预应力混凝土管桩桩体上浮原因分析及处理措施.pdf

l 1 3 2 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o v 第4 6卷第 1 2期 2 0 1 5年 1 2月 V_0 l _4 6 No 1 2 De c 2 01 5 预应力混凝土管桩桩体上浮原因分析及处理措施 胡韦楠 ( 常州市规划设计院，2 1 3 0 0 2 ，江苏常州 ) 摘要：预应力混凝土管桩近年来在沿海地区得到广泛的应用。在应用过程中发现经常出现桩体上浮 现象。通过工程实例 ，针对现场已挖好的土方、已完成的支护，采用静压机进行复打有一定的适用难度，因 此决定采用锤击机进行复打，结果显示复打后的桩承载力及沉降均满足规范要求。在楼层较高桩间距较密， 且上层存在较厚饱和粘土层的情况下，使用预应力混凝土管桩尤其应该f真重，施工时应该采取合理的措施预 防桩基上浮。 关键词：预应力混凝土管桩；桩体上浮 ；锤击机复打 中图分类号 ：T u 7 5 3 8 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 5 ) 1 2 1 1 3 2 0 3 ANAI fYS I S AND TREATM ENT PRES TRESS ED M EASURES FoR FLoATI NG oF CoNCRETE PI LE HU W ei - n an ( C h a n g z h o u Ci t y P l a n n i n g a n d De s i g n I n s t i t u t e ，2 1 3 0 0 2 ，C h a n g z h o u，J i a n g s u ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n r e c e n t y e a r s ，p r e s t r e s s e d c o nc r e t e t u b e p i l e wa s wi d e l y u s e d i n c o a s t a l a r e a Bu t p i l e b o d y fl o a t i n g p r o b l e m wa s o f t e n d e t e c t e d I n p r a c t i c a l p r o j e c t ， c o mp l e t e d e a r t h wo r k e x c a v a t i o n a n d s u p p o r t c a u s e d c e r t a i n d i f fic u l t i e s f o r r e t a p p i n g b y s t a t i c p i l e p r e s s i n g ma c hi n e Th e r e f o r e ，s t a mp i n g ma c h i n e wa s a d o p t e d a nd i t wa s p r o v e d t h a t t h e b e a r i n g c a p a c i t y a n d s e di me n t a t i o n o f pi l e s a t i s f y t he s p e c i fic a t i o n r e q u i r e me n t s At t e n t i o n s h a l l b e p a i d t o t he a p p l i c a t i o n o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e t u be p i l e ， e s p e c i a l l y wh e n t h e b u i l d i n g i s h i