预应力管桩静荷载试验异常沉降的原因分析及处理

摘 要：高强预应力管桩在施工及基坑开挖过程中上浮，造成承载力降低及异常沉降。本文对管桩静载荷试验异常的原因进行研究分析,从设计和施工角度提出了合理建议。

关键词：高强预应力管桩;异常沉降原因; 处理措施; 预防措施

1前言

近几年，高强度预应力混凝土管桩在我省得到了广泛的应用。采用静压法施工时具有施工无噪音、无震动、施工文明、场地整洁、施工速度快、工期短、质量可靠、造价低等诸多优点，尤其适合于在市区施工。但是在粘土层施工时易引起土体的隆起和水平挤动，针对不同的地质条件，如何合理设计和采用合适的施工方法、工艺，满足工程实际需要，给预应力管桩的广泛应用带来很大的问题和挑战，应引起足够重视。

2工程地质概况

本工程场地第四系地层层自上而下游全新统人工填土、耕土、冲洪积成因的黄土、粘性土层及中、上更新统冲洪积成因的粘性土层组成。地层自上至下主要分布有：①层耕土，松散、稍湿以粉质粘土为主局部粉土，层厚0.90m～1.50m。①-1层杂填土，稍湿～湿，松散，主要为生活及建筑垃圾，混有少量粉质粘土，层厚1.60m～3.80m。②层黄土，湿～饱和，软塑～可塑，土质不均匀，主要为粉质粘土局部粉土，见有针状孔隙。层厚2..50m～6.50m。③层粉质粘土，可塑，局部硬塑，土质不均匀，局部粘粒或粉粒含量稍高，层厚1.80m～5.90m。④层粉质粘土，流塑～硬塑状态，土质不均匀，局部粘粒含量稍高，为粘性土，层厚2.90m～6.50m。⑤层粉质粘土，硬塑～坚硬，局部可塑，土质不均，局部粘粒含量稍高，为粘土，层厚1.60m～4.50m。⑥层粉质粘土，硬望～坚硬，局部可塑，土质不均匀，局部粘粒含量稍高，含有少量铁锰质结核，含有较多姜石，层厚1.05m～5.40m。⑦层粉质粘土，硬塑～坚硬，局部可塑，土质不均匀，局部粘粒含量稍高，铁锰质结核丰富，见姜石，该层未揭穿。

3桩基检测情况

本工程桩基全面完成后按照设计和质检要求进行静载荷试验和小应变桩身完整性检测。小应变检测基本合格，128#、83#桩复打前后低应变动力检测曲线见下图，从曲线上看复打后桩端土的挤密效果要好于复打前，在进行的3根桩的静载荷试验中，128#、83#桩静载荷试验过程中出现较明显的异常情况。128#桩加载至七级时，沉降量突然加大，桩身明显下沉，沉降量达44.6mm;83#试桩加载至六级时，沉降量也突然加大，远大于上级沉降的五倍，沉降量达19mm这时沉降稳定，继续加压至设计承载力，这2根试桩最终竖向承载力极限标准值评定为1920kN和1440kN，与设计要求值相差较大。以上试桩自施打完成到静载荷试验间歇时间已完全超出试验规范要求。荷载曲线见图表：

4原因分析

2根试桩出现异常情况后，根据参建各方讨论的意见，施工单位会同监理对桩顶标高参照施工纪录进行了现场比对复核，结果发现桩出现了不同程度的上浮现象。①、孔隙水的作用：在粘性土中沉桩时，由于桩对土的挤压及施工过程中静压机对土的挤压作用，在桩周的饱和土层中产生超孔隙水压力，超孔隙水随着土体的隆起和侧移会慢慢消失。如果压桩速度过快，终压后复压又过快完成，超孔隙水压力和土体变形未充分消散，此时的饱和粘性土表现为弹塑性变形特征，土体卸压恢复过程中桩身被抬起，桩尖脱离持力层。在本工程的土质条件及施工过程恰恰对桩的上浮造成了不利条件。通过本工程对桩顶标高的校核以及后来复打处理后桩顶标高的复测，说明桩出现了上浮。从对2根试桩结果的试验值及曲线的分析来看,桩上浮是造成桩基承载力不足的主要原因。②、还有一个可能的原因部分桩端持力层侵水软化。桩端持力层下方存在可塑性粘土薄弱层，设计桩长较短，端阻力较高，桩身未有效穿透该区域，导致工程桩静置时间较长时，桩端土的遇水软化，造成静载荷试验时沉降过大，承载力明显降低。③、 基坑开挖对桩基上浮产生影响。当基坑开挖时，由于桩顶标高以上一定范围内的上覆土压力完全卸除，使得桩土间的侧摩阻力强度降低，造成桩土摩擦面竖向有效应力的降低，尤其对处于基坑中央部位的桩影响较大。

5复打处理及效果

通过上述分析，可判定此次桩基静载试验异常的主要原因为桩身上浮以及桩端持力层侵水软化等。由于场地的限制，决定采用锤击法对管桩进行复打的处理，锤击法复打时采用较重的锤，按设计要求最后贯入度≤10mm，同时控制复打击数，以免桩身产生不利影响。考虑该批桩的特殊性，基本上进行了2次复打，最后在10d后对桩基分别进行小应变和静载试验，其中小应变检测基本合格。从复打后的静载试验检测结果看来，静载荷试桩的安全系数均达到2，对个别不能复打的承台，该承台根据情况进行了补桩处理。

6 建议

由于土层的复杂性，特别是持力层为粉质粘土且局部夹有薄弱土层的情况在地质勘察中不一定能被发现，所以控制压桩终压值非常重要，终压值宜大不宜小，一般不宜小于单桩竖向承载力极限标准值。在饱和粘土中采用开口桩尖可解决在粘土层中快速沉桩引起桩的卸压回弹问题，由于开口桩尖在沉桩时桩内孔可以进入部分土体，可减少超孔隙水压力和粘土挤土作用，减低桩身上浮。在快速沉桩完成的同时应认真进行复压处理，复压时把终止压力值适当提高，油压值控制在单桩竖向承载力极限标准的110%左右，并持荷0.5～1min。

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