南沙某工程預應力管樁收錘標準問題分析及處理

鄒家南，沈喚亮，熊方健

（廣州南沙科創(chuàng)置業(yè)有限公司 廣州 511458）

0 引言

近年來，預應力管樁以其施工高效、經濟、地層適應性強等特點在樁基工程中得到廣泛應用，在具有較好持力層的沿海軟土地區(qū)應用也越來越多。隨著預應力管樁的應用發(fā)展及所遇地質的復雜性，也暴露了一些問題。

王海生［1］以佛山某工程為背景，介紹了錘擊預應力管樁基礎檢測和問題處理過程，通過高應變和靜載試驗等檢測數(shù)據的對比，對該工程樁基質量問題進行分析，并提出相應的處理方案及針對性建議。黃良機等人［2］分析了預應力混凝土管樁工程存在的主要質量問題以及產生這些問題的原因，并有針對性地提出了質量控制對策。李永生等人［3］從工程的地質條件和打樁施工角度探討軟土地區(qū)不同工程地質條件下預應力管樁收錘標準。陳景忠等人［4］認為如何使收錘標準根據外部作用因素的變化而做適時相應地調整，是發(fā)揮收錘標準質量控制作用的前提，可通過液壓錘的數(shù)據采集和傳輸功能，依據樁的設計、錘-樁-土配置與條件參數(shù)、過程參數(shù)和驗證參數(shù)等的數(shù)字化，識別判斷樁是否達到收錘要求。還有不少學者［5-10］探討并分析了預應力管樁相關問題并提出解決方法，詳見相關文獻。

廣州南沙某工程地質條件復雜，工期緊張，設計采用預應力管樁基礎，液壓錘擊施工，通過試樁后開始大面積施工樁基礎，但出現(xiàn)成片區(qū)域有效樁長遠比預估有效樁長短等異常問題。本文以該工程為背景，結合其地質條件及其樁基設計及施工特點，針對該工程存在的預應力管樁收錘標準問題，通過對異常“短樁”進行復打、補勘、高應變及靜載檢測等處理措施結果的分析，提出相應處理意見，得出了一些有益的結論，以期為類似工程的設計與施工提供參考。

1 工程概況

某項目位于廣州市南沙區(qū)，場地較為平整，項目規(guī)劃用地面積66 333 m2，擬建14 棟高層住宅樓，采用剪力墻結構，地下兩層，局部一層，采用液壓錘擊法施工PHC高強預應力管樁基礎，如圖1所示。

根據設計要求，塔樓基礎主要為φ600 mm 管樁，單樁承載力特征值取2 700 kN，靜載極限值要求達到5 710 kN，液壓錘擊施工時錘重16 t，最后貫入度30 mm/10 擊，要求樁端進入風化層，并以最后貫入度為主要控制收錘標準。現(xiàn)場根據設計要求，選擇代表性位置做了試樁，樁長35～50 m，進入全風化層10～20 m，經靜載檢測驗證皆可滿足設計要求。樁基設計信息如下：外徑為600 mm，壁厚130 mm，承載力特征值為2 700 kN，樁尖類型為A，錘心質量為16 t，錘心行程為0.6 m，最后貫入度為30 mm/10擊，靜載極限值為5 710 kN。

2 工程地質條件

根據區(qū)域工程地質情況及周邊建筑場地工程地質情況調查，擬建場地原始地貌單元主要為珠江三角洲沖積平原，經人工回填平整后，地勢平坦、開闊。場地巖土層呈多樣性，地層種類多，均勻性變化大，大致為上軟下硬特性，整體存在海陸交互相沉積層包括軟土（淤泥質土和淤泥）及特殊性巖土（殘積土和砂質黏性土），下部基巖層面變化較大，分布不均，厚度不一。地基復雜程度為一級（復雜地基）。地塊北側地質剖面如圖2 所示，樁側摩阻力特征值及端阻力特征值建議值如表1所示。

表1 樁側摩阻力特征值及端阻力特征值建議值Tab.1 Recommended Values of Characteristic Values of Side Friction and End Resistance of Piles

根據場地工程地質條件、地下室結構特點以及空間位置關系，可知：地下室深基坑主要處于填土和淤泥質土及粉質粘土層，一層地下室結構下方地層主要為淤泥質土，兩層地下室結構下方地層主要為淤泥質土及粉質粘土層。綜合考慮地質條件及基坑、地下室特點，現(xiàn)場考慮開挖至基底換填后施打管樁。鑒于地質變化，設計要求樁端穿透砂質黏土層和中粗砂層進入風化層，并以貫入度控制為收錘標準。

3 問題分析及解決方案

起初，現(xiàn)場按設計及施工部署要求全面施打管樁，兩周內完成了工程樁施工62 根，但根據原地勘孔和補勘孔僅有約11根的持力層達到全風化巖層，已施工的其余工程樁持力層均為中粗砂或砂質黏土層，樁長約20 m，與預估樁長相差大，現(xiàn)場復打后均無法繼續(xù)深入。典型情況：8#塔樓G8-8承臺只有兩根工程樁（G8-8-10，G8-8-6）打樁深度超過30 m，其他樁長均約為20 m，同一承臺平面距離約2 m的樁間距，樁長差量超過15 m，樁長異常問題明顯，現(xiàn)場需明確“短樁”問題原因及解決方案后方可進一步全面施工。典型問題承臺區(qū)域示意圖如圖3所示。

