根工程桩（A1、A2、A3、A4、A5）进行静载试验，静载试验情况见图2。

 

　　图2工程桩静载试验Q-S曲线

 

　　针对工程桩静载试验出现的异常情况，根据专家意见对该标段所有工程桩均进行小应变检测。Ⅰ类桩108根，Ⅱ类桩293根，Ⅲ类桩15根，其中工程桩A1、A2、A3、A4、A5分别为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅱ类、Ⅰ类、Ⅰ类。小应变结果表明，上述工程桩的桩身完整，排除断桩或脱焊引起如图2所示沉降突变情况。

 

　　从图2可以看出：

 

　　（一）试验加载过程中，桩顶位移出现三阶段式的加载位移曲线。

 

　　第一阶段：工程桩静载试验Q-S曲线在约2000kN-3000kN前沉降量变化较平缓。该阶段主要是桩身侧阻发挥作用。

 

　　第二阶段：工程桩静载试验Q-S曲线在静载试验荷载值达到2000kN-3000kN时均出现40mm-70mm的突然沉降量。该阶段表明静载试验荷载克服桩身侧阻作用。

 

　　第三阶段：工程桩静载试验Q-S曲线在克服桩身侧阻后继续加载至5000kN的过程中，沉降量变化又较平缓。该阶段表明随着桩端土层的压密，桩端端阻发挥作用，工程桩的承载力均大幅提供。这说明工程桩桩端出现上浮脱空现象，通过压密桩端土，可以使得上述工程桩的承载力达到设计要求。

 

　　（二）工程桩沉降突变时的荷载值不同。

 

　　A1、A4在荷载加载至3000kN时出现沉降突变；A2、A3在在荷载加载至2500kN时出现沉降突变；A5在荷载加载至2000kN时出现沉降突变。引起上述突变荷载值不一样的原因主要有：①土层分布不均，各土层的分布厚度有一定的差异；②锤击沉桩导致桩周土体受到扰动，引起土体结构性有不同程度的破坏，土体的剪切强度降低，侧阻有不同程度的损失[7]。③桩侧阻和端阻的发挥存在耦合作用，桩端土体的严重破坏或者脱空不但导致端阻下降，而且还使侧阻下降[5、6]。

 

　　从工程场地勘察情况来看，总体分布较均匀，不至于引起如此大的差异。

 

　　从工程桩的桩密度情况来看，工程桩A1、A4周围桩密度相对较小，工程桩A1、A4周围桩密度相对较大，工程桩A5周围桩密度最大。结合工程的地质情况、静载试验结果以及桩密度情况可以看出，工程桩沉降突变时的荷载值不同主要是由于桩的挤密程度不同造成桩周土体破坏情况不同引起。

 

　　锤击沉桩对桩周土体性能破坏较大，且容易引起土体隆起导致桩身上浮，桩端与桩端土体脱空，形成空腔，从而大大降低桩基极限承载力值。

 

　　五、桩身上浮处理方案

 

　　对管桩产生的浮桩，目前工程中一般采用以下几种技术措施[5]：对管桩产生的浮桩，目前工程中一般采用以下几种技术措施：①注浆，对浮桩进行桩底（侧）后注浆②补桩，补管桩、钻孔桩或者静压锚杆桩；③基础处理，对底板进行加厚处理；④复打或者复压，对浮桩进行复打或复压；⑤复合地基处理，一般补打散体材料桩等柔性桩。每一种方法都有一定的适用性。文献[5]对注浆方案和复打方案进行了比较分析，认为注浆在深层软土地基中效果并不明显，提出在软土地基中对浮桩进行复打是处理浮桩最有效的方案。

 

　　本工程为满铺地下室，管桩桩顶标高-4--7M不等，在原始地坪无法对所有工程桩进行复打。若地下室土方挖开后进行复打，根据勘探报告可知桩顶区域为淤泥质粘土，复打存在存在较大风险。为此，本文提出预留沉降的处理措施：①采用PC600桩的高层主楼施工时标高提高80mm，作为预留沉降；②加强基础刚度，增加主楼底板厚度（原400厚改为600厚）、加强钢筋等来调节不均匀沉降；③主楼与主楼、主楼与纯地下室之间均设置后浇带，后浇带封闭时间尽量延后；④施工期间加强观测，编制详细观测方案。

 

　　六、结论

 

　　（一）在桩基密度较低的情况下，预应力管桩（端承为主）采用锤击沉桩和静压沉桩均能满足设计要求，故在锤击沉桩时应适当提高规范挤土预制桩最小中心间距3.5D的要求[8]，根据文献[6]建议最小桩中心距不应小于4D。

 

　　（二）在桩基密度价高的情况下，预应力管桩（端承为主）采用锤击沉桩容易引起桩基上浮、导致桩端与土体脱空，形成空腔，桩基承载力大幅度降低。

 

　　（三）预应力管桩（端承为主）采用锤击沉桩对桩周土体的性能破坏较大。

 

　　（四）在软土地基中，预应力管桩采用静压沉桩能较好地控制桩基质量。

 

　　参考文献：

 

　　[1]张忠苗.预应力管桩在杭州的应用[C]//深基础工程实践与研究.北京：中国水利水电出版社，1999：301–306.

 

　　[2]龚晓南，李向红.静力压桩挤土效应中的若干力学问题[J].工程力学，2000，14(4)：7–12.

 

　　[3]施建勇，彭劼.沉桩挤土效应研究综述[J].大坝观测与土工测试，2001，25(3)：5–9.

 

　　[4]POULOSHG.Effectofpiledrivingonadjacentpilesinclay[J].Can4106vedw2q1GeotechJ，1994，31(6)：856–867.

 

　　[5]张忠苗，辛公锋，俞洪良，熊文.软土地基管桩挤土浮桩与处理方法研究[J].岩土工程学报，2006，28(5)549-552.

 

　　[6]张忠苗.软土地基超长嵌岩桩的受力性状[J].岩土工程学报，2001，23(5)：552–556.