大中型廠站構筑物PHC管樁靜載試驗沉降異常原因分析及處理措施

王 興

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092]

0 引言

隨著長江三角洲區域生態環境共同保護規劃的頒布，生態環境部對強化污水收集處理設施建設提出了新的要求，即建設綠色智能、安全可靠的城鎮污水收集處理設施。特別是在經濟發展快速的長三角地區，碳排放量巨大，減污降碳責任重，水務廠站工程建設項目中污水處理廠的處理規模日漸擴大，大中型廠站構筑物的需求也隨之持續攀升。大中型廠站構筑物是指水務廠站工程項目中主要污水處理廠（含污水回用處理廠）的各類大中型水處理工藝水池類構筑物，大中型廠站構筑物單體包括但不限于生物反應池（含曝氣池）、二沉池、高效沉淀池、反硝化深床濾池等。

PHC管樁憑借樁身強度高、施工周期短、質量易控制等優點[1]被廣泛應用在水池類構筑物中。但由于場地條件復雜、整體地勢起伏較大和施工趕進度等因素，樁基施工過程中引發了許多質量安全問題，例如：靜載試驗不合格[2]等。本文試圖通過對某工程PHC管樁靜載試驗沉降異常進行分析，并提出了相應的處理措施，為今后類似工程的樁基施工質量控制提供參考。

1 工程概況

某污水處理廠二期工程，現狀一期規模為16萬m3/d，新建二期工程規模16萬m3/d，遠期預留規模8萬m3/d，污水廠規劃總規模為40萬m3/d。一期用地面積約為16.98 hm2，遠景總規劃用地面積約為25.46 hm2。本工程生物反應池和矩形周進周出二沉池這兩個單體采用連體合建的方式，平面尺寸為175 m×155.7 m，合建構筑物單體占地面積27 247.5 m2。合建單體為鋼筋混凝土水池結構，基礎采用樁筏基礎。由于場地工程地質條件復雜，整體地勢起伏較大，樁基采用?500PHC管樁和?600鉆孔灌注樁。PHC-500-AB-100-b共2 565根，ZKZ-D600-B2-C35共1 139根，設計單樁豎向承載力特征值均為875 kN，設計樁長12～41 m。

待上述樁基施工完成后，按照樁基檢測規范需要任意選取一定數量的樁基進行單樁豎向抗壓靜載試驗。在試驗過程中有3根（1#、2#、3#）鉆孔灌注樁豎向抗壓極限承載力達到1750kN，滿足設計要求；有3根（1'#、2'#、3'#）PHC管樁出現沉降偏大的異常情況，豎向抗壓極限承載力均未達到1 750 kN，不滿足設計要求。靜載試驗檢測結果詳見表1。

表1 靜載試驗檢測結果

2 工程地質條件

本工程場地條件復雜，整體地勢起伏較大，場地北端現狀多為空地，場地中部多為建筑棄土高堆積區，場地南端現狀多為魚塘，且場地南側鄰近山體，山體較為平緩，植被發育。各地基土層的主要物理力學性質指標詳見表2。

表2 地基土的物理力學性質指標

根據地質勘察報告結論，該工程樁基礎以端承為主、摩擦為輔，兩者兼而有之，樁基礎持力層選擇⑩2層（⑩2層土層厚度不夠時選擇112層）。其中，樁端阻力特征值qpa在巖層取值時樁端進入巖層不宜小于2.0倍樁徑。

3 沉降異常情況及原因分析

3.1 沉降異常情況說明

從表1可以看出，1'#PHC管樁在前9級加載累計總沉降量為49.69 mm，在加載第10級（1 750 kN）時單級沉降量大于第9級（1 575 kN）加載時單級沉降量的5倍，且樁頂累計總沉降量超過40 mm。根據規范本次靜載試驗加載終止，最終檢測單位判定1'#PHC管樁極限承載力為第9級荷載值1 575 kN，單樁豎向極限承載力未達到設計要求。

2'#PHC管樁在前3級加載累計總沉降量為40.76 mm，在加載第4級（700 kN）時單級沉降量大于第3級（525 kN）加載時單級沉降量的5倍，且樁頂累計總沉降量超過40 mm。檢測單位判定2'#PHC管樁極限承載力為第3級荷載值525 kN，單樁豎向極限承載力未達到設計要求。

3'#PHC管樁在前3級加載累計總沉降量為91.25 mm，在加載第4級（700 kN）時單級沉降量大于第3級（525 kN）加載時單級沉降量的5倍，且樁頂累計總沉降量超過40 mm。檢測單位判定3'#PHC管樁極限承載力為第3級荷載值525 kN，單樁豎向極限承載力未達到設計要求。

以上3根樁自施工完成到豎向抗壓靜載試驗前的休止時間均為14～21 d，樁的施工工藝為靜壓沉樁。

3.2 原因分析

3.2.1 沉樁速率過快

首先，鉆孔灌注樁單樁豎向抗壓靜載試驗結果合格，對比PHC管樁靜載試驗結果不合格可以看出，地質勘察報告中的地基土層性質是準確的，故排除該項因素。

《預應力混凝土管樁技術標準》（JGJ/T 406—2017）[3]第8.4.6條規定：靜壓法施工沉樁速度不宜大于2 m/min。該場地土層上部均為飽和的淤泥及黏性土，沉樁時由于樁對土體的擠土作用，在淤泥層中產生超孔隙水壓力。靜壓沉樁速率過快，導致超孔隙水壓力和土體變形未能及時消散（超孔隙水壓力會隨著土體的隆起和側移慢慢消失），此時土體表現為彈塑性變形特征，之后土體的卸壓回彈恢復過程中致使樁身上浮，樁尖脫離持力層。最終，表現為靜載試驗時樁基沉降明顯偏大的異常情況。

