预应力混凝土管桩挤土上浮机理及其控制措施.pdf

江苏建 筑 2 0 1 1 年增 刊( 总第 1 4 4期 ) 7 7 预应力混凝土管桩挤土上浮机理及其控制措施 魏 云贞 靖 崇祥 ( 扬州 市建 苑工 程监 理有 限责 任公 司 ， 江 苏扬 州 2 2 5 1 1 0 ) 摘 要】 挤土效应造成预制桩上浮是一个常见的问题， 这会明显降低单桩承栽力。采取适当的预防措施能有效消除或减 少挤 土效应 从 而避免浮桩现 象。 关键 词 挤土效应； 浮桩； 承栽力； 孔隙水压力 【 中图分类号 T U 4 7 3 1 3 【 文献标识码】 A【 文章t i i - l O 0 5 6 2 7 0 ( 2 0 1 1 ) S 0 - 0 0 7 7 - 0 3 Th e M e c ha n i s m a nd Co nt r o l M e a s u r e o f Up wa r d M o v i n g by S o i l S q u e e z i n g o f P r e s t r e s s e d Co n c r e t e Pi p e P il e WEI Yu n - z h e n J I NG C h o n g - x i a n g ( Ya n g z h o u J i a n y u a n c o n s t r u c t i o n s u p e r v i s i o n Co ， L t d， Ya n g z h o u J i a g n s u 2 2 5 1 1 0 C h i n a ) Abs t r a c t ：Th e up wa r d mo v i n g o f p r e c a s t i n g p i l e c a u s e d b y s o i l s qu e e z i n g i s a c o mmo n p r o bl e m， a n d i t c a n o b v i o u s l y d e c l i n e t h e b e a r i n g c a p a c i t y o f s i n g l e p i l e P r o p e r p r e c a u t i o n me a s u r e c a n a v o i d t h e p i l e S u p w a r d mo v i n g b y e l i mi n a t i n g o r d e c r e a s i n g s o i l s q u e e z i n g e f f e c t e f f e c t i v e l y Ke y wo r d s ：s o i l s q u e e z i n g e f f e c t ；fl o a t i n g p i l e ；b e a r i n g c a p a c i t y ；p o r e w a t e r p r e s s u r e 0前 言 预应 力混凝土 管桩是挤 土桩 ， 在打 ( 压 ) 人土层 时要挤 排一定量 的土体 。因而使得 桩周 土体产生垂直隆起和水平 方 向的位移 。由于桩身 的挤 入 ， 土层 中的空隙水压力增大 ， 其传播和消散使得 土体 随之蠕变 ，又会导致土体的垂直隆 起和水平位移 。 土体垂直方 向的隆起 ， 可能造成近邻 已压人 的桩产生上浮 ， 即桩端“ 吊脚 ” 。因而 。 造成 桩的承载力达不 到设计承载力要求 。本 文根据南 京某住宅区预应力管桩施 工实践 分析预应力管桩在 中等压缩 性土层中挤土上浮机 理 ， 并由此提出避免桩体上浮 的有效技术措施 。 1工 程 概 况 南京某住宅 区由 1 2幢 2 0 2 6层高层组成 总建筑面积 约 2 4万 。住 宅楼 均为剪力墙结 构 8幢住宅有 地下室 1 层 ， 并与地下人 防车库连通 。 对沉降要求 比较严格 。l 2幢住 宅楼均采用 P H C A B 6 0 0 ( 1 3 0 ) 管桩 ， 桩长平均 2 8 m， 持力层 为粉 质粘 土 ， 单 桩极限承载力设 计值为 4 4 0 O k N 。 布桩总数 为 2 8 2 0根 ， 地基物理力学性质见表 1 。 