PHC樁在粘性土中沉樁上浮問題探討
（yds911）
摘要：駐馬店某工程場地地基土均為粘性土，在樁基原體試驗(yàn)中，PHC樁出現(xiàn)上浮，并導(dǎo)致部分PHC樁出現(xiàn)斷樁、承載力不足等嚴(yán)重缺陷，造成很大安全隱患，處理起來不但需投入大量資金、人力、物力，而且又會延誤工期。通過工程實(shí)例，分析出導(dǎo)致PHC樁上浮的原因，并提出有效的預(yù)防措施。
關(guān)鍵詞：PHC樁；粘性土；擠土效應(yīng)；上浮；斷樁
1 前言
根據(jù)工程實(shí)例，本文對PHC樁上浮的原因進(jìn)行了較深入的分析，并提出了有效的預(yù)防措施，可為今后工程樁基礎(chǔ)的施工提供參考。
2 工程概況
駐馬店某工程考慮到經(jīng)濟(jì)、工期等原因，工程樁擬采用PHC樁，并進(jìn)行樁基原體試驗(yàn)。為了模擬工程樁群樁施工狀況，同時(shí)掌握沉樁過程中PHC樁是否存在上浮情況，設(shè)計(jì)專業(yè)提出試樁由5×5=25根PHC樁組成，各試樁成正交布置，樁間距1.75m。PHC樁樁身混凝土強(qiáng)度等級采用C80，樁徑500mm，壁厚100mm，樁長30.0m，預(yù)估單樁豎向抗壓極限承載力為4000kN。施工按照由里向外的施工順序進(jìn)行，采用錘擊沉樁工藝，樁錘選擇D62型，停錘標(biāo)準(zhǔn)采用以樁端設(shè)計(jì)標(biāo)高為主、貫入度為輔的控制原則。PHC樁布置圖見圖1。
圖1 PHC樁布置圖
根據(jù)原體試驗(yàn)報(bào)告，本工程場地屬?zèng)_洪積平原地ò，地下水穩(wěn)定水λ埋深2.0～3.0m，地基土全部由第四系沖洪積成因的粘性土組成。
3 施工及檢測情況
經(jīng)對該工程PHC樁原體試驗(yàn)施工、檢測跟蹤調(diào)查，25根PHC樁全部沉到了設(shè)計(jì)的深度，進(jìn)入層⑨粘土的深度為3.0m左右，此時(shí)的貫入度在30～110mm之間（多數(shù)在60～100mm左右）。平均總錘擊數(shù)為1321擊，最大總擊數(shù)為P210號樁1710擊（由于機(jī)械故障，P210號樁施工至－26.0m時(shí)被迫停止，6個(gè)小時(shí)后恢復(fù)施工，造成擊數(shù)偏大），最小總擊數(shù)為P28號樁1195擊。
考慮到PHC樁在沉樁過程中的擠土效應(yīng)，試樁施工過程中對12根具代表性的PHC樁上浮量測量（水準(zhǔn)儀觀測）；在PHC樁達(dá)到休止期后，進(jìn)行了低應(yīng)變、高應(yīng)變、豎向靜載及水平靜載等檢測，具體施工、檢測成果數(shù)據(jù)見表1。
表1 PHC樁施工及檢測成果數(shù)據(jù)
從檢測數(shù)據(jù)可以看出，PHC樁普遍存在上浮情況，上浮量為18～142mm之間，具體表現(xiàn)為：中心P211號樁上浮量最大，達(dá)142mm，內(nèi)環(huán)PHC樁上浮量稍小，為99～112mm，外環(huán)PHC樁上浮量最小，為18～30mm；PHC樁的上浮導(dǎo)致部分PHC樁出現(xiàn)斷樁、承載力不足等嚴(yán)重缺陷，造成很大質(zhì)量安全隱患。
4 樁體上浮影響因素分析
通過對其他工程場地PHC樁施工情況的大量調(diào)查，并結(jié)合駐馬店工程的原體試驗(yàn)結(jié)果，著重從該工程場地巖土條件及試驗(yàn)數(shù)據(jù)入手，對PHC樁上浮的影響因素進(jìn)行分析。該工程場地巖土條件特點(diǎn)為地下水λ埋深淺、地基土全部由粘性土組成（上部為軟塑～可塑狀態(tài)、下部為硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)）；試驗(yàn)數(shù)據(jù)除對樁體上浮量進(jìn)行分析，并選擇具有代表性的P211及P22樁的豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q-s曲線對比，對PHC樁上浮情況進(jìn)行分析。
通過P211及P22樁的Q-s曲線可以看出，P211樁最大加載量較P22樁的最大加載量小得多，說明樁體上浮對單樁承載力存在影響；而P211樁的Q-s曲線本身說明樁體出現(xiàn)斷樁（高應(yīng)變證實(shí)從上下兩節(jié)樁接頭處斷裂），從曲線上看，上下兩節(jié)樁脫開近40mm，而P211樁樁頂上浮為142mm，說明下節(jié)樁上浮了100mm以上。
