预应力混凝土管桩偏位实例分析与加固处理.pdf

浙江 建筑 ， 第 3 2卷 ， 第 9期 ， 2 0 1 5年 9月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n ，V o 1 ． 3 2，N o ． 9，S e p ． 2 0 1 5 预应 力混凝 土管桩偏位 实例分析 与加 固处理 An a l y s i s o n t h e De v i a t i o n Ca s e a n d Re i n f o r c e me n t Tr e a t me n t o f t h e Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e Pi p e Pi l e 周 敏 zHoU M i n f 浙 江 省 城 乡综合 设 计 院有 限公 司 ． 浙 江 杭 州 3 1 0 0 0 5) 摘要 ： 通 过考虑基桩桩侧土的弹性抗力作用 ， 对永跃大厦预应力混凝 土管 桩桩身偏 位进行受 力分析 ， 并针 对偏位程 度的不 同 ， 提出了不同的纠偏 加固处 理措施 ， 最终取得 了预期 的效果 。 关键词 ： 预应力 混凝土管桩 ； 桩顶偏位 ； 纠偏处理 ； 静止土压力系数 k 。 中圈分类号 ： T U 4 7 3 ． 1 3 文献标志码 ： B 文章编 号： 1 0 0 8— 3 7 0 7 ( 2 0 1 5) 0 9—0 0 2 3— 0 6 预应力混凝土管桩具有造价低 、 施工速度快等 特点 ， 近年来在多高层建筑基础设计 中被广泛使用 。 但是 ， 因为预应力混凝土管桩在 自身平面 内抗弯刚 度较小 ， 在基坑开挖阶段 ， 当遇到较大的土体侧向压 力时 ， 管桩很容易发生较大的水平侧移 ， 造成桩身破 坏 。此 时若 分 析处 理不 当 ， 盲 目继 续施 工 ， 往 往 容易 留下安 全 隐患甚 至 酿成 工程 事故 。 1 工 程 概 况 舟 山市永 跃 大厦位 于浙 江省 舟 山市普 陀东 港新 区 2 9—1 8 # 地块 ， 距离朱家尖大桥往北约 8 0 0 m处 。 由一栋 1 9层 主楼 和 3层 裙 房组 成 ， 设 1层地 下 室 。 地下室层高 5 ． 0 m， 主要用作汽车库及设备用 房； 地 上首层 层高 为 5 ． 0 m， 主楼 主要 功 能 为大 堂 庭 院 ， 裙 房主要功能为商业 网点 ； 2层层高为 5 ． 0 m， 主楼主 要 功 能 为 办 公 ， 裙 房 主 要 功 能 为 餐 厅 和 后 勤 用 房 ； 3层层高为 4 ． 8 m， 主楼 主要 功能 为办公 ， 裙房 主要 功 能为会议和附属用房； 主楼 4一l 9层层高均为3 ． 9 m， 主要 功能为办公 。主楼 与裙 房之 间不设抗 震缝 。 工程总建筑面积 2 5 3 8 3 m ( 其 中地下部分建筑 面积 约为 4 3 2 4 m ) ， 主楼 结 构高 度为7 7 ． 6 0 0 m。采 用全现 浇钢 筋混 凝 土框 架 一剪 力墙 结 构 ， 设 计 基 本 地震加速度为 0 ． 1 0 g ， 地震分组为第一组 ， 场地土类 别为Ⅳ类。框架及剪力墙抗震 等级均为二级 ， 填充 墙采用蒸压加气混凝土砌块。 1 ． 1 i层分 布 根据海军东海建筑安装工程中心勘测队提供的 《 永跃大厦岩 土工 程勘察报告》( 工程编 号 2 o 0 9 — 0 4 —0 l 0 ) ， 地基 自上 而下分 布情 况 见表 1 。 各 地基 土层 基础 设计参 数 见表 2 。 