静压管桩沉桩存在的困难原因及措施探讨

静压管桩沉桩存在的困难原因及措施探讨

何振江

江苏省建设集团工程有限公司

摘要：本文主要针对静压管桩存在的困难原因及措施展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对桩基的设计进行了计算，并在分析了沉桩困难原因的基础上，给出了一系列相应有效的处理措施，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。

关键词：沉桩；困难原因；措施；探讨

引言

静压管桩施工技术在建筑工程施工中的应用十分普遍，这是由于它具有很多施工优点决定的，包括噪声污染低、震动幅度小、环境污染少等等。但是在实际的施工中，静压管桩存在着沉桩困难的现象，因此，为了保障静压管桩的施工质量，就需要相应的工作人员及时分析困难存在的原因，并采取有效措施处理。基于此，本文就静压管桩存在的困难原因及措施进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定帮助。

1工程概况

1.1场地的岩土工程条件

某住宅楼18层，根据勘察报告，场地地层自上而下分12层，如表1所示。

表1场地地层结构及性质

1.2基本参数

按照《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2011）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）有关规定，根据场地工程地质条件和土工试验、标贯及静力触探结果，结合地区工程经验，建议各层土的预应力管桩及钻孔灌注桩桩极限侧阻力标准值qsik和桩极限端阻力标准值qpk如表2所示。

表2建议极限侧阻力、端阻力标准值

2设计计算

2.1桩基设计参数的确定

根据勘察报告，设计单位确定采用预应力混凝土管桩承台基础，桩型采用PHC-500AB100-27b型，桩顶标高一般为-2.90m（标高37.10m），设计有效桩长≥27.0m，单桩竖向承载力特征值≥1400kN。

2.2单桩竖向极限承载力估算

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）第5.3.8条公式Quk=Qsk+Qpk=uΣqsikli+qpk（Aj+λpApl）（公式中字母具体含义，规范中已写明，本文不再敖述）及勘察报告，对不同孔号有效桩长大于27m的管桩（桩径均为500mm，壁厚均为100mm）进行单桩竖向极限承载力Quk估算，估算结果如表3所示。

表3不同孔号的管桩Quk估算结果

3沉桩困难的原因分析

3.1管桩施工过程

该工程设计总桩数为121根，采用静压沉桩法施工，施工过程并不顺利，在已施工的19根桩中，只有9根桩压到设计桩长，有10根桩在压入自然地面下约14m后无法继续压入，施工单位暂停施工，查找原因。

3.2专门勘察

本次勘察勘探点根据桩基施工情况，在压桩困难未达设计桩长部位布设勘探点6个，在未打桩部位布设勘探点3个，钻孔孔深50.00m，孔口地面标高为38.87～39.47m。

勘察结果显示，场地地层分层与第一次勘察结果大致相同，但个别地层结构及性质有较大差异，差异较大的地层如表4所示，建议各层土的极限侧阻力、端阻力标准值如表5所示。

表4两次勘察差异较大的地层

表5建议极限侧阻力、端阻力标准值

3.3沉桩困难的原因分析

根据此次专门勘察钻孔资料分析，拟建场地内普遍存在第④－1层粉砂（原勘察报告并未提及），厚度1.90～3.90m，层底标高23.28～24.77m，层底埋深14.10～15.80m，呈中密～密实状态。该层土密实度不均匀，局部呈密实状态，造成管桩压桩困难，前期施工未达到设计深度的基桩桩端即为第④－1层粉砂。

由于桩基施工对桩间土有挤密效应，特别是对第④－1层粉砂，挤密后第④－1层粉砂密实度不均匀，局部可达到密实状态，形成硬夹层，造成管桩压桩困难，未达到设计深度的基桩桩端即为第④－1层粉砂。

4处理措施

4.1处理方案

4.1.1预应力管桩基础。

继续按照原来的施工图纸进行施工，但由于第④层粉土、第④－1层粉砂密实度较高，建议采用引孔法施工工艺，引孔深度应超过第④－1层粉砂。对已经施工完未达到设计深度的10根桩旁边进行补桩。

