預應力管樁糾偏加固應用實例

李雋毅 （上海申元巖土工程有限公司，上海 200072）

0 前言

預應力管樁由于其具有施工工期短、噪聲低及污染小等優點，在廣大沿海地區，長江、黃河等江河流域等軟土地基區域得到了大量推廣應用，PHC管樁行業發展迅速。2012年房地產領域的應用比例占到了80%左右；公路建設領域的應用比例約為10%。但是進行靜壓管樁施工或基坑開挖時，經常會出現工程樁偏移、傾斜、彎折甚至斷裂的情況，工程樁傾斜會降低樁基承載力，同時使樁身產生初始彎矩，因此，樁基驗收前必須進行糾偏、補強。

本文涉及工程采用頂推法進行管樁糾偏，成功對偏位管樁實施了糾偏，根據靜載荷檢測試驗結果，糾偏效果十分理想，糾偏管樁單樁承載力均能達到原有設計承載力。

1 工程概況

某工程擬建1#為14F住宅樓，結構體系為框架結構，基礎部分為鋼筋混凝土獨立承臺，均采用預應力混凝土管樁PHC A 400 95，樁長均為22m，樁端持力層為第⑤21層粉砂，單樁承載力設計值分別為900kN。

在基坑開挖后發現工程樁出現不同程度的偏斜，經檢測判定大部分為缺陷樁，嚴重影響管樁的正常使用，為確保后期建筑物正常使用，必須對該樓的工程樁進行處理。

管樁偏位及質量情況一覽表 表1

2 地質條件

根據本次工程勘探深度范圍內揭露的各土層成因類型、埋藏深度、空間分布發育規律、物理力學性質指標及其工程地質特征，劃分為9個地基土層，主要地基土層的特征分述如下。

②粉質黏土：灰色，飽和，可塑～軟塑。土質較均勻，該層單橋靜力觸探比貫入阻力Ps加權平均值為0.58MPa。

③淤泥質粉質黏土：灰色，飽和，流塑。土質較均勻，該層單橋靜力觸探比貫入阻力Ps加權平均值為0.37MPa。

④1淤泥質黏土：灰色，飽和，流塑。土質均勻，該層單橋靜力觸探比貫入阻力Ps加權平均值為0.51MPa。

④21砂質粉土夾粉質粘土：灰色，飽和，流塑。土質均勻，該層單橋靜力觸探比貫入阻力Ps加權平均值為1.03MPa。

④22粉砂夾粉質粘土：灰色，飽和，流塑。土質均勻，該層單橋靜力觸探比貫入阻力Ps加權平均值為5.5MPa。

⑤21粉質粘土：灰色，飽和，軟塑。土質較均勻，該層單橋靜力觸探比貫入阻力Ps加權平均值為0.97MPa。

⑤22粉砂：草黃～灰黃色，飽和，密實。砂質較純，顆粒均勻，單橋靜力觸探比貫入阻力Ps加權平均值為11.33MPa。

勘察報告建議的各土層參數標準值和典型的靜力觸探比貫入阻力平均值見表2。

土層參數及比貫入阻力平均值 表2

3 事故原因分析

在軟土地區，管樁施工過程若對施工關鍵節點如焊接質量、沉樁速率以及土方開挖等未進行嚴格控制，就會出現樁身傾斜、樁身斷裂以及樁端未達設計標高等問題。

針對本工程實際情況，本次工程樁偏位事故原因主要有以下幾方面。

3.1 重力壩圍護變形相對較大

本工程基坑開挖深度約4.5m，采用重力壩圍護，基坑開挖后，坑內土體壓力快速釋放，因坑內被動土體受沉樁、降水等因素的影響，強度降低較多，造成內外壓力失衡，壩下土體產生繞壩流動的現象，造成基坑內土體上浮，使得本已受彎剪作用的樁又施加了上拔力，樁身受力情況進一步惡化，并使得焊接接頭破壞嚴重的樁產生上浮、脫節。

3.2 土方開挖

基坑土體開挖應在土體強度恢復到一定程度后方可進行，由于基坑底部位土層為流塑狀態的③層或④層灰色粘土（Ps值僅為0.45MPa左右），若分級放坡開挖未按照分層、分段的原則進行，且開挖的臨時放坡坡比大于1∶1.5，易引起坡體的滑坡，會對坑內的工程樁產生較大的側向土壓力，造成管樁向開挖方向跟隨土體一起產生較大變形，甚至引起淺部樁身的斷裂。

3.3 工程樁樁型（采用PHC A型樁）

預應力高強混凝土A型管樁抗剪能力相對其他型號管樁較低，基坑開挖后更易在側向土壓力作用下發生偏位和損壞。

另外，打樁速率速率過快，或者現場降水情況不理想等因素，都會導致基坑開挖時工程樁偏位或者斷裂。

4 管樁糾偏加固方案

4.1 樁基承載力分析

根據勘察單位提供的巖土工程勘察報告，樁側極限摩阻力標準值fs與樁端極限端阻力標準值fp如表3所示。

土層參數及比貫入阻力平均值 表3

根據已有的多項PHC管樁工程試樁資料，上述參數仍有一定富余度，根據上海市地基基礎規范（DGJ08-11-2010）第7.2.5-2條，采用靜力觸探參數估算各層土的極限側摩阻力和端阻力，并選取2個孔進行計算，本工程PHC400管樁的單樁豎向極限承載力可達到2200kN，即PHC400管樁相應的單樁豎向承載力設計值可達到1100kN。因此，原設計要求的單樁承載力設計值900kN仍有一定的富余度。