2 沉桩 上浮统计测量 本工程采用抱压机静压沉桩 。为减少 压桩挤土效应对 桩 的不利影 响 ， 沉桩顺序采取 由中间向四周沉桩 ， 同时还采 取双 向跳 打办法。 为加快 工程 进度 ， 开展 了大 面积工程桩施 工 。 在打桩过程 中已发现桩普遍有 不同程度 的上浮现象。 打 桩结束后 ， 经测量发现 ， 桩上浮量大于 1 5 c m 的约占5 2 0 ， 在 1 0 c m 与 1 5 c m之 间的桩 占 1 2 6 4 ，在 5 c m 与 1 0 e m 之 间的桩 占 1 7 0 3 ， 最大上浮量 达到 2 8 5 c m， 将桩上浮 量 进行整理分析发现 ， 群桩 上浮情况 呈现规律性 ， 桩体 上浮量 与桩密度 、 桩位及沉桩顺 序有关 。桩越 密上 浮量 越大 ， 中间 桩上浮量较边桩大 。前期施工 的桩上浮量较后期施 工的桩 大 。桩上浮量在密桩 区四周 出现等值闭合线 。 3 对 桩 上 浮 机 理 分 析 管桩上浮 的原 因主要是挤土效应 ，本工程 土层 种类 较 多 。 因而沉桩挤 土效 应是 不同的。在饱 和软粘土中沉桩时 ， 由于 土具有弱渗透性 和不排水 时的低压缩性 桩周 土体 受 到强 烈扰 动 同时土体颗粒 间孔 隙内的 自由水被挤 压形成 超静孔 隙水压力 ， 使土体剪切而破坏 ， 因而 与桩体差 不多等 量 的土体f 除 开 口桩尖“ 土塞 ” 土1 在沉桩过 程中 向桩周侧 向 位移 和竖 向隆起 。 在粘土 中沉桩 ， 土体挤压状况与饱和软粘 土不 同， 由于管桩达到终压值时稳压时间短 。 桩周及桩 端的 土体结构 未被完全破坏 ， 表现一定程度的弹性 ， 因而在卸载 后 回弹量较大 ， 这也是造成桩体上浮又一个原因。 为能说明 桩上 浮的道理 可以建立一个隔离体模型 ， 如 图 1 所 示。图 中 ，为浮力 ， G为重力 ， q为牵 引力 ， q ， 沿 桩周分布 。3种力 垫 旦垄匾查签 。 受 塑签 下底面的压力差， 由于孔 【 收稿日 1 2 0 1 1 1 0 - 1 1 作者简介 魏 云 贞 ， ( 1 9 7 1 一 ) ， 扬 州 市 建 苑 工 程 监 理 有 限 责 任 公 司 总 经 理 ， 工 程 硕 士 ， 高 级 工 程 师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 8 江苏建 筑 2 0 1 1年增 刊( 总第 1 4 4期 ) 表 1 地基土主要物理力学参数 F G 图 1 隔离体模型 隙水压力沿深 度呈非线性增大 ， 因而浮 力亦 沿深度增大 。 随 着管桩 以一定 速度下沉 ， 土 向上 的位移 速率 越大 ， 桩对桩 周 土的 向下摩擦力越 强 。 根据作用力 与反作用 力原 理 。 桩周 土 对桩 的向上牵 引力 q 亦就越 大。当 F + q ， G时 ， 桩 体便 出现 上 浮 。 4 静 荷载试 验结果及浮桩处理技术措施 打桩 结束后 ，随机抽 取了 2 8根工程 桩进行 静荷 载试 验 ， 试验结 果有 1 4根桩满 足设计要 求 ， 且沉降量 在规范允 许范 围 内。有 1 4根 桩承载力小 于设计值 或桩沉 降量 大于 4 c m。 其 中桩承载力最小只有 1 3 2 0 k N。 试验 中对 2 根 沉降 超过 4 c m承载力低于设计值 的桩静载试验继续 加载 。 当沉 降分别 达到 7 c m、 1 3 e m时其承载力达到设计值 。 桩在沉降 到一定量后 。 随着桩端土被压 密， 浮桩的承载力均能提 高到 设计要求 。本 工程桩端土持力层为粘土一粉质粘 土 ，属硬 塑 ， 承载力 比较高 的土层 ， 上述结果是可 以预料 的。 为此 ， 本 工程采取 了复 压措 施。经复压后 ， 对每幢楼按不 少于 l 比 例又抽取 了 3 5根桩进行静载试验 。 试验结果 ， 除 l根桩承 载力低于设计要求 外 。 其它均符合设计要求 。 对承 载力低 于 设计要求 的桩 也采取了静压锚杆桩 的补救技术措施 。 5 管桩 上浮控制措施 5 1 设计方 面措施 ( 1 ) 控制桩 长和布桩 间距 ， 以避免 桩平面应 力重 叠 ， 减 少桩之 间的挤土效应 。 