靜壓預(yù)應(yīng)力管樁靜載荷試驗(yàn)異常沉降的原因分析及復(fù)壓處理

    1、工程概況

    汕頭市某八層住宅小區(qū)工程單層地下室面積6800m² ，基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，雙樁承臺(tái)，布樁平面系數(shù)為2.6%。 Φ400（壁厚90mm）、Φ500（壁厚100mm）的設(shè)計(jì)單樁豎向承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值分別為3100KN、4300KN，而設(shè)計(jì)終壓值只為 2500KN、3500KN，約為設(shè)計(jì)單樁豎向承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值的80%。按照管樁公司提供的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)單樁豎向承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值接近樁身容許承載力。

    根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)地巖土層分布從上到下分別為：

    2、豎向靜載荷試驗(yàn)異常沉降情況

    地下室樁基全面完成后進(jìn)行豎向靜載荷試驗(yàn)。其中一根Φ500樁加載到六級(jí)時(shí)沉降突然加大，沉降量達(dá)到50.77mm，在第七級(jí)至第九級(jí)又穩(wěn)定均勻沉降，最后該樁沉降量為64.74mm，殘余49.50mm。另一根問題樁樁徑Φ500，加載到六級(jí)時(shí)沉降突然加大，達(dá)到48.91mm，最終沉降量為69.55mm，殘余54.98mm。以上兩根樁自施打完成到豎向靜載荷試驗(yàn)間歇時(shí)間(以下簡(jiǎn)稱為間歇時(shí)間)均為11天，施打過程正常。

    3、原因分析

    3.1試驗(yàn)時(shí)間

    根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5007-2002附錄Q單樁豎向靜載荷試驗(yàn)要點(diǎn)Q.0.4條規(guī)定：開始試驗(yàn)時(shí)間：預(yù)制樁在砂土入土后7天后；粘性土不得少于15天；對(duì)于飽和粘性土不得少于25天。本工程由于工期十分緊迫，豎向靜載荷試驗(yàn)沉降異常的兩根樁都在施打完成后11天進(jìn)行試驗(yàn)的。由于樁側(cè)阻力大部分由飽和粘性土承擔(dān)，間歇時(shí)間太短，樁周土未充分固結(jié)，其抗剪強(qiáng)度不能得到充分恢復(fù)和發(fā)揮，導(dǎo)致樁的承載力達(dá)不到要求。

    地質(zhì)條件相同，樁端持力層未存在粘土薄層、間歇時(shí)間為11天、靜載荷試驗(yàn)合格的樁的試驗(yàn)曲線圖。其Q-s曲線較陡， s-lgt曲線顯示在加載到七級(jí)之后比前幾級(jí)有較大的沉降，說明樁周土固結(jié)不充分，可以近似地認(rèn)為樁側(cè)阻力占樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的70%。與事故樁的情況相似。

    根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，樁側(cè)摩阻力主要由粘土層承擔(dān)的工程樁，如樁的設(shè)計(jì)極限側(cè)阻力q_sik取值較規(guī)范表值高出不多（如本工程），則間歇時(shí)間為14天時(shí)側(cè)阻力可達(dá)q_sik的90%以上，最終側(cè)阻力可比規(guī)范表值高出40-50%。此次復(fù)壓處理，沉降量大于20mm的樁從壓樁到復(fù)壓的間歇時(shí)間均小于15天；間歇時(shí)間大于20天的樁的的復(fù)壓沉降量均小于10mm，屬于正常沉降；間歇時(shí)間大于25天的樁的復(fù)壓時(shí)都有不同程度（-1～-14mm）的反彈。說明樁周土的充分固結(jié)可以大幅度地提高極限側(cè)阻力。

    經(jīng)過復(fù)壓處理、間歇時(shí)間為33天、較有代表性的樁的靜載荷試驗(yàn)曲線圖。其Q-s曲線較平緩，可以說明樁周土固結(jié)較充分，按地質(zhì)考慮樁的承載力還有較大余地。s-lgt曲線在加載到九級(jí)之后比前幾級(jí)有較大的沉降，從曲線分析樁側(cè)摩阻力約占樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的90%。此時(shí)樁側(cè)阻力比事故樁提高(90%-60%)/60%=50%，間歇時(shí)間11天的樁提高（90%-70%）/70%=29%。這與文獻(xiàn)描述的情況相似。

