引孔靜壓樁施工技術難題分析

黃春滿

(泉州泉成勘察有限公司，福建泉州 362000)

引孔靜壓樁施工技術難題分析

黃春滿

(泉州泉成勘察有限公司，福建泉州 362000)

對在引孔后的預應力高強混凝土管樁(PHC樁)植樁施工中，由于受到地質條件限制、工藝流程及周邊環境等影響，所導致沉樁過程的偏斜、懸樁、斷樁等現象進行分析和探討，提出有效的解決措施，解決了技術難題，希望能對同類型的工程問題有一定的參考借鑒意義。

引孔靜壓樁;偏斜;懸樁;斷樁;技術難題;分析

0 引言

預應力高強混凝土管樁(PHC樁)是一種通過預應力先張法、室內離心成型、高壓釜蒸養等流程制作的、混凝土強度等級不低于C80的、空心環形等截面構件管樁，其常見規格Φ300～Φ600不等，可供設計選用的范圍廣。其具有：樁身強度高、單樁承載力大、穿透力強、施工方便周期短、檢測方式簡易、質量可靠等眾多優點。隨著城市化的進展，靜壓預應力高強混凝土管樁越來越多的應用于多層、高層等一些高承載的建筑物，特別對于福建內地丘陵地貌單元，其風化巖面起伏較大的地質條件適應性強、樁身耐打等優點。但是，隨著靜壓預應力高強混凝土管樁應用的廣泛，在一些有地下室、風化巖面較淺、有堅硬夾層不能作為持力層時、周邊有重要建筑物，由于短樁、擠土效應、樁基沉降問題，往往采用引孔植樁工藝進行施工，輔助進入設計樁端持力層全斷面一定深度。本文通過典型的工程案例，結合以往的引孔施工過程出現的一些問題，針對靜壓預應力高強混凝土管樁引孔沉樁過程的偏斜、懸樁、斷樁等現象進行分析探討。

1 工程概況及地質條件

玉都陽光商住區1#～4#樓位于泉州市惠安縣惠南工業園區，處在洛秀組團開發區以東。主體結構上部為四幢16～18F剪力墻結構高層建筑物，其下有負一層地下室，屬矩型狀。地處剝蝕殘丘地貌單元，覆蓋層厚度內的土質多為回填土、坡殘積土及風化巖。

由于工期較緊，且周邊民房較多，對各種樁型的可行性分析及造價比選后，沖、鉆孔灌注樁振動噪聲大、費用高、周期長，不建議采用，綜合分析靜壓預應力高強混凝土管樁為最佳樁型。現有地面孔口標高為10.00 m左右，地下室底板標高6.00 m，依據鉆探成果資料揭露的強風化巖(擬選用的樁端持力層)，其頂板埋深7.00～11.80 m，有效樁長去除掉地下室及承臺部位(實際樁長3.00～6.00 m)，約有90%處于“短樁”現象，即有效樁長≤6 m，見圖1。

經建設、勘察、設計、施工及監理單位聯合進行方案研究后，決定采用機械引孔植樁的輔助工藝施工。初步方案為采用Φ350引孔口徑，植入Φ400的管樁，采用小型的衡陽XY-100型地質鉆機引孔，利用武漢YZY-800型靜力壓樁機植樁。

圖1 玉都陽光商住樓ZK8地質剖面圖

2 問題的產生

引孔后植樁過程，產生了以下3個問題：

1)引孔后植樁樁斜問題：施工工程樁過程，偏斜量≥3%，而主鉆桿無偏斜，管樁的偏斜度超過設計規定的要求值;

2)引孔后植樁懸樁問題：施工工程樁過程，出現有個別樁進入孔中的樁長仍不滿足設計最小樁長要求，而實際引孔的深度又比施工沉樁植入的樁長要深得多，導致樁端下部有1～2 m的懸空部分，實際上的這類型樁失去了大部分的端阻力和側阻力，存在“懸樁”的工程隱患，見圖2。

圖2 抱壓式靜力壓樁法施工中懸樁示意圖

3)引孔后植樁斷樁問題：植樁過程，出現有個別樁進入預定持力層強風化巖時斷樁現象，壓樁力驟降。

3 原因分析及解決方案的選定

3.1 樁斜

3.1.1 樁斜的原因分析

1)技術操作：引孔鉆機機身沒調平，地面平整度較差;

2)鉆機機械設備：采用的衡陽XY-100型地質鉆機，其自身扭力較小，在巖石傾斜處或軟弱交接地帶易偏向，見圖3。

圖3 偏斜樁受力及地質示意圖

3)植樁機械自身缺陷：鉗口油缸不同步，抱壓夾緊后，鉗口面不垂直，樁身偏斜。

3.1.2 解決方案

1)改用衡陽XY-300型地質鉆機引孔，鉆桿采用50 mm型鋼芯管，增加其穩定性;

2)對場地嚴格平整壓實，引孔過程確保機身調平;

3)對夾樁不垂直，盡量控制夾樁器在傾斜較小的時候將樁植入孔中，可采取在調心塊位置加層鋼板，校正鉗口自身傾斜度，讓樁端貼近地面或≤0.50 m時進行二次垂直度校核。

