深厚淤泥及淤泥質地層預應力管樁偏位傾斜分析

吳強

（福建巖土工程勘察研究院有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

近些年來，我國工程行業以前所未有的規模和速度迅猛發展，高強度PHC 管樁的因其高性能和經濟性得到了廣泛的應用。但是近幾年由于房地產建筑行業迅猛發展，盲目追求工期，對淤泥質土的性質缺乏足夠的重視，措施不到位，但其在一些深厚地質條件復雜的淤泥及淤泥質地層中樁偏位、傾斜甚至斷樁，近年來出現事故案例很多，影響樁的承載力和安全，因此總結一下是很有必要的。

1 深厚淤泥及淤泥質土的特性及開挖特點

1.1 淤泥及淤泥質土特性

淤泥是在靜水及緩慢的水流環境中沉積，并以生物化學作用形成，其工程特性表現為“三高兩低”，即高含水量、高壓縮性、高流變性、低強度、低滲透性淤泥中細顆粒大部分懸浮于孔隙水中，使顆粒與顆粒間接觸不緊密，形成了大量的空隙，這些孔隙主要以大氣及水充填，具有高孔隙及高壓縮性特定。淤泥及淤泥質土作為粘性土的一種，它也具有高靈敏度及觸變性特點，當受到外力擾動時土體內部平衡受到破壞，導致擾動后土體強度大幅度降低、壓縮性增大，土體強度恢復時間也較長。。，

1.2 淤泥質地層開挖施工出現困難及開挖特點

淤泥及淤泥質土的“三高兩低”的工程特性，土體結構一經擾動破壞，其強度迅速降低甚至呈流動狀態，因此淤泥質地層開挖施工具有以下特點：[1]

（1）開挖過程中不能進入大型、重型施工機械，施工效率慢；

（2）對于大面積的淤泥質土層增加了地質不可預見性，開挖過程中的施工管理、監測任務重；

（3）在飽和淤泥質土地層中打樁容易產生超孔隙水壓力。[2]當孔隙水壓力增高且未消散，土體有效應力大幅降低，致使土體流變；同時樁體周圍的圍限約束力大幅降低，導致樁體出現較大位移。

2 工程案例

2.1 工程概況

某工程由3 棟34 層住宅樓、1 棟32 層住宅樓、8 棟低層住宅樓及附屬配套用房組成，其基礎采用PHC500-AB 型預應力管樁，以砂礫狀強風化花崗巖作為樁端持力層，設計樁長為16m～41m，整體1 層地下室，開挖深度約6.5m，總建筑面積130889.76m2。

2.2 工程地質條件

本工程地層情況開挖范圍內的土層自上而下分別為：

①素填土：②粉質粘土：③淤泥：該場地淤泥層普遍分布，厚度4.20～17.70m，呈流塑、飽和狀態，局部相變為淤泥質土；④粉質粘土。

圖1 地質剖面圖

2.3 土方開挖后樁偏位傾斜、斷樁情況

本工程基坑土方開挖范圍內地質條件較差，淤泥呈飽和、流塑狀態，且淤泥層全場分布，整個土方開挖作業處于淤泥及淤泥質土中，土層穩定性差，承載力低，大重型機械無法進入。開挖時施工單位為了趕工期，未采取任何有效防控措施，盲目開挖，一挖到底，開挖過程中出現大面積樁身位移過大、樁身傾斜甚至斷樁現象，樁身偏移過大、樁身傾斜主要集中在4 棟高層住宅樓區域，尤其在基礎承臺標高相差較大的電梯井區域特別集中和嚴重，出現大面積樁身傾斜。經現場數據統計，其中2#樓出現特別嚴重的偏位、傾斜及斷樁情況：設計樁數170 根，傾斜及樁偏位移過大的超過總樁數的80%，經檢測判斷斷樁46 根，后場地回填補樁110 根，其它可利用的偏位傾斜樁采取鋼護筒支護人工挖孔接樁形式進行加固補強處理。該質量事故既耽誤了工期，又增加了費用，造成重大經濟損失。

3 原因分析

經現場查看，發現多種因素影響造成了樁偏位傾斜和斷樁，個人認為主要有以下幾個方面：

3.1 地質條件原因

從地勘資料上看，原地塊為低洼菜地農田、沼澤地，局部為自然魚塘，回填土為雜填土和建筑垃圾等，其下的淤泥及淤泥質層較厚，最厚達17.70m，且為飽和流塑狀，極易造成擠淤，溜方。工程設計樁長為16～41 米，部分樁身進入穩定土層的長度比較小，樁身大部分處于飽和流塑狀態的淤泥層中，樁身處于不穩定狀態，施工過程中受外力影響，很容易導致樁位偏移傾斜甚至斷樁。因此，飽和流塑性淤泥太厚造成擠淤，直接導致大面積樁位偏移、樁身傾斜和斷樁。