    3.2部分樁持力層存在薄弱層

    通過查閱工程勘察報(bào)告，豎向靜載荷試驗(yàn)異常沉降的兩根樁及復(fù)壓中沉降量大于20mm的三根樁附近的鉆孔地質(zhì)柱狀土的地層描述“局部夾可塑性粘土，薄層”，計(jì)算出Φ500樁樁端在第八層細(xì)砂層的極限端阻力Q_pk＝q_pkA_p＝1256KN，而在第八層中的局部夾可塑性粘土薄層時(shí) Q_pk＝490KN，可見相差懸殊。Q_sk=μ∑q_sikli＝2462KN，約等于靜載荷試驗(yàn)加載到第六級(jí)時(shí)的壓力值4300*0.6＝2580KN，此時(shí)樁總極限側(cè)阻力正好發(fā)揮完，若繼續(xù)加載，其荷載增量將全部由樁端阻力承擔(dān)。根據(jù)《地基與基礎(chǔ)》：“充分發(fā)揮樁端極限承載力所需的樁端沉降量則大得多…這個(gè)極限沉降量，一般粘性土約為0.25d，砂土為（0.08—0.1）d。”要達(dá)到樁端極限阻力，在砂土?xí)r沉降量為粘性土的2.5-3.5倍�？梢姌抖顺至�層為局部夾可塑性粘土層時(shí)沉降量遠(yuǎn)大于密實(shí)砂層。由于樁尖細(xì)砂層存在軟弱土層，承載力較低，充分發(fā)揮樁端極限承載力所需的沉降量大，所以在加載到六級(jí)后發(fā)生沉降突然加大的情況，是符合常理的。

    3.3 樁的卸壓回彈

    在飽和粘性土中沉樁時(shí)，由于樁對(duì)土的擠壓，在樁周厚度達(dá)25m的粘土層中產(chǎn)生超孔隙壓力水，超孔隙壓力水隨著土體的隆起和側(cè)移而慢慢消失。如果壓樁速度過快，終壓后復(fù)壓過快完成，超孔隙壓力水和土體變形未充分消散，此時(shí)的飽和粘性土表現(xiàn)為彈塑性變形特征，土體卸壓恢復(fù)過程中樁身被抬起，樁尖脫離持力層。在類似土質(zhì)壓樁的實(shí)際觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，快速壓樁達(dá)到終壓值樁機(jī)卸載時(shí)樁身最大上浮達(dá)50-70mm，扣除正常樁靜載荷試驗(yàn)回彈量大約為10-18mm，殘余沉降量將達(dá)40-50mm，復(fù)壓很難消除掉這么大的回彈量；另外，在大壓力下復(fù)壓，相當(dāng)對(duì)樁施加很大的沖擊荷載，容易對(duì)樁身特別是樁頭法蘭盤與樁身混凝土接觸處、樁接頭焊縫處產(chǎn)生裂縫，有的施工單位并不愿意認(rèn)真復(fù)壓。如果在施打過程中沒有采取逐步加載多次復(fù)壓的措施，敷衍了事，這些樁在靜載荷試驗(yàn)時(shí)就可能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

    3.4 擠土效應(yīng)

    召集有關(guān)單位分析事故原因的會(huì)議上，有的單位堅(jiān)持事故是由擠土效應(yīng)引起的。擠土效應(yīng)一般表現(xiàn)為淺層土體的隆起和深層土體的橫向擠出，擠土效應(yīng)對(duì)已經(jīng)施打的樁的影響表現(xiàn)為樁身傾斜及淺樁（≤20m）上浮。這些情況多發(fā)生在樁距較密、布樁平面系數(shù)大且存在巨厚粘土層的地基。本工程同一承臺(tái)樁間距Φ400、Φ500分別為1300mm、1600mm，均大于3倍樁徑；柱距為3.2～7.0m之間，場(chǎng)區(qū)樁距較大，布樁平面系數(shù)小，本工程為2.6%，且樁長(zhǎng)≥40m，樁施工時(shí)未出現(xiàn)土體隆起現(xiàn)象，周圍路面和建筑物未見因壓樁引起的新的損傷，可見因沉樁擠土引起樁體上抬導(dǎo)致樁尖脫離持力層的說法是不正確的。