4.2 糾偏加固方案介紹

對于樁身缺陷明顯（Ⅲ、Ⅳ類樁），樁位偏移較小能滿足相關規范及設計要求且現場清孔順利的工程樁（138#、139#），直接采用填芯加固處理，處理后仍作為工程樁使用，根據類似工程經驗，加固后單樁承載力仍可滿足上部結構荷載要求。

對于樁身缺陷明顯（Ⅲ、Ⅳ類樁），樁位偏移較大不能滿足相關規范及設計要求的工程樁（171#、170#、168#、140#、173#、172#），采用糾偏處理，并在糾偏到位后進行填芯加固，填芯采用微膨脹混凝土，填芯深度應超過上部接頭2.0m。

糾偏采用頂推法，即采用千斤頂在樁頂施加水平推力，并卸除樁側部分土壓力，以此使樁基復位的一種方法。該法較適用于軟土地基，且具有施工快捷、簡便以及成本較低的優勢，適合于本工程中樁基的糾偏。

另外，需要提醒的是，對于損傷工程樁位置較集中區域，建議加大承臺面積，將該區域的樁連成一個整體，以有利于后期沉降的控制。

5 管樁糾偏加固施工順序及監測要求

5.1 施工工藝

糾偏加固的施工設備主要采用GXY-1型鉆機、高壓水槍、千斤頂等，施工工藝如下。

①墊層修復。部分墊層已被破壞，需對墊層進行修復，以確保千斤頂糾偏受力。

②樁身清孔。采用高壓水槍、壓縮空氣進行沖水取土，清孔深度宜超過裂縫處下2～3m；對于淺部混凝土碎塊、石子、建筑垃圾等采用鉆機清孔或打撈工具，但清孔不宜過大，避免鉆機施工對樁身質量破壞。

③傾斜度及偏位測量。采用吊錘法測試3～5m范圍內的管樁偏斜情況，并計算傾斜度，偏位根據軸線采用卷尺或鋼尺進行測量。

④糾偏定位。首先在墊層上確定基樁糾正后的位置，并定位相應的機械。在傾斜樁和糾正位置之間開一導向槽，開挖樁頭露出墊層15～25cm。

⑤鉆孔（沖水）取土。在導向槽側用鉆機（或高壓水槍）沖水取土，孔的深度根據偏位來定，寬度宜在400mm，同時排漿清除樁身前側土體，以有利于用較小的水平推力回復樁位。

⑥就位千斤頂，推樁移位。在樁的另一側用千斤頂推樁移位，要嚴格控制推擠樁頂移位的速率，通過若干個行程將方樁推至復位，糾偏以樁身上段垂直為準（垂直度小于1%），但糾偏過程中若樁身出現明顯斷裂和錯位無法進行糾偏應立即停止施工。待樁位糾正后，抽出管中積水，用攝像探頭觀測。

⑦混合料填筑。在管樁糾偏過程中，在樁側的孔穴內，逐步灌入5～25mm碎石和細砂，振搗致密，一直持續到糾偏到位，以此來增加樁側一定范圍內的土體強度和變形模量，提高樁底土的抗偏荷載能力。

⑧垂直度復測。用強光電筒配合線墜復測。

⑨樁內填芯。填芯前用高壓水槍、壓縮空氣，鋼絲刷清洗樁管，然后通過吊機在管樁內下鋼筋籠，并在鋼筋籠底焊接3mm厚薄鋼板托板，樁內澆灌C45微膨脹混凝土。

⑩施工完成后復測樁身偏位。

5.2 監測要求

①對填芯加固的PHC A 400管樁，施工完成后應再次進行樁身低應變測試，并復測樁身偏斜情況。

②損傷工程樁位置較集中區域增加沉降觀測點，加強對基礎沉降量和沉降差的監測。

③施工期間，加強沉降傾斜觀測，做到信息化施工。

6 靜載試驗結果分析

現場隨機挑選 3根糾偏管樁 P3（138#）、P4（171#）、P5（173#）進行單樁承載力測試，同時挑選附近2根正常工程樁進行承載力測試，對比測試結果如下圖所示。

圖1 荷載-沉降曲線

從圖1看出，P1、P2正常工程樁在最大加載量2400kN作用下，累計變形較小，約為11mm，因此，單樁承載力不小于2400kN。P3～P5三根糾偏管樁試樁的荷載-沉降曲線呈緩變形，最大變形為25mm，沒有出現明顯的向下轉折段，如果繼續加載，荷載—沉降曲線可能會仍然向下緩慢發展，樁還有較大的承載潛力。按《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ106-2003）第4.4.2條確定P3～P5的單樁豎向抗壓極限承載力同樣不低于2400kN。可見糾偏管樁在保證糾偏施工質量的前提下仍能發揮原有承載力。

7 結論

①預應力管樁因施工方法簡單、施工速度快、污染小、造價經濟等原因越來越多地運用到工業民用建筑當中，但在使用過程中也存在不少問題。管樁施工過程應對施工關鍵節點如焊接質量、沉樁速率以及土方開挖過程等進行嚴格控制。

②對于偏位管樁，可采用頂推法進行糾偏，糾偏后采用微膨脹混凝土進行填芯加固，加固深度超過管樁上部焊接接頭2m以上，在保證糾偏施工質量時，糾偏后管樁單樁豎向承載力能夠達到原設計要求。

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[4]GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].