综述静压预应力高强砼管桩施工中出现上浮问题及处理

摘要：高强预应力砼管桩是近几年比较兴起的一种新桩型，本文通过工程实例对静压预应力高强混凝土管桩施工中出现的问题进行了分析，并提出了处理对策，以供同类工程参考。

关键词：高强砼管桩；浮桩；检查验收

前言

预应力高强砼管桩就是竞争中发展起来的一个新桩型。预制桩的配筋首先满足工作条件下的桩身强度，同时还要验算桩在起吊运输、吊立和锤击时的应力与变型，计算分析表明，钢筋砼桩的配筋往往由起吊和吊立的强度控制。桩是通过桩的摩阻力和桩的端阻力向地基土传递荷载，因此把桩少量的砼挖出来，既不影响桩的承载力，还可节约砼，又能减轻起吊重量，锤击钢筋砼预制桩需要考虑沉桩的动应力，因而加大配筋量，如果沉桩工艺上加以改进，将锤击沉桩改为静压沉桩，减少锤击沉桩的动应力，这样发展高强预应力薄壁空心管桩采用静压沉桩工艺就成为当前新桩型发展的必然趋势。

1. 工程概况

该工程为五栋21层~31层带一二层商业网点、板式一类高层住宅。地下二层，地上21层~31层，建筑高度65m~99 m，上部结构为现浇钢筋砼剪力墙结构。

2. 地质情况

(1)该场地土为中软场地土，场地类别评定为Ⅱ类。各主要岩土层自上而下分布情况:①素填土。稍湿-饱和，松散~稍密；②粉质粘土(Qdl)。可塑。局部分布；③(砂)粉质粘土。粘粉粒成份为主，局部含少量粗中砂粒；④残积粘性土。可塑~硬塑；⑤全风化花岗岩。岩石中长石均已高岭土化，遇水易软化，为极软岩，岩体基本质量等级为V类，均有分布；⑥砂土状强风化闪长岩、碎块状强风化花岗岩，岩石风化成砂土状或破碎块状结构，中粗粒结构，块状构造可辨。岩石遇水易软化，为软岩，岩体基本质量等级为V类；⑦中风化花岗岩、闪长岩:中粗粒结构，块状构造，岩体节理较发育，岩芯部分为柱状，部分为块状，为较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ类；⑧微风化花岗岩、闪长岩:块状构造。岩石节理不发育，岩体完整，为较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅲ类。闪长岩呈乳牙状嵌入花岗岩中。

整个场地，强风化岩面层起伏不大，但厚度相差较多，0 m~39 m，中、微风化层面起伏较大。本场地地下水稳定水位在地表下4.5 m~8.0 m范围，个别处地下水位距地表10.8 m。地下水主要分布于各岩土层的孔隙-裂隙中，具弱承压性。各类土层中，强风化岩为强透水层，其他土层均为弱透水层。根据抽水试验，本场地渗透系数为7.98 m /d，其影响半径为55 m。

(2)地基持力层的选择和基础型式。本工程共五栋，其中二栋建筑物的场地内中微风化岩面埋深较浅，埋深大部分在20 m内，在地下室基坑施工后开挖，其基础持力层埋深均小于15 m；且场地内赋水地层较少，无漂石卵石，无有害气体，场地周侧邻近构筑物均为3层~5层，且相距25 m以上，设计采用人工挖孔桩。另三栋建筑物的场地内中、微风化埋深较大，强风化岩层较厚；采用人工开挖孔桩施工时，难度大，施工周期长，而采用强风化花岗岩作为桩端持力层时，其层面差异略有起伏，且强风化岩均为低压缩性地层，在其承台及单桩荷载较均匀条件下，可不考虑其不均匀沉降。同时采用静压桩预制桩施工，有噪音小，施工工期短，施工速度快，桩基质量有保证的优点。

静压先张法预应力高强砼管桩。设计要求:管桩采用PHC500-125-A (见表1)，桩尖采用十字型，桩端持力层为⑥砂土状强风化花岗岩，桩长约8 m~15 m；要求桩端全断面进入持力层大于2 m；要求以压桩力控制为主，桩长为辅，选用配重5 000 kN以上压桩机械沉桩。由于管桩数量较多(特别是大承台部分)，应合理安排桩基施工顺序并采取有效措施减少挤土效应。