3.2 配樁不合理，送樁深度不夠

從現場情況了解到，該項目在樁基施工時，由于對樁端持力層判斷上出現誤差，造成現場配樁不合理，局部區域送樁深度不夠，開挖時形成大量高低差。該工程打樁時場地自然地面標高為4.50m 左右，設計樁頂標高為-0.30m（局部坑中坑為-2.50m），送樁4.8m 為理想情況（坑中坑電梯井除外），而出現樁偏位傾斜的樁送樁深度長短不一，特別是2#樓區域內，大部分均不理想，土方開挖時形成不規則的臺階狀。在開挖過程中，機械荷載和土側壓力直接作用于樁身，造成大面積偏位、傾斜甚至斷樁。因此，樁基施工中配樁不合理、送樁深度不足也是造成樁偏位傾斜的主要原因。

3.3 土方開挖施工不當是最直接的原因，主要表現在以下三個方面：

3.3.1 不合理的開挖順序：從現場土方開挖上看，該項目4 棟主樓采取單向大放坡式開挖，現場底板墊層和電梯井墊層同時開挖，且電梯井部分未采取有效支護措施，造成該位置大部分樁斷裂，從現場統計來看，出現斷樁大部分集中在樁頂高差較大的電梯井范圍，且挖機來回走動 嚴重影響樁偏位。

3.3.2 不完善的開挖措施：通過對本工程樁偏位的調差分析和現場驗證中發現，挖土便道下及附件的樁普遍存在偏位傾斜嚴重現象；大型挖掘機、渣土車，機械自重加震動荷載導致側壓力大幅上漲，挖機操作平臺下也較為嚴重，淤泥質土流動性及機械自重產生的側向力加重了樁身的偏位和傾斜，施工便道設置不合理和設置偏少，導致挖機行走路線過長，增加樁偏位的風險。

3.3.3 不正確的開挖方法：基坑土方開挖應有一定的休止期，開挖場地受預制樁施工擠土的影響，超孔隙水壓力未能及時消散，土體強度和穩定性低，現場施工時甲方盲目的追求進度、趕工期，土方單位盲目開挖，未能按照土方開挖方案進行施工，未能遵循分層開挖、不得超挖的原則，造成近6 米深的開挖一次挖至承臺底，造成土體側移，因此沒有針對地質情況制定具體的土方開挖開案就肆意開挖是造成偏位傾斜及斷樁的重要原因。

4 預防措施

樁偏位傾斜、斷樁給項目進度及經濟成本帶來重大損失，為避免在以后的工程中再次出現類似的質量問題，結合實際情況，提出以下預防措施：

4.1 對于地質原因，項目地質勘察報告應能詳盡、真實反映地質情況，以為設計提供依據，針對深厚淤泥質地層，根據實際情況場地處理可采用換填土或化學加固等方式進行處理，或采取開挖防震溝和打應力釋放孔內填砂石的技術措施。

4.2 在樁基施工中，應加強現場施工管理，對每個樁位與地質勘察報告進行比對，合理計算配樁長度、送樁長度。合理配樁、送樁到位也能減少管樁材料的浪費，節約成本。送樁一致，樁體之間與土體也能形成一個整體，就不易因溜方而引起樁偏位和傾斜。在施工過程中應嚴格把握好打樁順序，優化施工流程。嚴格控制打樁速率，即控制單位時間打樁的數量，避免產生嚴重的擠土和孔隙水壓力。

4.3 土方開挖不當是造成樁偏位傾斜甚至斷樁的最主要也是最直接的原因。因此在土方開挖前，應有行之有效的開挖方案并盡行論證。其開挖順序、放坡坡度、邊坡支護應根據具體情況制定。進行基坑開挖時，要根據打樁的分布密度來選擇不同的開挖機械，同時還要充分的結合局部人工開挖的方法。在開挖過程中，一定要實施對稱開挖，分層開挖，不能一挖到底，也不能將開挖出來的土堆積在基坑周圍，防止由于堆土擠壓而造成樁偏位傾斜和基坑坍塌等事故。

5 總結和討論

從工程實例來看，造成樁偏位傾斜甚至斷樁的原因不是單一原因造成的，打樁前不利的地質條件，過程中不到位的施工管理，施工后不當的土方開挖方法，多種原因綜合引起，因此在類似工程施工前必須針對可能出現的情況采取必要的預防措施，事故發生了，再亡羊補牢已為時晚矣。

一些沿海地區的地方性預應力管樁施工技術規范中規定，在流塑狀飽和淤泥及淤泥質土層中不宜采用或慎用管樁，但由于管樁具有其施工進度快、造價低的特點在房地產行業得到了廣泛的應用，一些工程業主直接指定樁型采用預應力管樁，設計單位因利益關系只能按照業主意見而與規范要求盲打擦邊球。在飽和淤泥質地層中打樁，特別是大面積高密度樁很容易產生超孔隙水壓力，使土體有效應力大幅度降低，致使土體流變，導致樁體出現較大位移和傾斜，甚至導致斷樁。因此在飽和流塑狀淤泥質地層中樁基設計時應特別注重考慮樁密度和樁間距問題，套用標準應適當提高，不能死板硬套盲目服從業主的利益而與規范和實踐經驗打擦邊球，這一點應值得設計人員思考。上述心得體會供同仁參考，不當之處敬請批評指正。