淺析靜壓式PHC管樁的沉樁機理及常見問題

梁竹林

云南省馬龍縣工程質量監督站

淺析靜壓式PHC管樁的沉樁機理及常見問題

梁竹林

云南省馬龍縣工程質量監督站

本文探討預應力PHC管樁沉樁機理，闡述沉樁的終壓力與極限承載力的關系，并對工程中常見的質量問題及處理方法進行分析。

管樁；沉樁機理；終壓力與承載力；常見問題

1 前言

PHC管樁即混凝土預應力管樁，這種樁具有產品質量穩定可靠、標準化程度高、樁身混凝土強度高、貫入性好、運輸吊裝方便等特點。一般采用靜壓法施工，是通過靜力壓樁機以壓樁機自重和機架上的配重反力而將管樁壓入土中的沉樁工藝。這種方法具有低燥音、無振動、工藝簡明直觀、接樁靈活、穿透力強、施工速度快、檢測方便等優點，這種樁型的整體質量明顯好于其它傳統樁型，質量問題明顯減少。因其有較傳統樁型無法比擬的優點，得到推廣運用。對此有必要對預應力管樁的沉樁原理及常見問題進行分析討論，利于有效控制預應力管樁的施工質量。

2 靜壓式預應力PHC管樁的沉樁機理

沉樁施工時，樁尖“刺入”土體中時，厚狀土的初應力狀態受到破壞，造成樁尖下土體的壓縮變形，土體對樁尖產生相應應力，隨著樁貫入壓力的增大，當樁尖處土體所受壓力超過其抗剪強度時，土體發生急劇變形而達到極限破壞，土體產生塑性流動或擠密側移或下拖。在地表處，粘性土體會向上隆起，砂性土則會被拖帶下沉；在地面深處由于上覆土層的壓力，土體主要向樁周水平方向擠開，使貼近樁周處土體結構完全破壞。由于較大的幅射向壓力的作用也使鄰近樁周處土體受到較大的擾動影響，此時，樁身必然會受到土體的強大法向抗力所引起的樁周摩阻力和樁尖阻力的抵抗；樁頂靜壓力大于沉樁時的這些抵抗阻力，樁將繼續“刺入”下沉，反之則停止下沉。

3 終壓力與極限承載力

在靜壓樁施工完成后，土體中孔隙水壓力開始消散，土體發生固法強度逐漸恢復，上部樁樁穴區被充滿，中部樁滑移區消失，下部樁擠壓區壓力減小，這時樁才開始獲得了工程意義上的極限承載力。從大量的工程實踐看，粘性土中長度較長的靜壓樁其最終的極限承載力比壓樁施工時的終壓力要大（見工程實例1)，在某些土體固結系數較高的軟土地區，靜壓樁最后獲得的單樁豎向極限承載力可比終壓力值高出一倍多；但粘性土中的短樁，土體強度經一段時間的恢復，摩阻力雖有提高，但因樁身短，側摩阻力占樁的極限承載力的比例差異不大，最終極限承載力達不到樁的終壓力（見工程實例2）。因此樁的終壓力與極限承載力是兩個不同的概念，兩者數值上不一定相等，主要與樁長、樁周土及樁端土的性質相關，但兩者也有一定的聯系，終壓力的確定是靜壓預應力PHC管樁施工成敗的關鍵（其基樁極限承載力值是否滿足設計值要求），在施工時宜結合施工經驗、樁長、地質情況及試樁情況綜合分析確定。結合幾個工程PHC樁的施工及檢查情況，提出自己的想法，供同行參考。對設計承載力高的樁基工程，終壓力值宜達到設計值的2倍以上，并視地層情況及布樁情況考慮復壓；對于短樁，終壓力宜控制在設計值的2倍以上，并考慮復壓3次以上；對于中長樁，終壓力宜控制在設計值的1.5-2倍；對于長樁，終壓力宜控制在設計值1.0-1.5倍。

工程實例1馬龍縣法院審判法庭工程樁靜載試驗

樁號終壓力(KN)樁長(mm)土體休止期(天)單樁豎向極限承載力設計值(KN)相應沉降量(mm)相應沉降量(mm)6#24#112#說明:1、由施工期緊，經業主、設計、監理、施工等部門同意在基樁休止期未達規范要求的情況下進行工程樁試驗。2、基樁試驗時土體休止期很短，從沉降Q-S曲線不難看出其單樁豎向極限承載力遠大于極限承載力設計值。1 1 7 17.0 13.0 15.3試驗最終施加載荷(KN)1050 1000 1026 1026 1026 8.52 14.73 9.0單樁豎向極限承載力值(KN)≥1026≥1026≥1026≥8.52≥14.73≥9.00