3.2 懸樁

3.2.1 懸樁的原因分析

1)孔底沉渣：由于殘積土及風化巖層中的顆粒多為礫狀(以＞2 mmm為主，多在3～8 mm的顆粒，占總量的30%以上)，所采用的引孔清渣泥漿泵功率較小不足于完全將礫狀沉渣顆粒帶起排出;

2)擠土效應：由于預應力高強混凝土管樁樁端為平底型樁尖，采用Φ350引孔口徑，植入Φ400的管樁時將有一大部份土體隨著樁身的植入仍被帶至孔底，較粗的顆粒沉積在下部，而靜壓樁的壓力值卻已達到設計值要求;另外也可能因為管樁樁尖強度較差，遇到下部粗粒風化巖層時，樁尖已破損被打碎，卡在管內形成塞子，最終形成“吊腳樁”;

3)從沉樁理論原理及工程實踐分析：預應力高強混凝土管樁，其力學公式中的壓樁力，主要表現為樁周摩阻力與樁端阻力總和。而較多的工程事實證明：預應力高強混凝土管樁的壓樁力對于樁較短或風化巖層埋藏不深的情況下，主要是樁端阻力起決定性作用，樁周摩阻力相對樁端阻力起較為次要的作用，在一些特定的地質單元中甚至可以忽略不計。壓樁力在樁端未觸及預定持力層時，油壓表的數值變化往往并不大，不呈線性比例關系，在樁端送達設計持力層，瞬間就有較大的幾何級數變動。

3.2.2 解決方案

1)沉渣的解決：采用灌注樁機械專用大型泥漿機，并在場地一側開挖專門的排漿坑，以防泥漿回流至已引孔施工完畢的鉆孔中去，盡量做到引一根植入一根的緊湊工序，避免清孔后的沉渣再行沉淀;

2)擠土效應的解決：將原有的Φ350引孔孔徑加大至Φ380，壓植樁過程盡量避免因停頓造成的超孔隙水壓力恢復、樁周土強度快速恢復，使得壓樁時阻力明顯加大帶來的不利影響。

3.3 斷樁

3.3.1 斷樁的原因分析

1)地質條件原因：風化巖面起伏大，在引孔植樁過程由于負荷不均，特別是對于軟硬交接突變明顯的位置，容易造成樁端滑移，樁身變形斷裂，從而形成斷樁;

本場地的雜填土為新近回填土，采用的回填材料為舊基礎混凝土碎塊、舊建筑物的碎塊石等，在壓樁過程中因處于孔壁夾雜的硬雜物，使其突出于孔中，在進一步壓樁后，樁尖受力產生了傾斜差以及受力極不均衡，超過材料的變形極限后，變成不可逆過程進入了塑性破壞階段，從而產生斷樁;

2)施工質量控制因素：按規定發生樁身傾斜時，從水準儀的觀測數據是可以反映出來的，正常應拔出以后重新清孔后再打，當傾斜嚴重時還繼續加大壓樁力時，就造成了斷樁;

3)管樁產品質量問題：除了管樁自身的強度個別存在缺陷外，樁尖、樁帽的預制也是影響管樁樁身質量的薄弱環節。一般的產品問題，拉應力起結構主導的破壞作用，其次是壓應力裂縫擴散作用。

3.3.3 解決方案

1)地質因素的解決方案：可進一步改進采用大扭力的引孔設備，如長螺旋樁機引孔，保證引孔的質量，有利于管樁的順利植入;

表層雜填土雜質的處理：本場地因雜填土厚度不大，采用送樁器直接導壓引穿雜填土至殘積土層，再用引孔機械進行二次引孔;

2)改變受力點：避免偏心，由原來的平底型樁尖，改用尖口型的十字樁尖，減少受力面積，并有利于巖面的反力居中，由于樁尖自身的剛度不大，在一定的壓樁力下樁尖壓入鈍化過程可起到一定的有效緩沖作用，增強其柔性，降低巖面反彈反力，減小斷樁可能性。

4 效果檢驗

經過以上方案針對性的實施后，植樁過程的偏斜、懸樁、斷樁等現象已基本消除，樁長滿足設計要求，經樁基檢測的低應變及靜荷載試驗，也均滿足設計及規范的要求，達到預期目的，很好的解決了工期、質量、效益問題。

5 結語

結合實際工程，對引孔后的靜壓高強混凝土管樁(PHC樁)在沉樁過程中出現的偏斜、懸樁、斷樁等現象，探討其產生的各種原因，并制定了相應的技術方案。在一定地質條件下，引孔靜壓植樁過程中的偏斜、懸樁、斷樁現象往往相伴產生，若能找到之間存在的關系，將進一步擴大預應力高強混凝土管樁(PHC樁)的適用范圍，具有一定的指導意義。

［1］彭宏.預應力高強混凝土管樁及其沉樁擠土效應研究［D］.武漢：華中科技大學，2004.

［2］李月健.土體內球形空穴擴張及擠土樁沉樁機理的研究［D］.杭州：浙江大學，2001.

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1007-7596(2012)07-0085-02

2012-06-15

黃春滿(1979-)，男，福建泉州人，工程師，從事基礎施工、巖土設計治理、地質勘察工作。