g h ， s p a c i n g a mo n g p i l e i s d e ns e a nd t h e r e i s t h i c k s a t u r a t e d c l a y l a y e r o n t h e pi l e Ke y wo r ds ： pr e s t r e s s e d c o n c r e t e p i l e ； p i l e fl o a t i n g ； r e t a p pi n g b y s t a mp i n g ma c hi n e 由于预应力混凝土管桩施工简单，工期短 ，综合 造价低，可在工厂大批量制作， 桩身质量易保证，有 一 定的耐腐蚀能力和较高的单桩承载力，所以近年在 珠江三角洲和江浙沪一带得到广泛应用 ； 但在使用过 程中，发现预应力混凝土管桩出现了一些问题 I2 】 ， 其中桩体上浮更为常见。 1 工程概况 苏南地区某工程共 1 8 栋剪力墙结构住宅，其中 1 8 号住宅 1 7 层 ，9号及 1 3 1 5号和 l 8 号住宅为 2 4层 ，1 01 2号 、1 61 7号住宅为 2 7 层 ( 图 1 )。 场地条件从上到下依次为 1 粉质粘土， 2 粉 质粘土， 3 粉质粘土， 4 粉质粘土， 5 粉质粘 土 ( 表 1 )。 本 工程 采 用 H K F Z先 张法 预应 力高强 混 凝 土 空 心 方 桩，A B型 桩，1 8 号 住 宅 桩 截 面 为 4 5 0 ra m 4 5 0 m m，单桩受压承载力极限值 3 0 0 0 k N； 9 1 8 号住宅桩截面为 5 0 0 m m X 5 0 0 m m，单桩受压 承载力极限值 3 8 0 0 k N，桩长 2 0 3 0 m， 桩间距平均 收稿 日期 ：2 0 1 5 - 0 9 - 2 3 作者简介： 胡韦楠 ( 1 9 8 3 一 ) ， 男， 江苏常州人， 工程师， e - m a i l ：2 4 7 6 5 9 8 7 q q t o m 。 号 l o9 笛 洳 7 粤 一 县 洳洳 嘟 图 1 地块平面图 表 1 场地工程地质概况 艮 倾 蛆 力 岩土名称 岩土状态 平均厚度A n l d ) a 1 粉黜 可塑 一 硬塑 7 4 l O( 局部缺失) 2 粉质粘土 可塑 软塑 5 8 4 3 粉质粘土 硬塑 9 4 1 0 4 粉觥 可塑 软塑 6 O 1 2( 局部缺失) 5 粉质粘土 硬塑 9 8 2 0 以上 4 d( d 为桩边长 )，最小桩间距 3 5 d ，以 3 或 5 粉质粘土为桩端持力层，采用静压法施工。各楼号桩 2 0 1 5 年 1 2月 胡韦楠：预应力混凝土管桩桩体上浮原因分析及处理措施 1 1 3 3 基概况见表 2 。 表 2 各楼号桩基概况 楼号 桩截面 m m 总桩数 桩长 m 最小桩间距 m l 4 5 04 5 0 8 9 3 0 1 7 2 4 5 045 0 1 9 3 2 l 1 7 3 4 5 04 5 0 1 9 3 2 0 1 7 4 4 5 04 5 0 1 7 6 2 3 1 7 5 4 5 045 0 1 9 3 2 O 1 7 6 4 5 045 0 1 9 3 2 O 1 7 7 4 5 04 5 0 8 9 2 3 1 7 8 4 5 0 4 5 0 1 7 6 2 5 1 7 9 5 0 0 5 0 0 2 0 3 2l 1 8 l 0 5 0 05 0 0 1 1 9 21 1 8 l 1 5 0 05 0 0 l 1 l 2 3 1 - 8 l 2 5 0 0 5 0 0 1 l l 2 2 1 8 1 3 5 0 05 0 0 1 0 5 2O 1 8 1 4 5 0 05 0 0 1 O 5 2 O 1 - 8 1 5 5 0 0 x 5 0 0 2 0 6 2l 1 8 l 6 5 0 05 0 0 2 7 9 22 1 8 1 7 5 0 05 0 0 2 7 9 21 I 8 1 8 5 0 05 0 0 2 2 2 2 0 1 8 本工程开工时就发现压桩力较大，沉桩困难。