1.前言

 

　　PHC管桩即高强预应力混凝土管桩。由于PHC管桩具有承载力高、造价低、适应性强、管桩工业化生产等优点，在长江中下游三角洲冲积平原地区得到广泛应用。但在预应力管桩的施工过程中，很容易发生桩的上浮现象，影响桩基工程的进度和质量。本文通过PHC管桩工程实例，对上浮现象进行分析，并提出其处理措施和预防措施，供同仁讨论及参考。

 

　　2.工程案例

 

　　常州地区某工程为地上32层、地下2层剪力墙结构的高层住宅，总建筑面积约1.65万m?2，基础采用桩筏基础，桩型为PHC-600(130)AB-C80管桩，工程桩桩长43m，三根试桩桩长47m，桩端持力层为⒂层硬塑粘土，总桩数112根，设计试桩单桩承载力特征值R?a=3050kN。

 

　　施工采用静压法，试桩和工程桩一次性施打完成。在对三根试桩进行静载检测时，加荷加到6370kN时，对应的沉降都大于100mm，见表1，静载荷试验曲线如图2。后对三根试桩进行高应变检测，发现桩端有明显缺陷，停止检测，等待处理。

 

　　3.桩上浮原因分析

 

　　从表1、图2，结合桩侧、桩端土层分析，荷载0~3220kN段，荷载-沉降曲线平缓，最大沉降19mm，应为桩侧阻力起作用。加载到4480kN时沉降突然变大，沉降量均大于60mm，最大达103mm，沉降速率明显加大，形成陡降段，认为是桩侧、桩端土体破坏或桩身破坏。之后各级加荷形成相对平缓段，到6370KN时沉降量均大于100mm，最大为142mm，最小为102mm，但沉降速率减缓，分析认为应是桩端土体起作用。从整个荷载-沉降曲线来看，中间陡降段应是桩端虚空，桩端土体未能发挥承载能力。该三组数据表明这三根桩应是典型的上浮桩。

 

　　根据施工记录，本工程占地面积约486.3m?2，总桩数112根，桩径φ600，平均桩长43m，全部打入地下，按每根桩12.15m?3计算，则打入地下的混凝土桩总体积约1360m?3。如果不考虑土质压缩，平均分摊到面积486.3m?2的场地，则地面平均要抬高约2.8m，可见打入混凝土的量是非常大的。当土饱和密实，被挤到极限密实度而向上隆起时，相邻的桩将被浮起。

 

　　管桩上浮主要原因是挤土效应。预应力管桩在沉桩过程中，由于桩自身的体积占用了土体原有的空间，破坏了土体在自然沉积时的平衡状态。随着桩的不断压入，土体的挤压应力逐渐增加，使与桩体积等量的土体产生压缩、蠕变，向桩底及桩周挤出，产生土体的水平位移。土体水平位移随沉桩区域由远到近不断增大，位移速率也不断增大。随着周围土层和下部土层的进一步压密，限制了土体的水平位移，而浅层土上覆压力较小，挤压应力从地表释放，表现为地面隆起。另外，压桩过程中超静孔隙水压力升高，造成土体破坏，未破坏的土体也会因孔隙水压力的不断传播和消散而蠕变，导致土体的垂直隆起和水平方向的位移。从而引发了路面破损、房屋开裂和工程桩上浮等不良现象。

 

　　4.处理措施

 

　　桩基施工完成后，重新测量，发现97%的桩均有上浮现象，而且上浮很厉害，一般上浮50~80mm，最大达235mm。结合三根静载试桩情况，组织相关人员召开专题会议，分析原因并研究处理方法，决定采取复压处理。由于工程桩桩顶标高较低，地面至桩顶约5m，浅部土层松软，找桩复压困难，决定采用降水开挖后基坑内复压。复压前，将三根静载桩头全部截去，以便其它桩的复压。复压后重新测量，与静压前测量的桩顶标高相比较，绝大部分桩已消除上浮。但还有少量桩上浮未彻底消除，上浮的高度较小，最大的为15mm，大多在1~10mm之间。经过分析认为，静压处理有明显的效果，上浮高度在10mm以下的可不作处理，仅对上浮高度在10mm以上的进行补压。

 

　　处理完毕后，按照有关要求，另选取3根桩做静载。根据静载试验报告，加荷加到6100kN时，对应的沉降量为24.3~32.0mm，残余沉降量为4.7~12.4mm，全部满足设计要求。

 

　　5.预防措施

 

　　从上述案例可知，静压桩的挤土效应会导致桩的上浮、承载力降低、沉降量增大，并严重影响周边建、构筑物的安全，必须采取相应的措施，消徐和减弱挤土效应。

 

　　5.1设置防挤沟与排水砂井。

 

　　由于挤压应力破坏作用表现为土体水平位移和地面隆起。因此，可在压桩区与已有建、构筑物之间开挖防挤沟或设置消挤孔，以消减挤压应力。防挤沟宽度可根据现场实际空间确定，一般为0.5~1.0m，深度根据土质边坡能自稳为妥，宜大于1m。对于饱和的粘性土地基，应布设适量的排水砂井(或塑料排水板)，形成地下水的排泄通道，减小沉桩时的孔隙水压力，进而减小挤土隆起。排水砂井直径宜为70~80mm，间距宜为1.0~1.5m，深度宜为10~12m(塑料排水板的深度、间距与排水砂井相同)。

 

　　5.2沉桩顺序与速率控制。

 

　　在软土地基施工较密集的群桩时，沉桩次序不当，很容易使桩向一侧挤压造成位移或涌起。对群桩承台应考虑压桩时的挤土效应，不同深度的桩基应先深后浅。同一单体建筑，一般要求先施压场地中央的桩，后施压周边桩，当一侧毗邻建筑物时，由毗邻建筑物处向另一方向施打。

 

　　打桩速率对土体变形的影响主要是由超静孔隙水压力引起。打桩时，超孔隙水压力增长速度比其消散速度要快得多。在打桩间隙，超孔隙水压力会明显回落。日成桩数量宜小于10套，24小时内休止时间不应少于8小时。

 

　　5.3稳压和复压。

 

　　大面积桩群终压时应稳压和复压。稳压压桩力不得小于终压力，稳定压桩的时间宜为10~20s。复压次数应根据桩长及地质条件等因素确定，一般宜2~3次。

 

　　5.4监测。

 

　　加强施工过程中挤土位移监测，并设置预警值及应急方案。边监测边施工，监测结果及时反馈。

 

　　监测内容包括：(1)周边建、构筑物的沉降、倾斜、水平位移、裂缝监测；(2)已施工桩位偏移与上浮监测；(3)地面沉降、隆起观测等。

 

　　6.结语

 

　　挤土效应是预应力管桩施工的一大难题。随着施工技术日益成熟，还有很多方法有待广大技术人员研究、探索、实践，将挤土效应对周边的影响降至更低。

 

　　参考文献

 

　　[1]《岩土工程勘察规范2009年版》GB50021-2001.

 

　　[2]《先张法预应力混凝土管桩》苏G03-2002.

 

　　[3]《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008.