綜合分析考慮地質條件及樁基設計及施工特點，認為有以下幾點可能原因：①擠土效應，使用閉口樁尖的擠土效應明顯，在砂層及砂質粘性土中尤其明顯，對樁身穿透力造成一定影響；②地質復雜，根據勘察報告，短樁樁身主要為淤泥質土、中粗砂（稍密，局部中密）、粉質黏土、砂質粘性土（硬塑，黏性較差，含較多中、粗粒砂），但由于地質地層性質及分布變化大，錘擊管樁可能無法穿透一定厚度的中粗砂或砂質黏土層；③原設計樁基礎收錘標準要求過高而不夠合理，應完善收錘標準。

結合現(xiàn)場實際，綜合考慮成本、工期等影響，經初步分析，擬定“循序漸進”解決方案如下：①為減小擠土效應影響，對已施工樁樁頂“浮樁”情況進行監(jiān)測，并對有條件的樁進行復打，對后續(xù)未施工樁使用開口樁尖施打；②為進一步查明局部地質情況，有針對性進行補勘；③對已施工的代表性短樁進行高應變或靜載檢測驗證。

4 方案實施結果分析

4.1 復打及補勘結果分析

經現(xiàn)場監(jiān)測，已施工樁未出現(xiàn)明顯“浮樁”現(xiàn)象，施打線路擠土效應控制良好；對復打樁的觀測結果顯示，復打三陣最大貫入度不超過10 mm，基本一動不動；另外，后續(xù)使用開口樁尖施打樁長表明亦未能明顯加大進深。據此判斷所施工管樁已達貫入度收錘標準，錘擊施工未能再明顯進入后續(xù)中粗砂或砂質黏土層。

根據同一承臺局部區(qū)域補勘結果（見圖3），中粗砂層、砂質黏土層高程及厚度均變化大，其中，砂層厚度2.8～17.3 m，高程（-18.4）～（-30.15）m。根據補勘結果及地層參數(shù)，可計算該區(qū)域短樁理論承載力約1 200～1 700 kN（此處短樁理論計算承載力未能滿足設計要求），主要受進入中粗砂層、砂質黏土層深度不同影響而變化。鑒于中粗砂層、砂質黏土層對管樁承載力貢獻較大，因此，地質變化大是樁長變化的主要原因。

4.2 高應變及靜載結果分析

經參建方商議，現(xiàn)場對代表性短樁（結合就近補勘鉆孔，選擇樁長盡量短、理論承載力盡量小的短樁）進行了高應變檢測和靜載檢測，圖4 為G8-8-3 號樁高應變曲線，圖5為G8-8-3號樁靜載檢測曲線。

由圖4、圖5 可知：G8-8-3 號樁高應變側阻力1 535.9 kN，端阻力2 517.4 kN，承載力4 053.3 kN，未能達到設計要求；靜載加載到設計要求時，最大沉降量23.57 mm，最大回彈量17.77 mm，回彈率75.4%，極限承載力5 710 kN，滿足設計要求。

鑒于高應變檢測受影響因素多，如施工條件、施工技能水平以及實測曲線擬合法計算阻尼系數(shù)、混凝土彈模強度、側阻力、端阻力、彈性位移等，經驗參數(shù)的取值和擬合操作的合理性影響較大，高應變檢測法結果相比靜載檢測結果往往較為保守，最終承載力極限值以靜載數(shù)據為準，G8-8-3 號樁能滿足設計要求。為進一步驗證結果的代表性及合理性，又在其他承臺選擇類似問題短樁實施了復打、高應變、靜載等方案，最終結果一致，短樁靜載承載力滿足設計要求。

4.3 處理意見及效果

綜上結果分析可知，對本項目而言，中粗砂層、砂質黏土層等可作為良好的持力層，“短樁”承載力可滿足設計要求，無需按原設計要求樁端穿透中粗砂層進入風化層，即當管樁樁端無法穿過中粗砂層成為“短樁”時，可按設計要求以貫入度收錘。據此，現(xiàn)場施工收錘標準調整為“樁端進入砂質黏土、中粗砂、全風化花崗巖或強風化花崗巖，以貫入度控制為主”，為后續(xù)全面加快施工奠定了基礎。

目前，本工程按照上述處理意見已順利完成全部樁基施工并通過驗收。實踐表明，本工程短樁問題處理意見可行，可為類似工程提供參考。

5 結論

結合南沙某工程預應力管樁收錘標準問題分析及處理的工程實例，通過對復打、補勘、高應變及靜載檢測等處理措施結果的分析，得到如下結論：

⑴勘察報告提供的地質參數(shù)偏于保守，承載力計算結果小于實測數(shù)據。

⑵高應變動測承載力結果相對保守，承載力以靜載結果為準。

⑶原設計收錘標準過高，當樁端無法穿過中粗砂層時，以貫入度收錘即可。