随 着桩基施工进行， 用肉眼即明显发现场地中部土体有 隆起，测量部分桩顶标高后发现桩体已发生上浮。 由于本工程桩顶标高在地面以下 4 m左右 ， 无法 进行大面积测量，因此在土方开挖后对桩顶标高进行 全面复测，结果显示场地中北部 9 、1 0 、1 6 、1 7 、1 8 号住宅大部分桩存在上浮现象。 以 9号住宅为例，图 2中 +表示桩顶标高比 原标高上升 ，单位为 m m。从图中可看出，桩顶标 高上升为普遍情况 ，大部分桩顶标高比原标高上浮 1 0 3 0 0 mm不等，最大上浮量达 3 1 0 mm。上浮桩 分布没有特殊规律 ，应判定为整个场地土体受到挤 压上浮。 1 0 ，1 6 ，1 7 ，1 8 号住宅桩体上浮分布情况与 9 号住宅类似 ，上浮量均为 1 O 3 0 0 tur n不等 。 由于施工时桩顶标高控制并非十分精确 ，该标高 仅有参考价值，需进行更进一步检测。桩基施工完成 后按桩基静载荷试验要求 ， 对上浮桩基进行了抽检。 试验结果显示，桩基在未达到设计抗压承载力极限值 的情况下，Q 曲线出现陡降段，沉降超过规范 3 要求。按规范标准，该桩判定为不合格，存在安全隐 患 ，这结果也证明桩基确实发生了上浮。 2 上浮原 因分析 经分析，认为管桩上浮是挤土效应造成的。管桩 属挤土桩，在渗透幽 艮 低的软土中连续沉桩会产生很 高的超孔隙水压力且无法消散，造成地基隆起，使沉 桩困难和桩体上浮。一段时间后，待超孔隙水压力逐 渐消散才能继续沉桩，直至地基中由于沉桩引起的超 孔隙水压力完全消散。 挤土效应对已施打桩的影响表现为桩身倾斜及 上浮，多发生在桩间距较密且上层存在较厚粘土层的 地区。本工程上层存在较厚的 1 粉质粘土，上浮主 要发生在场地中北部且楼层较高、桩间距较密的 9 ， 1 0 ，1 6 ，l 7 ，l 8 号住宅。而场地南部的 18 号住 宅楼层略低，桩间距相对较疏，且局部场地缺少 1 粉质粘土层， 故未出现桩基上浮问题，这一结果与分 析一致 。 既成桩桩侧土体在相邻桩打入时受挤压变形发生 位移，由于桩和下部土体对其的约束强于上部土体对 其的约束而向上浮起 ， 从而在桩和桩侧土间产生桩侧 摩阻力，引起桩身上浮，使桩及桩侧土在一个新的位 置上获得平衡。由于桩体上浮 ， 桩端与桩端土间的压 应力变小，当上浮较大时两者脱离接触，使桩端承载 力消失。 由于桩的承载力由桩端承载力和桩1页 峥戡 力两大 部分构成，桩上浮会引起桩端阻力减少，从而改变桩 侧阻力和桩端阻力在桩承载力中所占比例，对不同类 +1 3 0- i u i ： m 一 嚣 Iv,in 。+瑟 笺 鞣 毳 蓦 辩 麓 霉。 图2 9 号房桩位及桩基上浮量示意 建筑技术 第 4 6卷第 1 2期 型的桩承载力也会造成不同程度的影响。 对摩擦端承桩和端承摩擦桩而言，随桩顶荷载 由小到大逐渐增加 ，桩侧摩阻力和桩端阻力会发生 变化。当荷载较小时，主要由桩侧摩阻力起作用； 当桩顶荷载增大到一定数值时 ，桩端产生位移挤压 桩端土，桩端阻力的作用才开始起明显作用。若桩 体上浮， 桩端与桩端土脱离接触， 甚至出现一段间隙， 桩将在这一荷载作用下持续下滑 ，直到桩端和桩端 土再次接触为止。若桩体上浮过大，则桩体总沉降 量将超过规范限值 ，这也就是静载荷试验沉降量超 过规范要求的原因。 施工顺序对桩体上浮也有明显影响。本工程最 先开工的是场地北侧的 1 5 ，1 6 ，1 7 ，1 8 号住宅 ，然 后是 9 ，1 0 ，1 3 ，1 4 号住宅，再后是 1 8 号住宅， 而场地中间的 1 l ，1 2号住宅因其他原因，是最后开 始桩基施工的。 土方开挖后桩顶标高复测结果显示， 上浮较严重的是最先施工的 9 ，1 0 ，1 6 ，1 7 ，1 8 号 住宅，而最后施工桩基的 1 1 ，1 2 号住宅虽位于场地 中央，但上浮现象并非十分严重。