表1

PHC管桩型号 单桩竖向承载力特征值 单桩桩身强度竖向承载力设计值

PHC500-125-A 2 500kN 3 350kN

3. 静压先张法预应力高强砼管桩施工控制标准

本工程采用800 t静力压桩机施工，经组织业主、设计、勘察、监理、施工单位等进行试打桩，共同确定的成桩控制标准为:①压桩施工采取双控，以压桩力控制为主，桩长控制为辅，桩端持力层为强风化花岗岩；顶压终压力≥13.5MP (5 290 kN)，且应小5 500 kN，抱压终压力5000 kN；②复压三次总沉降量不大于20mm，且最终应稳定不下沉；③有效桩长不小于8 m；④特殊情况应通知相关单位处理。

4. 浮桩的发现、探索及处理

第一次探索处理(确定跳压)。压桩标准确定后，进入正式压桩施工，静压管桩的施工，基本符合设计及规范要求，由于本项目为高层建筑，管桩布置较密，最多一个承台下有49根PHC管桩，为了观测管桩是否发生上浮现象，我们根据设计要求，对多桩承台(9桩及以上承台)及其周边承台内管桩设置了3根观测桩进行观测；在观测中发现:群桩承台中存在较为普遍的的管桩上浮现象，上浮量最大的桩上浮了18.7cm。

针对此情况，我们暂停了施工，并组织邀请大学教授、工程施工专家、质监站、设计院、地勘单位等专家及相关专业技术人员现场察看。提出种种不同看法，进一步交流探讨后，认为:桩端持力层在强风化表层，桩端基本在全风化层，为饱和含水层，属弱透水性，在压桩时，由于缺乏排水通道，在受压桩周围一定范围内，孔隙水应力很大。受压桩相邻的1根~2根，由于在桩机机脚下或在受力影响较大的范围内，而不会上浮，而相隔3根~4根桩处，上浮土层压力不足于抵消孔隙水应力，造成地面及其中的桩向上拱起。常用的处理办法:①在群桩范围内增加一定数量的砂井，将压力孔隙水排除，以减少桩端孔隙水应力；②放慢压桩速度，待孔隙水应力消散后再压周围桩。

若按第一种办法处理，桩机就要暂停施工，进钻孔机械，施工砂井。存在以下问题:①钻孔机械要询价、报价，联系进场及进场后湿作业施工，造成场地泥泞；②工程桩施工工期延期很多；③费用增加较多，砂井施工费用及桩机停歇时的设备闲置费用等等。

若按第二种办法处理，每天施工10根~15根，①工期延期很多；②增加了设备闲置费用；③一天施工10根~15根桩，能否保证不产生新的浮桩现象不能确定。

经各方协商后，确定按以下办法处理:①对密集的群桩按桩数的10%的比例设置观测桩进行跟踪观测，实行动态管理，随时调整施工进度和走桩路线；②采取跳压的施工方式进行施工；③控制压桩进度，将压桩量控制在每天15根以内。

此后，施工单位基本按会议确定的要求进行了施工；但由于移机过远时，耗费的时间长、管桩搬运麻烦、前后施工的两桩间距过远配桩不准确，因而施工时，跳压间距仅为1根或2根桩间距，没有相隔过远。

第二次探索处理(把桩压入地下500 mm，5天后复压)。两天后汇总情况: 3桩承台以下桩基本没有上浮，超过3桩承台的群桩，普遍存在上浮现象，上浮量超过100mm的桩很多，且多数是压桩时，间隔2根~3根，甚至间隔4根~5根的桩上浮；压桩3小时后，周围的桩基本不再上浮。

鉴于上述情况，我们又组织了设计院、建设单位、监理单位、总包单位及静压桩施工方共同讨论，认为:在第一次专题会议后的施工基本按照会议确定的要求进行施工，但从观测数据反映，仍未有效地控制浮桩现象发生，观测发现桩普遍上浮超过100 mm。主要原因:压桩时跳压的间距偏小，跳压桩的时间间隔短，孔隙水不能消散，孔隙水应力不能得到有效的释放。