表 1 各 土层 主要物理力学参数 收稿 日期 ： 2 0 1 5— 0 5一l 9 作者简介 ： 周敏( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 浙江杭州人 ， 高级工程师 ， 从事结构设计工作。 2 4 浙江建筑 2 0 1 5年第 3 2卷 1 ． 2水 文 地 质 条 件 场区勘探深度 ( 8 3 ． 0 m) 范围内地下水属上层 滞水 ， 主要 赋存 于素 填 土 底 部 和淤 泥 质 黏性 土 层 上 部。受大气降水竖向人渗补给及地表水体下渗补给 为主， 径 流缓 慢。勘察 期 间 ， 钻 孑 L 稳定 水 位 埋 深 0 ． 1～ 2 ． 6 m。水位变化 主要受大气降水影响， 接受 大气降水垂直渗入补给。根据舟 山区域水文地质资 料 ， 结 合气 候和 降水特 点 ， 明确地 下室抗 浮 验算最 高 水位 宜从 地表算 起 。 综合 考 虑施 工 工 期 和工 程 造价 ， 桩 型 采用 先 张 法预应力混凝土管桩 ， 锤击法施工。基础采用柱下 独立 承 台和墙 下筏板 承 台 。 裙房 区域 管 桩 采 用 P C—A B 6 0 0 ( 1 0 0 ) ， 桩 身 混 凝土强度等级 C 6 0， 桩径 6 0 0 m m， 壁厚 1 0 0 mm。桩 长 4 8 m、 4节， 单 桩竖 向抗 压 承载力 特征 值 R = 2 0 0 0 k N， 桩端 进 入 持 力 层 ( 7号 粉 质 黏 土 ) 深 度 ≥ 2 ． 5 m。施 工时 以桩长 控制 为 主 ， 以贯人 度 ( 最 后 3 0 击 ， 每 1 0击 贯 人 深度 不 大 于 8 0 m m) 控 制 为辅 。共 1 41根 。 裙 房 区 域 底 板 另 外 增 设 2 0 9根 P C—A B 6 0 0 ( 1 0 0 ) 抗拔 桩 ， 桩 长 1 5 m。 以桩 长控 制 为 主 ， 单 桩竖 向抗拔承载力特征值 R 。 =1 7 0 k N 。共 2 0 9根。 主 楼 区 域 框 架 柱 下 管 桩 采 用 P H C —A B 8 0 0 ( 1 1 0 ) ， 桩 身混 凝 土 强 度 等级 C 8 0 ， 桩径 8 0 0 m m， 壁 厚 1 1 0 mm。桩长 6 4 m、 4节 ， 共 6 0根 。 主楼 区域 核 心 筒 下 管 桩 采 用 P H C—A B 8 0 0 ( 1 1 0 ) ， 桩身混凝土强度等级 C 8 0 ， 桩径 8 0 0 m m， 壁 厚 1 1 0 m m。桩 长 7 2 m、 5节 ， 共 4 8根 。 主楼区域所有单桩竖 向抗压承载力特征值 均取 4 3 5 0 k N； 桩 端 进 入 持 力 层 ( 9号粉 质 黏 土 ) 深 度 ≥2 ． 5 m。施 工 时 以桩 长 控制 为 主 ， 以贯 入度 ( 最 后 3 0击 ， 每 1 0击 贯 人 深 度 不 大 于 5 0 mm) 控 制 为 辅 。 设计要求建筑物最大沉降量不超过 1 8 0 m m； 主 楼 核心筒 与外 围框 架 柱 之 间 、 主楼 框 架 柱 与裙 房 框 架 柱之 间 、 裙 房框架 柱之 间沉 降 差 均不 超 过 0 ． 3 ％ 。 为 实现这 一 目标 ， 设 计人 员采 取 以下措 施 ： ( 1 ) 主楼 核 心筒下 桩基 进行 变 刚度 调 平设 计 ( 核 心 筒部 位 的 有效桩长 比外围框架柱下 的有 效桩长加长 8 m) ； ( 2 ) 主楼 与 裙 房 之 间设 置 沉 降 后 浇 带 ， 该 沉 降 后 浇 带 宜在 两侧 主 体 结 顶 后 至 少 1 4 d方 可 进 行 浇 灌 。 