某工程預(yù)應(yīng)力管樁靜荷載試驗(yàn)不合格分析及處理辦法

高鵬程，鈕旋敏

（天津華北地質(zhì)勘查局，天津　300170）

某工程預(yù)應(yīng)力管樁靜荷載試驗(yàn)不合格分析及處理辦法

高鵬程，鈕旋敏

（天津華北地質(zhì)勘查局，天津300170）

本文介紹了天津?qū)毦硹珗@一期工程部分樓號(hào)預(yù)應(yīng)力管樁樁檢不合格的處理辦法，通過(guò)有效措施減少樁端底部孔隙水壓力對(duì)地質(zhì)環(huán)境液化的影響，保障預(yù)應(yīng)力管樁樁端承載力和摩擦承載力全面達(dá)到設(shè)計(jì)要求，取得了良好的效果，對(duì)類似場(chǎng)地地質(zhì)條件的預(yù)應(yīng)力管樁施工有一定的借鑒意義。

預(yù)應(yīng)力管樁；樁檢不合格；處理辦法

預(yù)應(yīng)力管樁施工受場(chǎng)地地質(zhì)條件、施工機(jī)械選擇、施工技術(shù)等多方面制約，容易產(chǎn)生樁頂標(biāo)高超高或者超深等現(xiàn)象出現(xiàn)。采用靜壓樁機(jī)施工時(shí)尤為難以把控，在一些特定情況下，靜壓樁機(jī)達(dá)到極限輸出條件，此時(shí)樁身已經(jīng)無(wú)法再繼續(xù)深入，經(jīng)過(guò) 15d 歇樁期后，進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)卻不合格。

為了避免此情況出現(xiàn)，在勘察過(guò)程中應(yīng)充分考慮場(chǎng)地地下水情況，合理選擇樁型、樁長(zhǎng)、持力層和施工工藝，采取合理辦法控制樁底端孔隙水壓力等地質(zhì)環(huán)境的液化，并可用錘擊樁機(jī)進(jìn)行復(fù)踩處理。

1　工程概況

天津?qū)氎鎱^(qū)寶境棲園住宅小區(qū)一期工程，建筑面積36454 平方米，共 9 棟 5～6 層磚混結(jié)構(gòu)住宅樓，本工程基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)，結(jié)合預(yù)制混凝土管樁，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，樁徑為400～500mm，樁長(zhǎng) 9～11m，單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為 1100kN，+0mm。

2　場(chǎng)地工程及水文地質(zhì)條件

該工程場(chǎng)地屬于華北平原濱海沖積平原，勘探所揭示的底層屬于海陸交互相沉積地層，現(xiàn)場(chǎng)地形較平坦。根據(jù)天津華北工程勘察設(shè)計(jì)有限公司出具的《巖土工程勘察報(bào)告》（HK 2010-187）所示，場(chǎng)地土土質(zhì)特征及分布規(guī)律如表 1 所示。

表1　地基土承載力特征值

勘探期間實(shí)測(cè)場(chǎng)地地下水位如下：初見(jiàn)水位埋深1.0～2.1m，標(biāo)高 2.24～3.59m；穩(wěn)定水位埋深 0.7～1.9m，標(biāo)高 2.56～3.82m。

3　現(xiàn)場(chǎng)樁基礎(chǔ)施工情況

本工程土建部分設(shè)計(jì)由天津華廈建筑設(shè)計(jì)有限公司負(fù)責(zé)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值估算值為 1100kN，樁基持力層為 6-1 粉砂層，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為 9 米，采用靜力壓法施工。

以該工程 24# 樓為例，基礎(chǔ)部分施工圖如圖 2、3 所示。

圖1　該工程總體地質(zhì)剖面示意圖

圖2　寶境棲園 24#（1～42 軸）基礎(chǔ)平面圖

圖3　寶境棲園 24#（1～22 軸）樁位布置圖

施工中采用 600t 靜壓樁機(jī)，按照設(shè)計(jì)圖紙，遵循國(guó)家有關(guān)規(guī)范進(jìn)行施工。施工的普遍現(xiàn)象為混凝土管樁在接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，無(wú)法再深入土層，持續(xù)施壓容易導(dǎo)致管樁樁頭爆碎，無(wú)法再進(jìn)行施工。此時(shí) 600t 樁機(jī)垂直方向的荷載應(yīng)為約6000kN，再加上歇樁后土壤的回抱力，理論上應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求的單樁承載 1100kN。