这是因为后施工 的桩对先施工的桩有挤土作用，而最后施工的桩受 到其他桩的挤压相对不那么严重，所以上浮量也相 对较小。值得一提的是，虽然 1 1 ，1 2 号住宅上浮现 象不严重，但由于是最后施工，整个场地的土体都 被挤密，造成压桩力非常大，给这两栋住宅楼的桩 基施工带来很大困难。 3 处理措施 许多工程实例 表明，对上浮的桩进行复打是 有效的处理方法，根据本工程的实际情况，确定对 上浮的 9 ，1 0 、1 6 、1 7 、1 8 号住宅楼所有桩进行全 面复打 。 针对现场已挖除的土方及已完成的支护 ，采用静 压机进行复打有一定难度，因此决定采用锤击棚进行 复打， 锤击桩按规范进行，复打从中部的桩开始依次 复打。控制最后 1 0 击沉降量小于 5 0 m m方可停止复 打。 复打后的桩均有下沉，最大下沉量达 1 5 5 in l n ， 最小下沉量为 5 m m，大部分在 2 0 6 0 m m之间。所 有住宅楼的桩复打后下沉量统计见表 3 。 全部桩复打完成后， 选取沉降量较大、适中、较 小的桩分别进行静载荷试验，结果显示复打后的桩承 载力及沉降均满足规范要求。证明复打对处理桩基上 浮问题是有效的。 表 3复打下沉量统计 复打下沉量 m m ( 根数 占总桩数百分比) 楼号 总桩数 0 2 0 2 O 6 0 6 0 1 0 0 1 0 0以上 9 2 0 3 8 5 ( 4 2 ) 9 4 ( 4 6 ) 2 0 ( 1 0 ) 4 ( 2 ) 1 0 l 1 9 5 9 ( 4 9 1 3 4 ( 2 9 ) 1 4 ( 1 2 ) 1 2 ( 1 0 ) 1 6 2 7 9 1 0 8 ( 3 9 ) 1 4 1 ( 5 0 ) 1 9 ( 7 、 1 1 ( 4 o 0 ) l 7 2 7 9 1 0 1 ( 3 6 ) 1 4 4 ( 5 2 1 2 1 ( 8 1 3 ( 5 1 1 8 2 2 2 9 4( 4 2 ) 1 1 9( 5 4 ) 6( 3 ) 3( 1 ) 总计 l 1 O 2 4 4 7( 4 1 ) 5 3 2( 4 8 ) 8 0( 7 ) 4 3( 4 ) 4 预 防措施 桩基上浮是由挤土效应造成的，预防桩基上浮应 从减轻挤土效应人手。为减轻乃至避免出现桩基上浮 问题，可采取以下措施。 ( 1 ) 加大桩的中心距。不少工程实践表明， 现行 规定的 3 a ( a 为桩径 ) 偏小，宜加大到 4 d 甚至 5 d 。 尤其是采用方桩时，不宜简单的把 d 取为桩边长，而 应按方桩的截面等面积代换为圆桩的直径， 从而控制 桩间距。 ( 2 ) 设置应力释放孔，减轻挤土效应，减少土 体的位移和隆起。 ( 3)采取引孔沉桩 ，以减少 沉桩 的排 土量 ，减 轻挤土效应。 ( 4) 降低地下水位和改善地基土的排水特性， 加速孔隙水压力消散， 降低打桩产生的超孔隙水压力。 ( 5 ) 合理制定打桩顺序和控制打桩速度， 遵循“ 从 中间开始 ，先密后疏，先长后短”的原则，并严格 控制每 目沉桩数量。 ( 6 ) 在地质条件不适宜采用预制桩的地方，应 尽量采用非挤土桩。 5 结束语 尽管预应力混凝土管桩有很多优点， 但在工程应 用中应因地制宜选择合适的桩型。在楼层较高、桩间 距较密，且上层存在较厚饱和粘土层的情况下，使用 预应力混凝土管桩尤其应该嗔重，施工时应采取措施 预防桩基上浮。 参考文献 1 徐新跃 预应力管桩应用中的若干问题 J 建筑技术，2 0 0 3 ， 3 4( 3)： 1 8 7 1 8 9 【 2 壬昆伟 超长 P H C管桩质量事故原因分析与处理 【 J 建筑技术 2 0 1 4 4 5( 4)： 3 2 4 3 2 5 3 J G 9 4 -2 0 1 2 ，建筑桩基技术规范 s 【 4 】 J G J 3 2 O 1 O ，预应力混凝土管桩技术规程 s 】 5 1 G B 5 0 0 0 7 -2 0 1 1 ，建筑地基基础设计规范 s