预应力混凝土管桩沉降异常浅析

王素花1霍进省2

摘要：预应力混凝土管桩有着单桩承载力高、桩身耐锤击性好、穿透力强、施工速度快、造价便宜等优点，在软土地基处理中得到了广泛的应用，本文以唐山某220kv变电站配电综合楼桩基础工程为例，介绍设计过程中预应力混凝土管桩地基处理方案的确定、桩施工中出现的问题以及施工应注意事项。

关键词：预应力混凝土管桩沉降异常工程经验

1工程介绍

配电综合楼为钢筋混凝土框架结构，地下一层为电缆夹层，地上两层，一层布置变压器室、电抗室、110kvGIS室、110kvGIS室，二层布置主控制室、继电器室、蓄电池室和办公用房。站址位于冀东平原南缘，地层为第四系冲洪积沉积物，岩性以粉土、粉质粘土及粉砂为主。站址区地表下21m深度范围内地层简述如下：

①粉土：稍密～中密状态。土质不均一，含有粘性土夹层。压缩系数平均值a1-2＝0.371MPa-1，属中等压缩性土。层底埋深3.30～4.00m，层厚3.30～4.00m。

②粉质粘土：软塑状态。含较多有机质及贝壳碎片，具腥臭味，局部含淤泥质粉质粘土透镜体。压缩系数平均值a1-2＝0.438MPa-1，属中等偏高压缩性土。层底埋深5.40～7.80m，层厚1.00～3.50m。

③粉土：湿，中密状态。土质不均匀。压缩系数平均值a1-2＝0.239MPa-1，属中等压缩性土。层底埋深7.10～14.00m，层厚0.40～6.20m。

③-1粉砂：中密，饱和，砂质不纯净，含粉土团块。该层分布不均，局部缺失。压缩系数平均值a1-2＝0.082MPa-1，属低压缩性土。层底埋深8.00～8.70m，层厚0.50～1.30m。

④粉质粘土：流塑状态。土质不均匀，含较多有机质及贝壳碎片，具腥臭味，含粉砂及淤泥质粉质粘土夹层或透镜体。压缩系数平均值a1-2＝0.474MPa-1，属中等偏高压缩性土。层底埋深11.90～15.00m，层厚1.00～4.00m。

⑤粉土：密实状态，土质不均匀，具粉质感，局部地段近粉砂。含淤泥质粉质粘土、粘土夹层或透镜体。压缩系数平均值a1-2＝0.212MPa-1，属中等压缩性土。该层未揭穿，最大揭露厚度9.10m。

⑤-1粉砂：灰色，中密～密实，饱和，砂质不纯净，含粉土团块。该层分布不连续，局部缺失。最大揭露厚度2.40m。

2地基方案确定

变电站位于唐海县城南，地貌类型属滨海滩涂，站址原为鱼塘，近期填平，周围鱼塘、虾池众多，水面随处可见，站址设计地震加速度0.15g，抗震设防烈度7度，地震反映谱特征周期0.65g，场地土类型为软弱土，场地类别IV类。

根据场地的地层结构和工程条件分析：站址区各层地基土在水平及垂直方向上，层位及厚度相对稳定，夹有强度较高的粉砂和强度较低的粘性土及淤泥质土。①～④层主要以中高压塑性土层为主，局部夹淤泥质透镜体，地基强度较差，承载力较低，⑤层地层属中压缩性土，工程性能较好，承载力相对较高。

考虑采用预应力高强度混凝土管桩。桩长根据上部建筑物荷载按照端承摩擦桩设计计算，由于⑤层粉土及粉砂地层强度较高，选择该层作为桩端持力层，桩基设计参数：桩极限侧阻力标准值①层28kpa，②层32kpa，③层40kpa，③-1层55kpa，④层35kpa，⑤层60kpa，⑤-1层68kpa，②④层23kpa，桩极限端阻力标准值⑤层1800kpa，⑤-1层2300kpa。

地面标高4.40m，基础埋深-6.0m计，单桩极限承载力按桩径400mm桩长16m计算。按照《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)相关公式估算单桩竖向极限承载力特征值689KN。

