高强预应力混凝土管桩上浮原因分析及控制措施(一)

高强预应力混凝土管桩上浮原因分析及控制措施(一 )摘要：高强预应力管桩上浮在施工中很容易发生，不仅影响施工进度， 而且还影响成桩质量。只要采取适当的控制措施，是可以确保桩基工程的进度和质量。关键词：高强预应力管桩；上浮原因；处理措施；预防措施1 前言由于高强预应力混凝土管桩具有承载力高、造价低、适应性强、管桩工业化生产等特点，在沿海软土地区得到广泛应用。 但在预应力管桩的施工过程中， 很容易发生上浮现象， 影响桩基工程的进度和质量。 本文通过高强预应力混凝土管桩工程实例， 对上浮原因进行分析， 提出其处理措施和预防措施，供大家参考。1 工程概况该工程为框架结构的大型公共建筑，总建筑面积为26710m2 ，柱距为1215m ，基础采用PHC-AB600型高强预应力混凝土管桩，桩径 600，总桩数 855 根，单桩设计承载力特征值N=3200KN，平均入土深度 33.18m，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，四台桩机分四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 300 500mm 左右。经检测三根桩，基桩承载力不满足设计要求，停止检测，等待处理。2 地质情况本工程位于广东沿海一带的浅滩区，海床横坡平缓，经填海工程改造，场地大体平整， 地表高程约为6.08.3m ，已经过堆载预压处理，地层自上至下主要分布有： 层为压实人工填土，南部夹有大块石，层厚9.00m 16.50m ，平均厚度11m 左右。 层为全新统海相沉积层，分为粉质粘土和砾砂两层，其中粉质粘土呈饱和、流塑状态，底部不均匀夹少量砂，层厚 0.60m 12.4m；砾砂呈饱和、稍密状态，局部为中粗砂或粉细砂，层厚0.50m 7.40m 。 层为上更新统河流相冲洪积层，以砾砂为主，局部为中砂或粉细砂，稍密中密状态，层厚 0.70m 11.l0m 。 层为上更新统沼泽相淤积层，淤泥质粉质粘土，呈饱和、流塑软塑状态，局部地段含淤泥质粗、砾砂，分布不均，层厚 0.50m 6.30m。 层为第四系残积层，砾质粘性土：呈湿、可硬望状态，为混合花岗岩风化残积土，层厚 0.50m 6.80m。 层为震旦系混合花岗岩，按其风化剧烈程度可分为四个风化带，其强风化花岗岩是本工程基础持力层。4 上浮原因分析管桩上浮主要原因是挤土效应。 由于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，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， 在桩基施工后因孔隙水压力消散、 土层再固结沉降产生桩的负摩擦力亦会引起桩承载力的下降和桩基沉降的增大。 经分析认为， 桩承载力下降的主要原因是桩身上浮所引起，但不排除桩底发生疏松和涌桩等原因。4.1 桩的数量多、体积大本工程占地面积10783m2，长 126m，宽 84m ，总桩数 855 根，同时由于该工程柱距大，1215m，每个承台桩数较多，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， 本工程总桩数855 根，桩径 600，总入土深度达28365.1m，从 26.2 40.5m不等，平均深度33.18m ，按每根桩 9.38m3 计算，则打入地下的混凝土桩总体积约8020m3 。如果不考虑土质压缩，平均分摊到面积10783m2 的场地，则平均要提高约0.74m 。可见打入混凝土的量是非常大的，整个场地上升300 500mm 就不足为奇了。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。4.2 冲孔灌砂的影响根据勘察资料，场地为填海区，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，如采用预制桩，则南部夹有大块石，要穿过厚约 18m 的填石，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型式之间的差异沉降， 但由于冲孔灌砂数量多， 达 244 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，进桩较困难， 容易打破桩头，加剧了场地的隆起。4.3 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。本工程主要是测点没有固定，由于施工原因， 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，在桩顶作出标志。5 处理措施及效果5.1 确定处理方案全部桩打完后， 重新测量，发现绝大部分桩存在上浮现象，而且有的上浮很厉害，最大的达56mm 。为此召开专题会议，分析原因并研究处理方法。根据本工程情况，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， 如果继续采用锤击法，将可能打坏管桩，因此最后确定采用静压处理方案进行处理。5.2 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作试验对比，确定上浮较大的两根桩C60-5 及 C144-11 进行静压试验。 终压力值均为采用6000KN，其中 C60-5 桩长29.3m，上浮 35mm ，压入 45mm ，C144-11 桩长 37.3m，上浮 46mm ，压入 61mm 。一周后，做静载试验，承载能力满足设计要求。根据静载试验曲线，终压力值确定为合适。6000KN，比较5.3 多次静压处理除作过静载试验的5 根桩外，所有桩均按照确定的静压参数作静压处理，以彻底消除上浮。场区采用一台静压桩机施工，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，严格监控终压力值不超过6000KN，施工过程中详细做好施工记录。施工完毕， 再全部重新测量桩顶标高，与静压前测量的桩顶标高相比较，绝大部分桩已消除上浮。但还有部分桩上浮未彻底消除，上浮的高度较小，最多的为 15mm ，大多在 1 10mm之间。经过分析认为，静压处理有明显的效果，上浮高度在10mm 以下的可不作处理，仅对上浮高度在10mm 以上的进行补压。5.4 处理效果处理完毕后，按照有关要求，选取 12 根桩做静载， 76 根桩做高应变动测检验。根据静载试验报告，实际总沉降量为 16.5 36.86mm ，残余沉降量为 0.58 8.67mm ，全部满足设计要求。高应变动测检验也符合规范要求。6 预防措施6.1 优选桩型及施工方法首先应从设计方面把关，对沿海填土区， 特别是新近填土区又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。对于管桩也应优先采用静压法，以减小施工振动对周围管桩的影响。