采取上述措施后 ， 建筑物 的沉降量 和沉降差计算均 能 满足 规范及 设计要 求 。 2 问题 出现 2 0 1 0年 2月 开始 施 工 本 工 程 围护 桩 ， 围 护 桩 由两 排 4 ) 8 0 0水 泥 搅 拌 桩 止 水 帷 幕 和 一 排 4)1 0 0 0 钻孔灌注桩 组成 。2 0 1 0年 5月 围护桩 施 工 完 毕 。 2 0 1 0年 1月 1 3 日开 始 打 工 程 桩 试 桩 ， 试 桩情 况 良好 。在 整个工 程 桩 施 工 过程 中 ， 除裙 房 北 侧有 极少数工程桩欠送 3～ 4 m外 ， 其余基桩施工都 比较 顺 利 。2 0 1 0年 6月采 用 堆 载法 进 行 桩 基 静 载 荷试 验， 结果完全符合规范及设计要求 。 2 0 1 0年 7月 开 始进 行 全 面 基 坑 开 挖 。但 由 于 在基 坑 开 挖过 程 中 ， 施 工 单 位 未 能做 到 均 匀 、 分 层 开挖 ； 也没 有严格控 制相邻 基坑一 次性开 挖高差 小 于 1 ． 0 m； 更 没 有 做 到 随 挖 随 撑 、 实 时 监 控 。 因 此 自 2 0 1 0年 7月 2 0 日起 ， 就 陆续 有 开挖 后 的 较大 桩偏 位 报 告 汇报 给建 设 单 位 和 设 计 单 位 。考 虑 到 发 生偏 位 的桩 数 量 较 多 ， 数 值 较 大 ， 笔 者 和相 关 设 计人员于 2 0 1 0年 8月初 到现场进行实地考察 ， 发 现 了 一些 比较 明显 的 问 题 ： 一 是 开 挖 班 组 各 自为 政 ， 开 挖 深 度 、 范 围 和 层 次 非 常 不 均 匀 ， 造 成 相 邻 第 9期 周 敏： 预应力混凝土管桩偏位实例分析与加固处理 基 坑 开 挖 高差 往 往 达 到甚 至 超 过 1 ． 8 n l ； 二 是裙 房 外 围 的围 护 桩 有 些 变 形 比 较 严 重 ， 围 护 桩 桩 后 土 体 明显滑落 至基坑 ； 三 是围护 设计 未能有 效地控 制坑 中坑 开挖 时 土 体 的侧 向位 移。针对 上 述 问 题 ， 笔者要求施工单位立 即调整施工 方案 ， 并 确保 做 到以下 几点 ： 一是严 格控制 相邻 基坑 开挖高 差 不得 超 过 0 ． 8 i n； 二 是对 已经 失 效 的 围护 桩 尽 快 清 除 ， 改 为 自然放 坡 ； 三 是 要 求 施 工 单 位 在 开 挖 主 楼 核心筒下 的坑 中坑承 台之前 ， 补 打部分 围护桩 并 增加三条 混凝土 水平支 撑梁 ； 四是 要求 在基 桩全 部开挖完成后 ， 必须暂停施 工 ， 等到对所有 基桩进 行 检测 、 评 估 和制 定 加 固措 施 以 后 ， 才 能 正 式 进 入 下 道施 工 工 序 。 3 原 因 分 析 2 0 1 0年 8月 3 1日五 方 主 体 单 位 在 现 场 召 开 了桩 基偏 位处 理 协 调 会 。在 认 真 听 取 各 方 的 主要 意见之后 ， 笔者又仔细查 阅了施工现场 记录 ， 虚 心 询问了工程桩具体施工 人员 ， 做 到心 中基本有数 。 然 后 会 同 建设 单 位 、 监 理 单 位 、 施 工 单 位 主 要 负 责 人员下到基 坑底 ， 对 照施工记 录 中偏 位数 值较 大 的桩 ， 现 场 重 新 复 核 。 