4　現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制管樁樁基礎(chǔ)工程檢測(cè)方案

為了檢測(cè)該工程鋼筋混凝土預(yù)制管樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量，本工程采用接近于單樁豎向抗壓實(shí)際工作條件的試驗(yàn)方法（堆載法），確定單樁豎向抗壓極限承載力特征值，由天津華勘基礎(chǔ)工程檢測(cè)有限公司負(fù)責(zé)。按照設(shè)計(jì)要求，檢測(cè)數(shù)量在同一條件下不應(yīng)小于 3 根，寶境棲園小區(qū)一期工程以 24 號(hào)樓為例，抗壓靜載試驗(yàn)數(shù)量為 3 根。本次堆載法，最大加載至 1100kN，壓重平臺(tái)總重量約 1400kN。試驗(yàn)依照 JGJ 06－2003《建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

4.1加荷系統(tǒng)

加荷系統(tǒng)由 3200kN 級(jí)油壓千斤頂、高壓油管、聯(lián)接頭、0.4 級(jí)精密壓力表及高壓油泵組成。千斤頂型號(hào)QW-320，行程 200mm，由上海起重設(shè)備廠生產(chǎn)；壓力表量程60MPa，精度級(jí)別 0.4 級(jí)，由西安高精密儀表廠生產(chǎn)。

4.2沉降觀測(cè)系統(tǒng)

沉降觀測(cè)系統(tǒng)由基準(zhǔn)梁、CZ-6 型磁性表座及 2 塊百分表組成。基準(zhǔn)梁由 2 根長(zhǎng) 8.0cm 的 16# 槽鋼組成，垂直于試驗(yàn)主梁布置在基準(zhǔn)樁上。基準(zhǔn)樁、試樁間中心距不小于 4dm。百分表為哈爾濱量具廠生產(chǎn)，量程 30mm，精度 0.01mm。

4.3試驗(yàn)方法

采用慢速維持荷載法。

4.3.1加荷分級(jí)

每級(jí)荷載為 110kN，第一級(jí)加載值為分級(jí)荷載的 2 倍。

4.3.2沉降觀測(cè)

每級(jí)加載后按第 5min、15min、30min、45min、60min測(cè)讀樁頂沉降量，以后每隔 30min 測(cè)度一次。當(dāng)沉降達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)后即可施加下一級(jí)荷載。

4.3.3相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

每一小時(shí)內(nèi)的樁頂沉降量不超過(guò) 0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次。

4.3.4終止加荷條件

終止加荷條件為：（1）沉降增量 Si超過(guò)前一級(jí)荷載作用下沉降增量 Si-1的 5 倍；（2）級(jí)荷載作用下的樁頂沉降增量 Si超過(guò)前一級(jí)荷載作用下沉降增量 Si-1的 2 倍且在 24h 內(nèi)不穩(wěn)定；（3）頂總沉降量超過(guò) 40mm；（4）已達(dá)設(shè)計(jì)要求的最大加載量；（5）已達(dá)到反力裝置最大加載量。

4.3.5卸載與卸載沉降觀測(cè)

卸載時(shí)，每級(jí)荷載維持 1h，按第 15min、30min、60min測(cè)讀樁頂沉降量后，即可卸下一級(jí)荷載。卸載至零后，測(cè)讀樁頂殘余沉降量，維持時(shí)間為 3h，測(cè)讀時(shí)間為第 15min、30min，以后每隔 30min 測(cè)讀一次。

靜荷載試驗(yàn)示意圖見(jiàn)圖 4、圖 5。

圖4　靜荷載試驗(yàn)示意圖

圖5　靜荷載試驗(yàn)平面布置圖

5　第一次靜荷載試驗(yàn)不合格及問(wèn)題分析

樁基施工結(jié)束后，按照規(guī)范要求，經(jīng)過(guò) 15d 土壤回抱期后，樁端阻力和樁身摩擦阻力均達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，符合進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)的要求。按照上述檢測(cè)方法，以 24# 為例，對(duì)該樓座三根管樁進(jìn)行試驗(yàn)，其中兩根樁靜載試驗(yàn)中最終沉降大于40mm，且第三級(jí)級(jí)荷載作用下的樁頂沉降增量超過(guò)第二級(jí)荷載作用下沉降增量的 2 倍且在 24h 內(nèi)不穩(wěn)定，符合本文 4.3.4所述停止加載條件，判定為不合格。

后經(jīng)擴(kuò)大范圍檢測(cè)，有多根管樁出現(xiàn)沉降量超標(biāo)的現(xiàn)象，且試驗(yàn)不合格的管樁多為當(dāng)初靜壓施工中，無(wú)法繼續(xù)深入才停止靜壓施工的管樁。

