对预应力混凝土管桩上浮问题的分析

对预应力混凝土管桩上浮问题的分析

摘要：近年来，预应力混凝土管桩由于具有承载力高、适应性强等特点得到了大力推广，但面对预应力混凝土管桩在施工中存在的质量问题，管桩上浮现象十分突出，必须要引起我们关注。本文通过分析预应力混凝土管桩的施工特点，以某工业区工程为例，针对上浮原因，提出处理措施。

关键字：预应力混凝土；管桩；挤土效应；上浮

一、预应力混凝土管桩的施工特点

1、适用条件

正确选择桩型可以避免及减少挤土效应的有害影响。

（1）预应力管桩不适合用于岩溶、石灰岩地区；上部有厚淤泥软土、下部桩端直接进入中、微风化层等软硬突变的地基以及有大量孤石、有坚硬隔层的地质。此外，由于纯摩擦桩不利于管桩桩身强度的发挥，亦应慎用预应力管桩。

（2）对于大多数建筑场地，可考虑选用预应力管桩，但应结合地质勘察报告和施工情况，充分考虑挤土效应的影响，决定是否选用预应力管桩以及桩基施工要求。

2、桩距

按桩基规范，预应力管桩最小桩中心距应不小于3.5d。当穿越饱和软土时桩中心距要求最大，穿越非饱和土或开口的部分挤土桩次之；对桩数少于9根、仅1～2排以摩擦为主的桩基，最小桩中心距可适减。按《地基基础设计规范》要求，对非饱和土的最大布桩平面系数应控制在6.5％以内，对饱和土的最大布桩平面系数控制在5％。

正常设计可通过成桩试验来确定单桩承载力，确定桩长、压桩力、最后贯人度控制等打桩参数。可以通过调查，参考当地有经验的地基施工单位意见来确定布桩桩距和施工参数。如当地无管桩施工实例及施工参数，设计宜先做成桩试验。

二、工程概况

某工业区工程为框架结构的大型公共建筑，总建筑面积为56,780m2，柱距为l0～15m，基础采用PHC—AB600型高强预应力混凝土管桩，桩径Ф500mm，

总桩数3956根，单桩设计承载力特征值N=3200kN，平均入土深度29.58m，持力层为强风化花岗岩，持力层土的极限端阻力特征值qpk=6000kPa。施工采用锤击法，4台桩机分4个区域同时从中心开始。在打桩过程中，基桩上浮比较严重，整个场地上升200～300mm。经检测，5根基桩的承载力不满足设计要求，等待处理。

三、上浮原因分析

1、挤土效应是管桩上浮的主因

挤土效应一方面对松填土有挤密作用，可提高地基承载力，但对压实土在挤密的同时，会造成桩身上浮、移位和地面隆起，影响桩的承载力。对饱和软土的挤土桩，因桩基施工使孔隙水压力消散，土层再固结沉降产生桩的负摩擦力，也会引起桩承载力的下降和桩基沉降的增大。分析认为，桩承载力下降的主要原因是由于桩身上浮所引起，但不排除桩底发生疏松和涌桩等原因。

2、桩的数量多、体积大

该工程占地面积56780m2，总桩数3956根，同时每个承台的桩数较多，大多数承台桩数为10～20根，最多的达24根。由于桩与桩之间的相互影响，导致桩身上浮。根据施工记录，该工程近4000根桩，总入土深度达117018m，平均深度29.58m，按每根桩7.78m3计算，则打人地下的混凝土桩总体积约30778m3。如果不考虑土质压缩，平均分摊到面积56780m2的场地，则平均要提高约0.54m，可见打入混凝土的量非常大。当土饱和密实，被挤到极限密实度而向上隆起时，相邻的桩将被浮起。

3、冲孔灌砂的影响

根据勘察资料，该场地地下水丰富，与海水联动，填土下存在砂层和淤泥，不适宜采用钻孔灌注桩，也不适宜采用天然地基或复合地基。如果采用预制桩，因南部夹有大块石，要想穿过厚约18m的填石有很大的施工困难。因此，设计在南部采用先冲孔灌砂，再打预应力管桩，这样就不需考虑不同基础形式之间的差异沉降。但由于冲孔灌砂数量多，达824根，因此，需排开更多的地下空间，大量的砂才能冲入孔中，同时在砂孔中打桩时进桩较困难，容易打破桩头，加剧了场地的隆起。

4、测量误差

由于仪器、操作、读数等原因，所测数据存在测量误差。该工程测量上的主要不足是测点未固定，由于施工的原因，管桩顶面很难在一个水平上，因而桩顶每一点标高不一致，如果先后两次测点不再同一点，就出现了不同的标高。为了测得比较准确的数据，应在桩顶作出标记。

四、处理措施及效果

1、确定处理方案

全部桩施打完毕，重新测量时发现绝大部分桩存在上浮现象，而且有的上浮很严重，最大的达45mm。为此召开专题会议，分析原因并研究处理方法。鉴于该工程桩数较多，场地存在密实度较大的砂层，部分桩头在收锤后接近极限荷载或出现轻微裂缝的情况，如果继续采用锤击法，很可能打坏管桩，因此，最后决定采用静压处理方案进行处理。

2、确定静压参数

为了获得比较详细的试验数据，并具有可比性，选取不同区域两根桩进行试验对比，确定上浮较大的两根桩C80—4及C784—15进行静压试验。终压力值均采用6000kN，其中C80—4桩长29.3m，上浮25.3mm，压入35mm；C784—15桩长26.3m，上浮22.8mm，压入37mm。1周后进行静载试验，承载能力满足设计要求。根据静载试验曲线，终压力值确定为6000kN比较合适。

3、多次静压处理

除做过静载试验的2根桩之外，所有的桩均按照确定的静压参数进行静压处理，以彻底消除上浮。场区采用1台静压桩机施工，静压前将露出地面的桩头全部锯掉，入土较深的桩先进行接桩处理，施工顺序是从中心开始分区域对称进行，严格监控终压力值≯6000kN，施工过程中做好详细的施工记录。

施工完毕，再重新测量全部桩顶标高，与静压前测量的桩顶标高相比较，绝大部分的桩已消除上浮，但也有部分桩的上浮未彻底消除，其上浮高度较小，最多的为15mm，大多在1～10mm之间。分析认为，静压处理有明显的效果，对上浮高度在10mm以内的可不做处理，仅对上浮高度在10mm以上的进行补压。

4、处理效果

静压处理完毕，选取24根桩做静载试验，96根桩进行高应变动测检验。根据静载试验报告，实际总沉降量为l4.5～28.86mm，残余沉降量为0.68～6.87mm，全部满足设计要求。高应变动测检验结果也符合规范要求。

5、预防措施

首先应从设计上把关，优选桩型及施工方法。对于沿海填土区，特别是新近填土区且经过强夯或碾压处理，应尽量避免采用高密度、大管径的预应力管桩，优先采用其他桩型，如钻孔灌注桩、冲孔灌注桩及筒桩等。采用管桩时也应优先选用静压法，以减小施工振动对周围管桩的影响。