在兼顾施 工方便情 况下 ， 尽量选用不 同桩 长 的桩 。桩布 置密度 要小 于 4 5 。桩 中心距不 小 于 4 D。 ( 2 j 设计疏桩。 桩疏布， 利用桩间土的承载力补偿桩基， 即桩土共 同承载上部荷 载 。这 样有 效避免桩端平面应力重 叠部分过大 ， 从 而减少群桩挤土效应 。 采用大直径桩便 于桩 疏布 。 5 2施工方面措施 ( 1 ) 合理安排打桩顺序 。 从 中间 向四周对称打桩和采取 二次循环沉桩能让 中部 的桩和先沉桩有较长时间释放挤 土 应力和 向外排水 明显减少挤土效应 。 另外采取跳打法也是 比较有效 的措施 。 ( 2 ) 设置应力释放孑 L ， 在施工现场合理 布设释放孑 L 的位 置 ， 选 择适当数量的释放孔 。 在 可能的情 况下释放孔施工要 和压桩施工交替进行效果 更好 。采 取引孔办法也会收 到一 定效果 。 ( 3 ) 设 防挤沟 ， 此法能 消除对 土体浅层 挤土 作用 ， 对浅 层原有设施起到较好 的保 护作用 。 ( 4 ) 控制打桩速度 。沉桩速度过快 ， 土层 中孔隙水压力 明显增 加 ， 挤 土效应更 加 明显 ， 沉桩 速度放慢 ， 土层 中 的超 静孔隙水压力有较长 时间消散 。 ( 5 ) 改 善土层排水 路径 ， 如采取 打砂 ( 碎石 ) 桩 、 设 置砂 井或塑料排水板或在 场地 中设 防渗防挤壁等能有效的释放 超静孔隙水压力 和改善土层排水路 径 。降低 土层 中超静孑 L 隙水压力 的影 响范围 ， 以减少挤土效应 。 6 结语 与讨 论 ( 1 ) 根据规 范极限要求 ， 桩布置 密度 不超过 6 5 ， 本工 程桩布置密度达 到 6 3 2 ， 接近规定上 限， 加重了挤土效应 。 ( 2 ) 桩 上浮力对桩 上浮产生 一定 的影响 ， 往往 被勿视 ， 显然不合理 。 ( 3 ) 在 粘性土 中沉 桩过快 ， 在桩 土接合 部 ， 粘性 土会产 生 回弹现象 这对桩上浮也会产生影响 。 本工程静压桩静压 值均达到 4 4 0 0 k N， 有少量桩 承载力 明显 降低 ， 最低值仅为 ， 。 。 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 1 年增刊 ( 总第 1 4 4期 ) 7 9 1 3 2 0 k N甚至低 于桩侧 摩阻力 笔者分析就是上述原因所 致 ， 因为桩 土在 一定范围 内未产生相对运动 。 ( 4 ) 对开 口桩尖 ， 一部分土体进入 预应 力混凝土管桩 内 部形成 “ 土塞” ， 这相对实心预制桩而言 。 挤土效应较小些。 ( 5 ) 在软土地基 中打桩时 ， 避免相 同方 向上土体位移 的 叠加 要在 已打桩相对方 向上打桩 ， 同时采取跳打办法 。 ( 6 ) 浮桩处理措施 除复压 ( 打 ) 以外 ， 根 据土层及桩身情 况 。 可 以采 取桩底 ( 侧 ) 注浆 、 补桩 ( 不 一定是 同型桩 ) ， 也可 以采取 复合地 基处理办法。 ( 7 ) 对桩复压值建议 复压值选择 与单 桩竖向承载力特 征值存 在一定 的关系 ， 这与地质 构造 、 桩身材料 、 桩 长及持 力层有关 有关文献根据桩端持力层不 同土类 提 出复压值 在 2 O 3 5范围 ， 也 有人 提出复压值控制在 1 5 2 O范围。 笔 者认为 单桩极限承载力与单桩承载力特征值应满足规范 规定 的 2 倍 关系 复压值应 控制在 2 0 2 4范 围内 ， 长桩取 低值 ， 短桩取高值 ， 标贯击数低取低值 ， 标贯击数高取高值 。 复压值太大易 出现爆桩现象 也无必要。 参 考 文 献 【 1 】 朱奎 桩基质 量事故 分析与 对策 M 北 京 ： 中 国建 筑工 业 出版 社 2 0 0 9 2 】 刘万兴 ， 张璞 桩挤土效应 的极值 原理 分析方法 J 水 电 自动化 与 大 坝监 测 ， 2 0 0 0 ( 4 ) 【 3 陈锦麟 挤 土类桩 的挤土 效应及其 防治方 法【 J 西部探 矿 工程 ， 2 0 0 7 ( 8 ) 4 杨威 ， 邢保 国 静压桩挤 土效 应及 防治措施研 究【 J 工程 地球物理 学报 ， 2 0 o 7 ( 6 ) j 坐 ， 9 I 、 9 坐 I j 坐 j j 业业坐毒k 夸l e， 9 I I 鲁jk - - 9 I k - I - I j j I - k ( 上接 第 7 1 页 ) 6 主动防御钻头脱 落的经济 分析 ( 按一次提钻杆 和下钻杆 计算 ) ( 1 ) 主动预 防钻头脱 落的时间分析 ： 钻孔进入 中风化岩 层后 ， 由于基 岩坚硬 ， 钻进极缓慢 ， 钻头磨损又特别严重 。 