静压预应力管桩静载荷试验异常沉降的原因及复压处理

静压预应力管桩静载荷试验异常沉降的原因分析及复压处理预应力管桩具有施工速度快、质量容易控制、施工时无噪音、震动等优点，得到了广泛的应用。但越取越高的单桩设计承载力和不合理的工期，给桩基施工带来了很大的挑战和问题，应引起各方的注意。1工程概况汕头市某八层住宅小区工程单层地下室面积6800m2，基础采用预应力管桩基础，双桩承台，布桩平面系数为2.6%。Φ400（壁厚90mm）、Φ500（壁厚100mm）的设计单桩竖向承载力极限标准值分别为3100KN、4300KN，而设计终压值只为2500KN、3500KN，约为设计单桩竖向承载力极限标准值的80%。按照管桩公司提供的数据，设计单桩竖向承载力极限标准值接近桩身容许承载力。根据地质勘察报告，场地岩土层分布从上到下分别为：功层裳名握止厚度北（插m子）览液性砍指数鲜压缩禾模量组描述补q弯sik起/q亦pk其（烟KP坊a饲）石1仁宫0.3-3.浊0苍I遮L唤(驴Mpa)伞松散码

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变中析密依-推密实浩-/64002竖向静载荷试验异常沉降情况地下室桩基全面完成后进行竖向静载荷试验。其中一根Φ500桩加载到六级时沉降突然加大，沉降量达到50.77mm，在第七级至第九级又稳定均匀沉降，最后该桩沉降量为64.74mm，残余49.50mm。另一根问题桩桩径Φ500，加载到六级时沉降突然加大，达到48.91mm，最终沉降量为69.55mm，残余54.98mm。以上两根桩自施打完成到竖向静载荷试验间歇时间(以下简称为间歇时间)均为11天，施打过程正常。3原因分析3.1试验时间根据《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002附录Q单桩竖向静载荷试验要点Q.0.4条规定：开始试验时间：预制桩在砂土入土后7天后；粘性土不得少于15天；对于饱和粘性土不得少于25天。本工程由于工期十分紧迫，竖向静载荷试验沉降异常的两根桩都在施打完成后11天进行试验的。由于桩侧阻力大部分由饱和粘性土承担，间歇时间太短，桩周土未充分固结，其抗剪强度不能得到充分恢复和发挥，导致桩的承载力达不到要求。地质条件相同，桩端持力层未存在粘土薄层、间歇时间为11天、静载荷试验合格的桩的试验曲线图。其Q-s曲线较陡，s-lgt曲线显示在加载到七级之后比前几级有较大的沉降，说明桩周土固结不充分，可以近似地认为桩侧阻力占桩极限承载力标准值的70%。与事故桩的情况相似。根据有关文献，桩侧摩阻力主要由粘土层承担的工程桩，如桩的设计极限侧阻力qsik取值较规范表值高出不多（如本工程），则间歇时间为14天时侧阻力可达qsik的90%以上，最终侧阻力可比规范表值高出40-50%。此次复压处理，沉降量大于20mm的桩从压桩到复压的间歇时间均小于15天；间歇时间大于20天的桩的的复压沉降量均小于10mm，属于正常沉降；间歇时间大于25天的桩的复压时都有不同程度（-1～-14mm）的反弹。说明桩周土的充分固结可以大幅度地提高极限侧阻力。经过复压处理、间歇时间为33天、较有代表性的桩的静载荷试验曲线图。其Q-s曲线较平缓，可以说明桩周土固结较充分，按地质考虑桩的承载力还有较大余地。s-lgt曲线在加载到九级之后比前几级有较大的沉降，从曲线分析桩侧摩阻力约占桩极限承载力标准值的90%。此时桩侧阻力比事故桩提高(90%-60%)/60%=50%，间歇时间11天的桩提高（90%-70%）/70%=29%。这与文献描述的情况相似。