工程實例2馬龍縣工商局紅盾家園小區B戶型住宅工程樁載荷試驗

樁號樁長(mm)土體休止期(天)終壓力(KN)相應沉降量(mm)試驗最終施加載荷(KN)相應沉降量(mm)23#10.0 41 815 912 51.13單樁豎向極限承載力值(KN)798 10.41單樁豎向極限承載力設計值(KN)1000注明：新回填土達4米

4 靜壓式PHC管樁施工過程中常見問題分析

4.1 PHC管樁自身存在問題

PHC管樁雖然質量穩定，但也會出現壁厚不均勻的情況；

PHC管樁雖然強度高，但易脆，樁身受外力作用易產生裂縫。因此PHC管樁運到工程場地后，宜進行外觀質量檢測，必要時可進行質量抽樣檢測。

對地質條件復雜，持力層起伏較大的工程場地，即使地質資料詳細完整，也很難估計樁的實際長度，容易造成配樁超長或送樁過深的情況，超長需截樁，過深則需接樁，加大了工程成本。

4.2 終壓力的確定

前面已提到終壓力的確定宜根據施工經驗、樁長、樁周土和樁端土的特性及設計要求綜合確定，結合施工過程的實際情況進行合理調整。許多工程在施工時，由于終壓力的確定不當，導致檢測試驗時單樁豎向承載力值不滿足設計要求，見工程實例3。

工程實例3馬龍縣龍庭苑御苑住宅（3幢）載荷試驗

樁號樁長(m m)土體休止期(天)終壓力(KN)試驗最終施加載荷(KN)相應沉降量(mm)相應沉降量(mm)單樁豎向極限承載力設計值(KN)23#28 1120 1311 11.40≥11.40 117#42 896 1226 53.11單樁豎向極限承載力值(KN)≥1311 1140 7.76 1300 216#11.00 14.00 16.0 41 784 1226 51.39 1140 6.77

4.3 樁靴的焊接質量

對于樁靴的焊接質量、要求與端板間無間隙、錯位、保證焊縫飽滿，無氣孔。施焊對稱進行，焊接時間控制要得當，焊接完成后自然冷卻10分鐘左右方可施打，因高溫焊接遇水后易變脆，容易開裂。在實際施工中由于焊工的焊接技術參差不齊，導致焊接質量差異較大；值得特別提示的是，普遍存在為趕工期，焊接完成后未經自然冷卻即繼續施打。

4.4 樁頂（底）開裂

由于壓樁機械的壓力越來越大，最大可達6800KN。對于較硬土質，終壓力己經很大，但樁長仍達不到設計樁長，在反反復復施壓情況下，管樁樁身產生強烈應力，樁頂混凝土易開裂，乃至產生垂直裂縫。另一種情況，管樁由軟弱層突然進入硬質持力層，沒有經過過度層，樁機油壓迅速升高，樁身受到瞬間沖擊力容易引起樁頂開裂；如果硬持力層面不平整，樁端卡不進土層引起拆斷破碎。

4.5 樁身上抬

由于靜壓樁是擠土樁，在場地樁數量較多，樁距較密的情況下，時常發生后壓的樁對已壓的樁產生擠壓上抬，特別對于短樁，易形成所謂的吊腳樁。防治出現樁身上抬，要在施工前合理安排壓樁順序，同一建筑物一般要求先壓場地中央的樁，后壓周邊的樁；先壓持力層較深的樁，后壓持力層較淺的樁。

4.6 基坑開挖

應根據開挖深度考慮是否需要先圍護再沉樁的方案；邊打樁邊開挖是不可取的，先打樁后開挖應考慮對稱均勻；如在中間開挖把土堆在四周就會造成四周和中心的土體高差懸殊，同時超孔隙水壓及震動會使管樁傾斜或折斷；開挖樁間土時要選擇合適的機械以防止機械開挖過程中造成基樁淺部斷裂；所以合理制定基坑開挖方案，是必不可少的。

5 結束語

綜上所述可見，靜壓式PHC管樁的施工質量的保證與地質情況、樁數、樁距、樁長、終壓力確定、施工順序、基樁開挖進度等多方面有關，有待在更多的工程實踐中不斷分析研究，總結經驗，有待加強對靜壓式PHC管樁在不同地質條件下的沉樁機理的擊研究。對其耐久性和抗水平荷載的能力問題有待進一步研究探討。

[1]JGJ94-2008.建筑樁基技術規范[S].

[2]JGJ106-2014.建筑基樁檢測技術規范[S].

[3]相關基樁檢測報告.