3.2.2 休止時間不足

《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106—2014）[4]第3.2.5條規定：承載力檢測前的休止時間，砂土不應少于7 d，粉土不應少于10 d，非飽和黏性土不應少于15 d，對于飽和黏性土不應少于25 d。本工程由于施工趕進度，豎向抗壓靜載試驗沉降異常的3根PHC管樁休止時間均為14～21d。而且場地未進行整平，現狀地面標高距設計樁頂標高約5 m，雜填土層較厚，壓樁機行走時對土體擾動影響較大。由于樁側阻力大部分由飽和黏性土提供，休止時間太短，施工期間雨量較大，黏性土層含水量又較高，樁周土未能充分固結，其抗剪強度未能有效恢復，導致樁的靜載試驗承載力達不到設計要求。

3.2.3 打樁順序紊亂

《建筑樁基技術規范》（JGJ 94—2008）[5]第7.4.4條規定：打樁順序要求，對于密集樁群，自中間向兩個方向或四周對稱施打；當一側毗鄰建筑物時，由毗鄰建筑物處向另一方向施打；根據基礎的設計標高，先深后淺。本工程現場共進場了2臺靜壓樁機進行施工，施工單位也制定了降低擠土效應的施工專項方案，即在毗鄰現狀構筑物一側打了一排200 m長的防擠孔。但在實際打樁過程中，由于施工工期緊迫、場地未整平導致2臺靜壓樁機行走困難，打樁順序未能按照既定路線進行（大部分樁還是按區域由稀疏往密集方向施打）。生物反應池（樁間距2.4 m）和矩形周進周出二沉池（樁間距2.8 m）樁數量均較多，其中生物反應池區域內大面積樁密度較高，這種情況在可塑黏性土中擠土效應較為明顯，對樁周土擾動較大，是產生樁身上浮的重要因素之一。

3.2.4 穩壓時間過短

一般來說，當壓樁力已達到終壓力或者樁端已到達持力層時應采取穩壓措施。《建筑樁基技術規范》（JGJ 94—2008）[5]第7.5.9條第3款規定：穩壓壓樁力不得小于終壓力，穩定壓樁的時間宜為5～10 s。本工程快速壓樁施工時壓樁力一達到終壓值，靜壓樁機即刻卸壓，未采取穩壓措施，樁身此時由于快速壓樁產生的超孔隙水壓力未能及時消散而回彈，進一步加大了樁身上浮位移量，對靜載試驗檢測結果也產生了一定的影響。

4 處理措施

通過以上分析，沉樁速率過快、休止時間不足、打樁順序紊亂、穩壓時間過短等因素導致樁身上浮，是此次靜載試驗不合格的主要原因。因此，沉樁時必須重視樁身上浮問題。為消除樁身上浮對樁豎向抗壓承載力的影響，待全部樁基施工完成后對所有PHC管樁復壓兩次，復壓壓樁力建議2.5倍豎向抗壓承載力特征值，復壓順序自單體區域中間向兩個方向或四周對稱復壓。復壓結束后，對管樁標高進行復測，如若仍有樁身上浮現象，對上浮樁再次進行復壓，最終待休止時間達25 d以上再對試驗樁進行靜載試驗檢測。

對所有PHC管樁復壓休止時間達到25 d后，采取驗證與擴大檢測法，重新隨機選取試驗樁進行豎向抗壓靜載試驗。最終，所測試驗樁豎向抗壓極限承載力均滿足設計要求。

樁身完整性檢測方法選擇低應變檢測，按規范規定與靜載試驗同步進行，所測試驗樁的樁身完整性檢測結果評價均為I類樁或II類樁，不會影響樁身結構承載力的正常發揮，可以作為工程樁使用。

以上檢測結果驗證了復壓是處理樁身上浮最有效的補救措施，同時驗證了PHC管樁豎向抗壓靜載試驗沉降異常的主要原因是樁身上浮。

5 結論

對于存在較厚飽和淤泥層和可塑黏性土層時，采用PHC管樁作為樁基礎，樁身上浮的問題必須引起重視。減小樁身上浮對樁設計承載力產生影響的幾點建議如下：

（1）樁基施工過程中沉樁應緩慢進行，靜壓法施工沉樁速度不宜大于2 m/min。

（2）承載力檢測前的休止時間應達到規范允許限值，不能因為施工趕進度而無視從壓樁完成到靜載試驗檢測時的間歇時間。

（3）嚴格控制壓樁順序，以降低擠土效應，從而減小樁身上浮量。對于施打大面積密集樁群時，自中間區域向兩個方向或四周對稱施打。當一側毗鄰現狀建（構）筑物時，由毗鄰現狀建（構）筑物處向另一方向施打。

（4）為了能夠及時發現樁身上浮的問題，每根PHC管樁施工結束后，都必須準確地測量樁頂標高。在樁基施工過程中，施工管理和監理相關人員往往只關注樁長或終壓值是否滿足設計要求，忽視了打完樁還要測量樁頂標高，這樣在出現事故樁后很難辨別樁身是否上浮。在靜載試驗檢測開始前，再對樁頂標高進行復測，兩次測量的樁頂標高進行核對確認樁身是否上浮，若樁身上浮，應及時采取復壓的處理措施。