蘇北地區(qū)管樁擠土浮樁原因的探討與處理方法

沈 建，雍洪寶，李東昌

（1.淮安市建筑工程質量檢測中心有限公司，江蘇 淮安 223002；2.淮安市建筑科學研究院有限公司，江蘇 淮安 223002）

0 引言

預應力管樁由于其生產速度快、樁身質量較好，施工現(xiàn)場環(huán)境好、施工方便等優(yōu)點，已成為被廣泛采用的一種基礎形式。在使用過程中出現(xiàn)了許多問題，主要有：①沉樁時樁周土體產生豎向隆起和水平移動，使臨近樁產生上浮、移位，使樁身受拉或受剪斷裂，對臨近建筑物和地下管線造成破壞；②沉樁時樁周土體被擾動和重塑對含水量高的黏性土、特別是飽和黏性土破壞樁周土的原有性狀，使側阻力下降。

管樁是完全擠土樁或部分擠土樁，在沉入時要排開一定土體，因此在軟土地基施工過程中對周圍土體產生一定的撓動而導致浮樁。上浮一般從幾毫米到幾百毫米，造成承載力大幅度降低，給工程安全帶來嚴重隱患。

1 樁上浮機制分析

圖1 樁體受力模型

樁體受力模型如圖 1 所示，根據圖 1 受力分析，作用在模型上有各種水產生的浮力、土體隆起（或隆起趨勢）等因素產生的上浮力、摩擦力和重力及土體固結沉降產生的負摩阻力，樁體是否上浮實質是四者平衡關系協(xié)調的結果。各種水產生的浮力為樁體排除水的體積和水的密度乘積，顯然浮力與水的深度密切相關。浮力沿深度增大。上浮力跟土體性質、布樁密度、沉樁的順序、時間間隔及工藝等有關，布樁密度越大、沉樁速度越快、沉樁時間間隔越短，土向上隆起（或隆起趨勢）越大，樁對樁周土的向下摩擦力越強，同時由于作用力和反作用力的關系，樁周土對樁的上浮力越大。摩擦力與土與樁之間的摩擦系數(shù)及外界施加的力有關。當浮力與上浮力之和大于重力及土體固結沉降產生的負摩阻力和向下的摩擦力時，樁體出現(xiàn)上浮。另外，管樁沉到設計標高時，卸載后土體自身有恢復的趨勢會使樁體出現(xiàn)回彈的現(xiàn)象或趨勢，這也是樁體上浮的一個因素［1］。

2 群樁上浮的分析

大量工程的施工和檢測表明：樁的上浮主要因素有：①樁基的面積置換率、樁的布置形態(tài)和施工工藝密切相關。面積置換率越小，上浮量越大。打樁時由中間向兩邊或由一側向另一側打時，一般先打的較后打的樁上浮量大。樁頂標高不一致的，標高高的樁上浮量較大、先施工的上浮較后施工的上浮大。所以打樁時要盡量不產生相同方向上土體位移及應力的疊加。樁間距較小、樁基的面積置換率較小時，可以采取引孔等措施減少擠土效應。②土層性質、土的含水量、滲透性是超靜孔隙水壓力形成的因素。土越軟、含水量越大、滲透性越小土的超靜孔隙水壓力越大，上浮就越大。施工時可以采取設置應力釋放孔、增加排水路徑等措施，加速土層固結，控制沉樁速率。

2.1 工程實例 1

宿遷沭陽某小區(qū)設計為剛性復合地基，剛性樁為PHC-400A（95）-12，樁距間距為 1.6～4.0 m，以 1.6 m 為主，置換率為 3.5 %，單樁極限承載力為 2 200 kN，持力層為③層土。地質分布：①黏土、可塑；②黏土、可塑，飽和土；③黏土、硬塑，飽和土。打樁過程中發(fā)現(xiàn)有部分樁上浮，抽取 3 根做靜載試驗，Q-s曲線如圖 2 所示。

從圖 2Q-s曲線可以看出得出，三根樁均為先陡降后恢復承載能力接著又陡降［2］。即由于樁體上浮樁端懸空或或樁端土反彈造成的空虛，嚴重降低端承力、同時降低樁側摩阻力的發(fā)揮。實際承載力與上浮量相關，一般上浮量越大，造成承載力損失越大。Q-s曲線陡降到一定程度后，隨著樁底接觸及樁端土的壓密，承載力有所恢復，說明樁承載力下降主要是由于樁上浮引起的。通過壓密樁端土及樁土間的較大位移可以恢復或部分恢復樁的承載力。

圖2 Q-s 曲線

經專家討論后認為，本項目為單節(jié)樁而且樁較短，結合Q-s曲線及樁頂標高實測，浮樁量在20～80 mm 左右。確定采用 4.0 t 錘復打來消除上浮現(xiàn)象，控制標準為 5 cm 不少于 30 擊、樁貫入度不少于 10 cm，復打后靜載檢測曲線如圖 3 所示。