商定采用以下施工方法对静压桩管桩施工:①对观测到的浮桩及所有4桩以上承台的桩进行复压；②后续的桩按以下办法施工: a.对多桩承台(即9桩以上承台)采用先将承台内四角桩配桩及压桩至设计要求的持力层，并根据这四根桩的桩长并结合地勘资料，配该承台内的其余桩长，必要时在承台的中间配压一根桩；b.将配好的各管桩依次压入土中，压入深度控制在桩顶进入土中500 mm左右；c.待各承台静压桩施工后，经过5天左右，待孔隙水消散后，将各桩顶的土挖除，再统一从一个方向对各桩进行复压，复压终压标准同工程桩的压桩控制标准。d.对因现场条件限制，无法复压的桩，提交设计院采取补强处理。

第一次复压，由于经验不足，复压12根桩，有5根爆桩、压裂，压力值突降(复压时，由于压力值上升很快，机压只能连续短促地压)。总结经验后，继续复压，一周内静压桩复压65根，共爆桩12根，爆桩率较大，达到18.46%。

第三次探索处理(正常压桩，桩压完后，逐一锤击)。根据一周施工情况，再次组织各有关专家及相关技术人员现场察看、讨论，意见:①复压后，管桩没有再发现上浮现象，基本达到预期目标；②因是根据承台四角的压桩情况配桩，配桩长度不易掌握，浪费较多；③复压时，爆桩率较高，一者浪费严重，更重要的是群桩承台内管桩已经很密，爆桩后的处理，大多是再增加1根~2根管桩，造成挤密更加严重，极易引起周围桩上浮。

鉴于第②、③条原因，认为以前的处理方法不太合适，提出新的处理方案: a.管桩按压桩控制标准进行施工，压桩路线由里侧向外侧走，最好跳压，减少孔隙水应力； b.加强观测，做好记录，对各种承台的桩选取一定比例的桩观测其沉浮，对9桩以上承台的桩，每桩必测； c.待桩施工5天左右，对有上浮的桩进行锤击，锤击控制标准:用5T锤击复打，锤击距1.8 m，最后三阵(10击)，贯入度控制在30 mm以内； d.锤击时，对桩帽完整的桩，按控制标准锤击；对没有桩帽的桩进行截桩，截桩要求桩顶尽可能平整，并在锤击时，用简易的钢箍套在桩端，避免桩头过快锤碎。

一周后，我们请检测单位对锤击后的桩进行了小应变检测，结果桩身完整性较好；对不同形式的承台桩抽取具代表性的两根桩进行静载试验，沉降量小于20 mm，处理效果较好。

后经征询设计、地勘等各有关方意见:决定所有桩静压完成后，将场地土方开挖至地下底板标高，对露出地面的桩，从一个方向开始用锤击机进行复打，复打的最后三阵(10击/阵)贯入度控制在≤30 mm以内，复打完一根截一根，这样依次将露出地面的桩复打完毕。随后将低于开挖面的桩用小型挖机配以人工开挖露出桩头后进行复打，直至将能够复打的桩全部复打完。复打控制标准同上。对确因桩入土较深而无法复打的桩，提交设计单位处理。

5. 桩的质量检查验收情况

5.1基桩静载荷试验

本工程桩基工程施工完成后，建设各方根据规范及设计要求，对776根有效管桩，共同选取具有代表性的8根桩进行了基桩承载力的静载荷试验检测，检测结果:单桩竖向抗压极限承载力为5 000 kN，在最大试验荷载作用下各桩顶产生最大沉降量的桩，最大沉降量值为

25.82 mm，满足规范要求。

试验结论:本工程桩基单桩竖向抗压极限承载力满足设计要求。

5.2基桩低应变检测

由于本工程几乎所有的基桩均进行了二次施工(复压或复打)，在低应变检测试验选桩时，建设各方共同确认对多桩承台提高选桩比例，除满足规范要求的选桩要求外，对出现过浮桩的承台基桩均选取，共选取613根基桩，占总桩的79%。检测结果:其中I类桩558根占总检测桩数的91.0%，Ⅱ类桩55根，占总检测桩数的9.0%。试验结论:桩身完整性符合要求。