预应力混凝土管桩优点：可按成任意长度，不受施工机械能力和施工条件局限；成桩质量可靠，沉桩后桩长和桩身质量可用直接手段进行监测；桩身抗裂性好，穿透力强；造价低廉；施工速度快，文明施工。当地地基处理采用预应力混凝土管桩比较普遍，预制桩采购方便，施工技术成熟，因此确定采用预应力混凝土管桩做为地基处理方案。由于地基土为软弱土，为避免地基不均匀沉降对结构产生附加应力，基础形式采用筏板基础。

桩型采用PHCAB4008016a，桩长16m，由10m和6m桩接长，桩端持力层为第⑤层粉土，桩极限端阻力标准值1800kpa，总桩数1034根，设计要求单桩竖向承载力特征值500KN。桩头与基础连接采用微膨胀混凝土填芯，填芯高度1.3m，锚筋伸入基础底板500，由于地下水位较高，在接头顶面及侧面涂刷环氧沥青漆。

3现场施工状况

本工程现场原为鱼塘，由于打桩机对地面承载要求较高，现场场地无法满足打桩施工及行走，故回填碎石30cm厚，并压实。确保了桩机顺利进行施工。

设计要求对桩端标高进行控制，在桩施工过程，出现有15%桩端不能达到设计标高，相距1.0m左右，且部分桩顶已出现裂纹，不适合继续沉桩，统计最后一米锤击数，桩端已达设计标高桩最后一米锤击数平均115，而桩端未达标高桩最后一米锤击数平均220，最后十击贯入度3~5cm，且沉降异常桩集中在中部，分布比较集中，因打桩顺序从中间向两端施工，排除了桩间土挤压造成的沉桩困难的原因，考虑沉桩困难桩成片集中分布，估计在桩端附近存在局部硬层，而地基勘测钻孔间距控制20m，仅从地勘报告不能反应真实土层分布。

《建筑桩基技术规范》7.4.6条对锤击沉桩终止锤击控制规定：

3.1当桩端位于一般土层时，应以控制桩端设计标高为主，贯入度为辅。

3.2桩端达到坚硬、硬塑的粘性土、中密以上粉土、砂土、碎石类土及风化岩时，应以贯入度控制为主，桩端标高控制为辅。

本工程桩端持力层为第⑤层粉土，标贯击数23.1（击/30cm），标贯修正击数17.5（击/30cm），属于中密状态粉土，可采取贯入度控制为主，标高控制为辅的原则，因此在施工中对沉降困难桩调整了原设计提出的标高控制标准，结合周围区域施工经验，对类似情况采取了相同处理办法。

桩施工完毕后，进行桩基检测，对以上桩抽测6根，一类桩4根，二类桩两根，平均单桩竖向承载力特征值560KN，满足设计要求。

4软土地基采用预应力混凝土管桩的工程经验

4.1合理的打桩顺序预应力桩基施工时随着入桩段数的增多，各层地质构造土体密度随之增高。土体与桩身表面间的摩擦阻力也相应增大，打桩所需的锤击力也在增大。为使打桩中各桩的阻力基本接近，打桩线路应选择单向行进，从中间向两侧进行，这样地基土在入桩挤密过程中，土体可自由向外扩张，即可避免地基土上溢使地表升高，又不致因土的挤压而造成部分桩身倾斜，保证了群桩的工作基本均匀并符合设计值。

4.2适当控制打桩速度控制打桩速度，使各层土体能正确反映其抗剪能力。压桩过程中，要经常注意桩身有无位移和倾斜现象，如发现问题应及时纠正。桩将沉至要求深度或到达硬土层时，因尽量缩短压桩停息时间，以免土层出现固结，加大桩施工的困难。对软土地基，由于地基土滑动蠕变较强，在桩施工时控制成桩速度，特别是地下水位较浅时，由于桩对土的挤压，在桩周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。造成桩承载力降低和桩位偏移。

4.3施行复打在软土地基，由于桩周土有多层饱和软塑～可塑粘土层，且层厚大，层数多，摩擦力大，特别是先施打完成的桩由于土体重新固结，在桩机瞬时大压力加载下桩可能难于沉降，不能达到复压目的。在复压时，先采用极限承载力标准值60%～70%的压力进行瞬时短暂地反复施压，以破坏桩周土的固结效应。实践证明，这个方法是可行的，复压沉降量较大的桩都在施压6-8次之后就开始有明显下沉。