此 时 。 孔深距地 面 5 0 m多深 ， 按 ： 主 钻 杆 4 I n 每节钻杆 3 r ll 钻头 1 5 i n 计算钻杆之间和钻杆与钻头之 间接头是 ： 【 ( 5 O - 4 1 5 ) 3 + 1 = 1 6个 按钻杆每接头拧 紧检查 的时 间平均 为 6 ra i n 提钻杆 时间+ 下钻杆时 间= 1 6个 6 m i r d 个x 2 = 1 9 2 rai n = 3 2 h ( O 4台班) ( 2 ) 主动预防钻头脱落方法 的经济分析 ： 人工费 ： 按 3 5元 工 日， 每 台班跟班作业为 6人 人工费= 3 5元 工 日x 6 x ( 3 2 1 8 ) 台班= 8 4元 钻机台班按统一定额 2 3 5 5 7 4元 台班x ( 3 2 1 8 ) 台班= 2 2 9 6元 主 动 防御钻 头脱 落 的 总费 用= 人工 费+ 钻 机 台班 费= 8 4 + 2 2 9 6 = 3 1 3 6元 7 钻 头掉在 孔下、 散落成片打捞过程 的经济分析 ( 1 ) 打捞钻 头过程的时间分析 ： 若孔深距地 面 5 0 m， 按 ： 主动钻杆 4 IT I 长 每节钻杆 3 m长 钻 头 1 5长 计算钻杆之 间的钻杆 与钻 头之间接 头量 ： ( 5 O - 4 1 5 ) 3 + 1 = 1 6个 按钻杆每接头拧 紧检查 的时间平均 为 6 m i n 提钻杆 时间+ 下钻杆时 间= 1 6个 6 m i n 个x 2 = 1 9 2 m i n = 3 2 h ( O 4台班) 制作 2只打捞钩 的时 间= 钢筋制作 时间+ 双 面焊 时间= 4 h 打捞掉在孔底的钻头已散 落成片的时间= 8 h 打捞过程耗用 的总时间= 提钻 杆时间+ 下钻 杆时 间+ 制 作两 只打捞 钩的时 间+ 打捞钻 头时 间= 3 2 + 4 + 8 = 1 5 2 h ( 1 9 台 班 ) ( 2 ) 打捞钻头过程的经济分析 人工费 ： 按 3 5 元 5 12 每 台班跟班作业 为 6人 人工费= 3 5元， 工 6人工x ( 1 5 2 8 ) 台班= 3 9 9元 钻机台班费按统 一定 额 2 3 5 5 7 4元 台班X ( 1 5 2 8 )台班= 1 0 9 0 6元制作打捞钩两 只 的材 料费= 钢筋费 用+ 焊 条费用 + 电焊 机 台班 费= 7 5 + 7 8 4 + 4 7 5 =1 3 0 3 4元 钢筋费用按统一定额 1 6 6 1 2只打捞 钩重为 2 5 钢筋费用= 3 0 0 0元 t x ( 2 5 1 0 0 0 ) t = 7 5元 焊条费用按统一定额 1 6 6 8 ， 耗用焊条 1 k g 焊条费用 7 8 4元 k g x l k g = 7 8 4元 电焊机台班费按统一定额 5 - 2 6 5 9 5元 台班X ( 4 8 ) 台班= 4 7 5元 钻头损失费用按统一定额 2 3 5 钻头 4 5 0 o元， 只 打捞钻头过程 总费用= 人工 费+ 钻机 台班 费+ 制作两 只 打 捞 钩 的费 用 + 钻 头 损 失 费= 3 9 9 + 1 0 9 0 6 + 1 3 0 3 4 + 4 5 0 0 = 6 l 1 9 9 4元 8 主动防止钻 头脱 落与打捞 钻头两者 的经济比较 ( 1 ) 耗用 时间的比较 主动预 防钻头脱落耗用 的总时 间= 3 2 h 打捞钻头过程耗用的总时间= 1 5 2 h ( 2 ) 经济费用的比较 主动预防钻有脱落的总费用- 3 1 3 6元 打捞钻头过程的总费用= 6 1 1 9 9 4元 通过两者之间耗用 的时间和费用的 比较 ，应首先选 用 主 动防御钻头脱 落的方法 ， 可 以省 时、 省力 省费用 ， 对工程 进度和质量均有利 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m