通過調(diào)查其他工程PHC樁使用情況，發(fā)現(xiàn)粘性土在地基土中所占比例越高，PHC樁越容易出現(xiàn)上浮，地下水λ埋深淺的場地較埋深深的場地容易出現(xiàn)上浮。分析PHC樁在粘性土中沉樁導(dǎo)致樁體上浮主要存在兩大因素：一是上部軟塑～可塑狀態(tài)的粘性土在地下水λ埋深較淺的情況下，由于PHC樁沉樁形成擠土效應(yīng)，使樁周土中超孔隙水壓力急劇增大（因粘性土滲透系數(shù)較小，孔隙水消散很慢），降低土的不排水抗剪強(qiáng)度，促使樁周鄰近土體因不排水剪切而破壞，與樁體積等量的土體在沉樁過程中向樁周發(fā)生較大的側(cè)向λ移和¡起，同時(shí)由于超孔隙水壓力向四周消散及土體低壓縮性的影響，加之群樁施工中的疊加因素，擴(kuò)大了λ移和土體¡起的范Χ，造成已打入樁的側(cè)向λ移及上浮。二是下部硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)的粘性土壓縮性很小，在群樁施工中PHC樁進(jìn)入該層后，會對硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)的土層產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動(dòng)，導(dǎo)致地基土強(qiáng)度降低，局部發(fā)生剪切破壞，且后續(xù)沉樁的側(cè)向擠土余地不足，導(dǎo)致樁間土體上¡，帶動(dòng)先行沉入的鄰樁上�。≒211樁下半節(jié)樁體出現(xiàn)上浮也是例證）。
5 擠土效應(yīng)和上浮的預(yù)防措施
為降低PHC樁在沉樁中的擠土效應(yīng)和避免出現(xiàn)上浮問題，根據(jù)以上分析出的原因，建議在粘性土中進(jìn)行PHC樁施工時(shí)，考慮采取下列一種或幾種預(yù)防措施：
（1）加大樁的中心間距：通過適當(dāng)增加承臺面積，也可通過加大樁徑、提高單樁承載力、減少樁數(shù)，加大樁距，控制布樁平面系數(shù)，以減小擠土效應(yīng)；
（2）減少PHC樁進(jìn)入硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)粘土深度：當(dāng)以硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)粘性土作為樁端持力層時(shí)，進(jìn)入持力層不宜大于3倍樁徑，以減小對深部地基土的擠土效應(yīng)；
（3）預(yù)先鉆孔再沉樁：鉆孔直徑可比樁徑小50～100mm，深度可根據(jù)樁距和土的密實(shí)度、滲透性確定，宜為樁長的1/3～1/2；施工時(shí)應(yīng)隨鉆隨打，樁架宜具備鉆孔錘擊雙重功能；
（4）設(shè)置塑料排水板：按1×1m方格網(wǎng)設(shè)置塑料排水板，深度宜為10～12m，對降低超靜孔隙水壓力會起到一定的作用，從而可減弱擠土效應(yīng)，減小樁體上�。�
（5）可開挖地面防震溝：可與其他措施結(jié)合使用，防震溝寬度可取0.5～0.8m，深度按土質(zhì)情況決定；
（6）控制沉樁速度：24小時(shí)內(nèi)休止時(shí)間不應(yīng)少于8h，在狀態(tài)較差的粘性土地基中沉樁速度過快，超靜孔隙水壓力幾乎得不到消散而迅速上升，土體變形加��；
（7）合理安排沉樁順序：為減少土體λ移，可采用自中間向兩個(gè)方向或四周對稱施打、先長后短、分段沉樁或間隔跳打、分遍沉樁；
（8）進(jìn)行孔隙水壓力監(jiān)測：在沉樁過程中，對沉樁周Χ地基土中孔隙水壓力進(jìn)行檢測，根據(jù)孔隙水壓力的變化，指導(dǎo)沉樁速度及沉樁順序；
（9）對不少于總樁數(shù)10%的樁頂進(jìn)行上浮監(jiān)測。
6 結(jié)語
PHC樁沉樁施工屬擠土施工，當(dāng)前的施工工藝、方法存在導(dǎo)致PHC樁上浮的因素，而且PHC樁上浮使樁體受拉，導(dǎo)致斷樁，嚴(yán)重影響到樁身完整性；PHC樁的上浮又會影響到單樁承載力，存在達(dá)不到承載力設(shè)計(jì)值的潛在Σ險(xiǎn)。本文提出了在設(shè)計(jì)、施工階段可采取的一些預(yù)防措施，以盡量減少擠土效應(yīng)，減少對成樁質(zhì)量的不利影響，可為今后工程樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)、施工提供參考。