经 过 几 天 的 分 析 、 思 考 ， 笔 者提出了 自己的观点 ： 一是所 有开 挖后 的桩都 应 该补做低应变检测 ， 明确最终 桩身质量 ； 二是结合 桩 偏位 数 值 ， 对 于 偏 位 在 验 收 规 范 允 许 范 围 内 的 I、 Ⅱ类 桩 ， 明确 可 以 继 续 使 用 ； 对 于 Ⅲ 、 Ⅳ类 桩 及 偏 位 超 出验 收 规 范 允 许 范 围 的 I、 Ⅱ类 桩 ， 均 应 进 行加固或 补钻孑 L 灌注桩 处理 ； 三是 对于 有些偏 位 特别大的桩 ， 无论检测结 果是哪类桩 ， 都 应该废弃 不 用 ， 重 新 补 钻孔 灌 注 桩 。 对于第一条处理建议 ， 大家都没有异议。 对于第二条如何界定验收规范允许的偏位数值 范 围 ， 各 方 有不 同理 解 。施 工单 位认 为 ， 有效 桩长 为 4 8～ 6 4 m， 参 照 《 建筑 地基基 础 工程施 工 质量验 收 规 范 ( G B 5 0 2 0 2 --2 0 0 2 ) 》 第 5 ． 1 ． 4条 ， 关于灌 注桩垂 直 度允 许 偏 差 为 1 ％ 计 算 ⋯ ， 则 管 桩 的垂 直 度 允 许 偏 差值 为 4 8 0～6 4 0 m m； 如 果 再 加 上 桩 本 身 施 工 允 许 的水 平偏 差 ( D ／ 2= 3 0 0～ 4 0 0 m m) ， 那 么最终 桩 的 允许偏差可达到 7 8 0— 1 0 4 0 I"D _ m。施 工单位认为偏 位小于上述数值的桩 ， 只需简单处理 即可， 不需要采 取加 固措施 。笔者 认 为 上 述 意见 明显 欠 妥 ， 一 是 实 际桩 的偏 位均倒 向开 挖 的基 坑 中 心 ， 有 明显 的规 律 性 ， 而并没有呈现随机分布。二是如果按照施工单 位 的说 法 ， 管桩 在施 工时 全长倾 斜 ， 那么 当下 一节 管 桩 进入 土层 后 ， 在施 工上 一节 管桩 时 ， D 6 0柴 油锤施 加 在上 一节 管桩 桩 顶 的 力 ， 将 对 上一 节 管 桩 桩 底 及 上、 下节管桩之间的连接焊缝产生较大的附加弯矩 。 简 图示 意 见 图 1 。 锤击力 5 0 0 0 k N 图 1简 图 示 意 查 阅浙 江省 标准 图集 《 先 张 法 预应 力 混 凝 土 管 桩 ( 2 0 1 0浙 G 2 2) 》可 得 ， 柴 油 锤 的 冲 击 力 为 5 0 0 0— 7 0 0 0 k N， Mk 附 加=5 0 0 0 k N( 1 5 m l ％ )= 7 5 0 k N I l l 。远 远 超 过 管 桩 的 抗 裂 弯 矩 M = 4 7 1 k N i n ， 且 基 本 接 近 管 桩 的 极 限 弯 矩 M = 7 7 1 k N m。那么在施工过程 中， 每一节管桩都 已经 开裂甚至接近破坏， 根本不能正 常使用。但 随后 的 低应变检测结果并没有反映 出这一现象。因此笔者 认为桩 施 工过程 中 ， 桩全 长 范 围存 在 上述 偏 位 基 本 上是 不可 能发 生 的 。造 成上 述偏 位结 果 的原 因是在 基坑开挖过程 中， 一次性单侧开挖深度过大， 基坑围 护 ( 尤 其是 坑 中坑 围护设 计 ) 不 到位 ， 从 而 造 成处 于 软 土范 围 内的上部 两节 管桩 向基 坑 中心倾 斜 。而第 三节管桩 以下均位 于相对较好的土层中， 土体流动 性 明显减 弱 ， 受基 坑开 挖 的影 响也大 大减少 ， 可 以初 步判断第三节管桩及以下桩 的偏位可以忽略不计。 