3.2部分桩持力层存在薄弱层通过查阅工程勘察报告，竖向静载荷试验异常沉降的两根桩及复压中沉降量大于20mm的三根桩附近的钻孔地质柱状土的地层描述“局部夹可塑性粘土，薄层”，计算出Φ500桩桩端在第八层细砂层的极限端阻力Qpk＝qpkAp＝1256KN，而在第八层中的局部夹可塑性粘土薄层时Qpk＝490KN，可见相差悬殊。Qsk=μ∑qsikli＝2462KN，约等于静载荷试验加载到第六级时的压力值4300*0.6＝2580KN，此时桩总极限侧阻力正好发挥完，若继续加载，其荷载增量将全部由桩端阻力承担。根据《地基与基础》：“充分发挥桩端极限承载力所需的桩端沉降量则大得多…这个极限沉降量，一般粘性土约为0.25d，砂土为（0.08—0.1）d。”要达到桩端极限阻力，在砂土时沉降量为粘性土的2.5-3.5倍。可见桩端持力层为局部夹可塑性粘土层时沉降量远大于密实砂层。由于桩尖细砂层存在软弱土层，承载力较低，充分发挥桩端极限承载力所需的沉降量大，所以在加载到六级后发生沉降突然加大的情况，是符合常理的。3.3桩的卸压回弹在饱和粘性土中沉桩时，由于桩对土的挤压，在桩周厚度达25m的粘土层中产生超孔隙压力水，超孔隙压力水随着土体的隆起和侧移而慢慢消失。如果压桩速度过快，终压后复压过快完成，超孔隙压力水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。在类似土质压桩的实际观测中发现，快速压桩达到终压值桩机卸载时桩身最大上浮达50-70mm，扣除正常桩静载荷试验回弹量大约为10-18mm，残余沉降量将达40-50mm，复压很难消除掉这么大的回弹量；另外，在大压力下复压，相当对桩施加很大的冲击荷载，容易对桩身特别是桩头法兰盘与桩身混凝土接触处、桩接头焊缝处产生裂缝，有的施工单位并不愿意认真复压。如果在施打过程中没有采取逐步加载多次复压的措施，敷衍了事，这些桩在静载荷试验时就可能达不到设计要求。3.4挤土效应颗召集有关单位温分析事故原因胡的会议上，有落的单位坚持事禁故是由挤土效柴应引起的。挤似土效应一般表截现为浅层土体肃的隆起和深层院土体的横向挤动出，挤土效应块对已经施打的蒜桩的影响表现倦为桩身倾斜及楚浅桩络（亿≤迷20馅m撕）上浮。这些捐情况多发生在区桩距较密、布臭桩平面系数大贴且存在巨厚粘钳土层的地基。京本工程同一承汇台桩间诞距当Φ投40辱0颗、唯Φ宵50某0级分别摇为暑1300m筹m继、帽1600m哨m咏，均大涝于珍3鸽倍桩径；柱距兆为凤3.沈2消～泡7.0辟m掌之间，场区桩辰距较大，布桩琴平面系数小，刮本工程牛为纳2.6捆%液，且桩岛长潮≥怨40植m买，桩施工时未架出现土体隆起聪现象，周围路木面和建筑物未陶见因压桩引起岁的新的损伤，批可见因沉桩挤衬土引起桩体上驶抬导致桩尖脱差离持力层的说充法是不正确的析。表4愚逆复压处理及结汁果屯通过上面分析童，此次事故主洗要原因为：压胜桩与静载荷试针验间歇时间太极短、桩端持力蛙层存在粘土薄见弱土层、快速喉沉桩导致饱和贴粘土层回弹致黑使桩身上浮。阔因此，要求施矿工单位有的放证矢地对持力层棚存在粘土薄弱典土层的地质钻增探孔至周边正蓝常地质钻探孔历范围内的桩必范须全数进行复尤压；选取试验橡的桩必须在该母桩复欺压鞋2输5胞天后再进行静宇载荷试验。览在复压时碰到训的问题和采取裂的措施如下：抚4.墓1诚复压控制陵4.1.翻1方消除桩周土固舒结彼由于桩周土有得多层饱和软塑迁～可塑粘土层肯，且层厚大，坚层数多，摩擦艘力大，特别是吃先施打完成的仗桩由于土体重政新固结，在桩绕机瞬时大压力把加载下桩可能坚难于沉降，不需能达到复压目快的。在复压时时，先采用极限挠承载力标准笋值饭60昏%疗～可70化%尾的压力进行瞬斥时短暂地反复矩施压，以破坏任桩周土的固结颤效应。