復打前、后檢測表明復打能夠消除上浮的影響，但復打時也會產生其他問題，如錘擊能量控制不好導致大量樁頭破損、錘擊時容易偏心。

2.2 工程實例 2

淮安某大型購物廣場設計樁型 PHC-600（130）AB-C80，樁長 34 m，樁間距 2.1 m，單樁豎向抗壓承載力極限值 5 800 kN，持力層為⑤層土。土層情況：①雜填土；②粉土；③粉質黏土；④粉砂；⑤黏土。地下水位：-1.5 m。抽取 3 根做靜載曲線如圖 4 所示。

從圖 4Q-s曲線得出，3 根樁均為先陡降后恢復承載能力接著又陡降。其中 5 # 樁低應變曲線發(fā)現(xiàn) 10 m 處有嚴重缺陷反射，綜合分析得，此樁由于上浮導致 10 m 處脫節(jié)，Q-s曲線陡降到一定程度后，兩節(jié)樁靠起來后，承載力有較大提高。123 #、267 # 樁低應變曲線未發(fā)現(xiàn)缺陷反射，Q-s曲線陡降到一定程度后，隨著樁底接觸及樁端土的壓密，承載力有所恢復，說明樁承載力下降主要是由于樁上浮引起的。通過壓密樁端土及樁土間的較大位移可以恢復或部分恢復樁的承載力。上浮還可能引起接頭脫開，在施工和檢測中要引起重視，否則會給工程留下重大安全隱患。

圖3 復打后 Q-s 曲線

圖4 Q-s 曲線

專家會議確定采用樁端注漿、樁孔內全長布鋼筋籠、澆筑 C40 細石微膨脹混凝土的處理方案。處理后選取 3根做靜載檢測，全數(shù)做低應變檢測。檢測結果：極限承載力均能達到設計要求，樁身完整性符合規(guī)范要求，未發(fā)現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象。

3 樁上浮的預防措施

為了避免或減少樁的上浮，可以采取以下措施。

1）合理安排施工順序，宜采用自中間向兩側進行沉樁，減少樁間土體位移及應力的疊加，從而緩解樁上浮。在基坑中沉樁要注意坑邊緣沉樁參數(shù)的控制，由于坑邊土體所產生的附加荷載使得邊界受約束，向場地外排放較困難，同時基坑挖出土體使得基坑底部以下土體受力平衡破壞，導致樁周土產生向上的摩擦力，增加了樁上浮的趨勢［3］；

2）在施工現(xiàn)場及周圍合理布設部分應變、應力釋放孔，可在鉆好的孔中填入級配砂石，選擇適當數(shù)量和深度的釋放孔，釋放孔的形式可根據現(xiàn)場沉樁效果合理選??；

3）預鉆孔沉樁。鉆孔孔徑宜較樁徑適當減小，深度為樁長的 1/3～1/2，具體孔徑和深度要根據現(xiàn)場土的性質和試樁結果確定；

4）采取跳打施工工藝；

5）在沉樁前一段時間設置袋裝砂井或塑料排水板，減小打樁速度，沉樁結束后一段時間繼續(xù)保持砂井或塑料排水板的功能，以消除或減少孔隙水壓力同時可以加快固結沉降；

6）控制樁布置密度、間距及樁布置的形態(tài)。樁布置密度要小，通常樁中心距≥ 4 d，具體布置密度和樁中心距要根據土質和含水量確定，樁布置的形態(tài)要考慮沉樁時減少樁間土體位移及應力的疊加。

4 樁上浮處理技術措施

對出現(xiàn)浮樁現(xiàn)象的樁基，通常采取以下幾種處理措施。

1）壓力注漿，對浮樁進行樁底（側）后注漿，壓力注漿的控制標準要根據工程實際情況和試驗結果確定［4］；

圖5 低應變曲線

2）由設計單位根據現(xiàn)場檢測結果進行補樁處理；

3）由設計單位核算后對基礎進行加固，對基礎底板進行加厚處理，增加底板剛度充分考慮基礎沉降量偏大以保證結構安全可靠；

4）復打或復壓，先選取少量上浮樁進行試打或試壓，達到預期效果后再對浮樁進行復打或復壓，嚴格控制復打或復壓的指標參數(shù)；

5）改變地基受力形式，一般補打散體材料樁等柔性樁或按剛性復合地基進行重新設計。

每一種方法都有一定的適用性，應結合當?shù)氐慕涷灪凸こ虒嶋H情況確定。

5 結語

本文基于兩個工程案例結合地質情況分析了樁上浮的機理、上浮對樁身受力的影響，結合上浮后采取的處理方案及達到的處理效果，提出樁上浮的預防措施和處理技術措施，可供實際工程應用參考。