由浙 江宏 宇 工程勘 察设 计有 限公 司提 供 的低应 变检 测 结果也 表 明 ， 绝 大 多 数 6 0 0的 Ⅱ、 Ⅲ类 工 程 桩 ， 缺 陷 部 位 均 出 现 在 桩 顶 以下 1 1—1 3 m； 绝 大 多 数 @8 0 0的 Ⅱ、 Ⅲ类工程桩， 缺陷部位均 出现在桩顶以 下 l 4—1 6 m； 也 就是第 一 节 与第 二 节 管桩 焊 接 连 接 部 位 附近 。 4纠偏 处理 施 工 单 位提 出 以下 方 案 ： 第 一 步 是 用 千斤 顶 对 偏位管桩实施顶推工艺 ， 尽量使其复位 ； 第二步是对 第 9期 周敏 ： 预应力混凝士管桩偏位实例分析与加固处理 R h一4 ． 9 0 。 则当 =3 ． 2 8 I n时， 取得最大值 = 5 2 ． 8 2 X 3 ． 2 8—1 ． 6 3 3 ． 2 8 。 ： 1 1 5 ．7 3 k N m。 弯矩标准 值作用下的 M=M⋯／ 性 模 量：3 ． 1 8 N ／ ram ； 轴力标 准值作用下的 N=Ⅳ m 。 ／ A 净 面 积 =2 2 ． 1 5 N ／ m l n 2 o 计算 结果 汇总见表 3 。 表 3 8 0 0工 程 桩 不 同 偏 位 桩 身 应 力 汇 总 裙房区域最典型的为框架柱下三桩承台， 参照 ( ) ]= R 。 一 4 ． 0 0 x 。计算结果汇总见表 4 。 上述做 法 ， b 。 =1 ． 2 6 m； 肘 = R h 一1 ． 3 4 。 [ 表 4西 6 0 0工 程桩不 同偏位桩 身应力汇总 明确 了各种 偏 位 工程 桩 的承 载 力 折减 幅度 后 ， 各方意见基本统一 。结合低应变检测结果 ， 分别采 取 在管 桩 内 灌 芯 、 废 弃 一 部 分 工 程 桩 、 补 打 ～ 部 分 q ~ 6 0 0和 @8 0 0的钻 孔灌 注桩 、 加 大部 分 承 台尺 寸 和 基础梁配筋等措施进行加固处理。加 固桩位平面布 置 图见 图 4。 工程桩 的具 体加 固做 法见 表 5 。 具 体 的加 固工 作 从 2 0 1 0年 7月 开 始 ， 持 续 到 2 0 1 0年 l 2月结束 。要 求加 固后 的灌芯及 补桩 桩 身完整 性 应 至 少满 足《 建 筑 基 桩 检 测 技 术 规 范 ( J G J 1 0 6 —2 0 1 4) 》 中规 定 的 Ⅱ类桩 要 求 ； 同时 必须满足《 建筑地基 基础工程 施工 质量验 收规 范 ( G B 5 0 2 0 2 --2 0 0 2 ) 》 ⋯等其 他 国家和地方 相应验 收 规 范规 定 。2 0 1 1年 1 0月 2 8 日该 工 程进 行 中 间 结构验收， 2 0 1 2年 1 1月 2 4日该工程进 行竣工 验 收 ， 沉降观测共 布设 1 4个 点 ， 根 据规 范规 定及 施 工进度要求进行沉降观测 ， 共观测 2 2次。第 一次 观 测 日期 为 2 0 1 1年 1月 2 3日， 最 后 一 次观 测 日期 为 2 0 1 1年 1 0月 1 4 日。最 大 沉 降 量 为 1 1 mm， 最 小 沉 降量 为 5 mm。说 明 该 建 筑 物 整 体 沉 降 均匀 ， 沉降速率 基本平 稳 ， 桩基 的加 固处 理取 得 了预期 的效 果 。 2 8 浙江建筑 2 0 1 5年第 3 2卷 图 4加固桩位 平面布 置图 表 5工程桩加固措施汇总 5 结语 言 篙蓑 轰 毫 预 应 力管 桩 虽然 具 有 t ie 常 明显 的优 点 ， 但 是 在 然 ， 桩 基设 计 的方案 一旦 确定 ， 面对管 桩基 础产生 的 基坑开挖过程中容 易产生桩偏 位、 桩身断裂等各种 ( 下转第4 4页)