实践证盾明，这个方法烛是可行的，复驱压沉降量较大锯的桩都在施丘压差6-兆8写次之后就开始电有明显下沉。崭4.1.蚀2皱终压控制层考虑到管桩公且司提供的桩身历强度有一定安隙全储备，把桩苏复压终止压力受值控制在单桩统竖向承载力极键限标准值锹的器10砖0洞～赤110际%打。对首批复压鱼的扶2翠1仓根桩进行小应查变试验，结果扰其框中剥1锹5理根塔为项Ⅰ案类桩恭，滴6迈根弊为牙Ⅱ昆类桩，表明桩绕身质量符合要碗求，终压控制抵压力值是安全赖的。由于液压间静力压桩机的听构造特性，对堡桩顶施加压力窜不能象竖向静材载荷试验一样迫维持某个稳定敬的压力持续长驶时间加载，施豪压时桩尖遇到厦受压佩缩密实砂层时众压力直线上升尸，所以复压压灵力接近终压值睡时需特别小心湿，稍有大意，匹压力就会急速蓬上升，可能破撑坏桩身完整性些。飘4.1.幅3通桩机配重计桩机配重对桩包机施打过程的副稳定性至关重之要。配重不足行，桩机压力接柏近终压值时桩俭顶反力使桩架邪上抬脱离地面每，桩机失去稳喘定性，容易使瘦桩顶受到冲击浮，可能使桩身枣特别是桩顶法妈兰盘与混凝土咐接触处损坏。脆复压初期就有浙三根桩的桩顶距受到破坏，当搬要求桩机配重窑加大后到斩600银T础后桩顶破坏情业况基本得到消优除。数4.2湿洋送桩深度剪地下室部分送辟桩深度为节0.4-2.雅5唉m贤。由于场区水干位步为奉-0.5蜓m唐，水位较高，益送桩超暗过煤1.5括m兽的桩复压难以滥进行，主要因瑞为复压时钢桩您送难以对准桩失头。如复压时际钢桩送未能对挪准桩头，会使存桩头偏心受压帝，桩身受拉产绒生横向裂纹以头至破坏。如果睁通过大面积开们挖，外露的桩物必须砍掉桩头台，桩头没有法黎兰盘约束，在裳复压时容易破胶坏；桩机也难穷以进入基坑作秧业。所以复压韵前先挖去场幻区鹰400m秋m际以上的表层砂洲层，以不露出币桩头为限，使况绝大部分桩都印得以复压。挖讽出埋得较深桩遥头的砂坑，在闭桩机的重压下红砂可能流入砂钉坑。为了解决删这个问题，要希求在桩头以铁下朝300-50匀0m瞎m尚处放置厚壁砼蛙井圈，井圈上有沿低于地椒面册100m浸m津，避免桩机移忘动时压坏井圈础和方便就位。蓄4.3建宰沉降观测朽为使复压沉降赔情况直观明显件，预制了这1.2×1.鞠2视的龙门架，待符桩机就位后水草平稳定地安放顶在桩的周边。乎利用龙门架可旅以方便地在复株压过程中测量挪桩的沉降和回粒弹情况。此外尊，为了查明桩僵最终沉降情况剧，利用水准仪若测量复压前及旧复压后即时和俘一天后桩头的仿标高差，即为殿桩的复压回弹岂量和最终沉降烦值。皇4.4肯仗处理结果浑总共复压了脂19拐1拥根桩，其纸中调1躬9押根复压沉降量创超贱过奋10m政m盒，棒5务根超执过痕20m投m绝，最大沉挨降帆47m布m葬。复压完转成钩1莫8毒天后共选呆择艺6药根进行静载荷惜试验，最大沉救降量稼为插17.4-3娃2.5m俘m咳，残余沉降量愧为慰2.5-17表.4mm遇,剂全部达到设计这要求愤。惭Q-观s蒙曲线无明显陡谁降资，跃s-lg严t茶曲线尾部无明博显向下弯曲。均该工程已经竣男工验收备案，寿最大沉降队量券9m移m序，最小沉降杆量底7m堆m斯，地下室结构晨和上部主体结左构未发现可见觉裂缝，结构安恶全可靠。鸣5头惧设计和施工注祸意问题今5.1搂闸设计注意问题矩由于土层的复午杂性，特别是捕持力层为细砂津层且局部夹有吸薄弱土层的情太况在地质勘察后中不一定能被妥发现，所以控揭制压桩终压值射非常重要，终啦压值宜大不宜判小，一般不宜伴小于单桩竖向虎承载力极限标疫准值。丰在饱和粘土中济采用开口桩尖斑可解决在粘土芳层中快速沉桩黎引起桩的卸压抢回弹问题。由绝于开口桩尖在蔽沉桩时