分析：在施工過(guò)程中，靜壓施工無(wú)法再繼續(xù)使樁身深入，若持續(xù)加壓，極易造成樁頭爆碎，此時(shí)樁頂標(biāo)高接近或達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，說(shuō)明樁頭已經(jīng)進(jìn)入設(shè)計(jì)的持力層，即 6-1 粉砂層。然而靜荷載試驗(yàn)最終沉降量大于檢測(cè)要求的 40mm，靜荷載試驗(yàn)不合格。

經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究、擴(kuò)大靜荷載試驗(yàn)的范圍和現(xiàn)場(chǎng)大量巡查觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，往往靜荷載試驗(yàn)不合格的樁芯當(dāng)中會(huì)有大量地下水存在，水位與勘察所得水文地質(zhì)初見(jiàn)水位幾乎持平。與此同時(shí)，樁芯當(dāng)中沒(méi)有地下水的往往靜荷載試驗(yàn)合格。

分析得出，該地區(qū)土壤含水量高，孔隙水壓力大。在對(duì)土壤鉆心取樣進(jìn)行室內(nèi)滲透試驗(yàn)，得出本場(chǎng)第12.0m以上各層土的滲透系數(shù)及滲透性如表 2 所示。

表2　淺層地基土滲透性表

可以看到 6-1 粉砂層滲透性為中等透水，且該工程選取了 6-1 粉砂層為持力層，由于樁芯與大氣相通壓力，為基本大氣壓，樁端周?chē)紫端畨毫ο鄻缎緷B透，造成了樁端周?chē)凵皩恿鲃?dòng)，地下水在樁芯上涌，樁端承載力被大大破壞。此過(guò)程較為緩慢，因此施工中達(dá)到持力層無(wú)法繼續(xù)深入，經(jīng)過(guò) 15d靜置期粉砂上涌，土壤流動(dòng)，靜荷載試驗(yàn)不合格。

圖6　地下水樁芯上涌示意圖

6　針對(duì)問(wèn)題的處理方法及最終檢驗(yàn)結(jié)果

6.1未施工部分的處理辦法

根據(jù)大量觀察和調(diào)查研究，為了有效避免類似現(xiàn)象發(fā)生，經(jīng)過(guò)樁基施工單位、設(shè)計(jì)院、勘察單位、樁基檢測(cè)單位等多方協(xié)商，決定對(duì)未施工的管樁樁頭焊接 6～8mm 厚止水鋼板，鋼板形狀與樁頭形狀一致，可以有效避免樁芯水上涌，杜絕粉砂層擾動(dòng)，保障樁端承載力。

6.2已施工部分處理方法

經(jīng)過(guò)上述單位多方協(xié)商，決定對(duì)已施工的靜載試驗(yàn)不合格的管樁使用錘擊樁機(jī)進(jìn)行復(fù)打。在施工過(guò)程中按照每振10擊，三振不大于 2cm，連續(xù)三振為停錘標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)打。

6.3最終檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)過(guò)各方參建單位的一致努力，對(duì)先前靜載試驗(yàn)不合格的管樁再次進(jìn)行靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 3。

表3　靜載試驗(yàn)結(jié)果

7　結(jié)語(yǔ)

寶境棲園一期部分管樁靜荷載試驗(yàn)不合格，經(jīng)過(guò)于甲方、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工方和技術(shù)服務(wù)人員的通力合作，準(zhǔn)確查找出問(wèn)題根源，探尋出行之有效的解決方案，經(jīng)處理后靜荷載試驗(yàn)全部合格，對(duì)類似地質(zhì)條件下的管樁施工起到了一定的指導(dǎo)性意義。

[1] JGJ 106－2003．建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S]．

[2] GB 50021－2001．巖土工程技術(shù)規(guī)范[S]．

[3] GB 5007－2002．建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[4] DB 29－110－2010．預(yù)應(yīng)力混凝土管樁技術(shù)規(guī)程[S]．

［通訊地址］天津市河?xùn)|區(qū)廣瑞西路 67 號(hào)（300170）

The unqualified analysis and processing technology of prestressed pipe pile

Gao Pengcheng, Niu Xuanmin
(Tianjin North China Geological Exploration Bureau, Tianjin300170)

An unqualified analysis and processing technology of prestressed pipe pile in the first phase of Tianjin Baojing Garden Project is presented. Several effective procedures are adopted to reduce the effect of pore water pressure on geological environment liquefaction. By taking these procedures, both the pile end bearing capacity and friction of the prestressed pipe pile can meet the design requirements. These results have references to construction of the prestressed pipe pile with similar geological conditions.

prestressed pipe pile; unqualified analysis; processing technology

高鵬程，男，工程師， 天津華北地質(zhì)勘查局。