4.1.2预应力管桩复合地基。

预应力管桩复合地基可将土体置换形成增强体（桩体），由增强体和周围地基土共同承担荷载，通过设置褥垫层，调整桩顶和桩间土的应力比，充分发挥桩间土的承载潜力，并协调变形。这样既解决了地基强度不足的问题，又能满足变形的要求。预应力管桩桩顶不嵌入上部基础内。

（1）复合地基承载力计算。为充分利用已施工桩基，建议采用正方形布桩，桩间距可按1.70m考虑，施工桩长14.0m（有效桩长≥12.0m），桩径500mm。则m=d2/de2=0.52/（1.13×1.70）2=0.068。

参照本文2.2节内容，对施工桩长约为14m的管桩（桩径均为500mm，壁厚均为100mm）进行单桩竖向极限承载力Quk估算，估算结果如表6所示。

表6施工桩长约为14m的管桩Quk估算结果表

根据表6的计算结果，当单桩竖向承载力特征值Ra取650kN时，根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）公式7.1.5-2估算复合地基承载力特征值。

其中，λ=0.9，β=0.95，Ap=0.196，fak=110（根据详勘报告确定），fsk=1.3×fak=1.3×110。

fspk=λmRa/Ap+β（1－m）fsk=0.9×0.068×650/0.196+0.95×（1－0.068）×110×1.3=329.6kPa

根据设计单位提供的资料，基底均布荷重为304kPa，以上计算结果可以满足设计要求。故利用已完成基桩，按照置换率m不小于0.068、有效桩长≥12.0m、桩径500mm的原则补打剩余的预应力管桩，采用复合地基筏板基础能够满足设计基底要求。

（2）复合地基变形计算。当采用预应力管桩复合地基时，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2011）及《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－2012）有关规定采用分层总和法计算复合地基最终沉降量。具体计算如下：取fspk=320.0kPa，ζ=fspk/fak=320.0/110.0=2.9。各复合土层的压缩模量取值如表7所示。

表7各复合土层的压缩模量

基底标高为37.10m，基底荷载为pk=304kPa，等效作用面积为拟建建筑物底面积13.6×31.7m，以1号钻孔为例计算钻孔基底以上土的自重压力pc=45.03kPa，基底附加压力pz=258.97kPa。对复合地基变形计算结果如表8所示。

表8复合地基变形计算结果

通过验算，采用以上设计参数和复合地基方案时，建筑物倾斜值及沉降量均满足要求。

（3）褥垫层的设置。若采用复合地基方案，在桩顶和基础之间应设置一定厚度的褥垫层，可采用级配砂石垫层分层振密。褥垫层厚度建议取200～300mm。基坑开挖后，若局部基底为第①层填土，应将其全部挖除，以级配砂石分层振密至设计基底标高。

4.1.3钻孔灌注桩基础。

由设计图纸可知，桩顶标高为37.10m，建议桩径600mm，有效桩长26.00m，以第⑦层粉质黏土或第⑦－1层粉土作为桩端持力层。根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）公式5.3.5Quk=uΣqsikli+qpkAp估算单桩竖向极限承载力标准值如表9所示。

表9钻孔灌注桩Quk估算结果表

从以上计算结果可以看出，采用以上计算参数的钻孔灌注桩单桩竖向极限承载力标准值与原预应力管桩相近。因此，在压桩深度未达设计要求的10根预应力管桩旁增加部分钻孔灌注桩，与原预应力管桩共同形成桩基础。

综合以上3种方案，无疑第二种方案为最优方案，既保证了施工的连续性，又大大降低了投资成本。

4.2方案的实施及注意事项

原设计单位根据预应力管桩复合地基方案重新进行桩基施工图设计，桩型仍采用PHC-500AB100-27b型，正方形布桩，桩间距1.70m，总桩数177根，桩顶标高一般为-2.90m（标高37.10m），设计有效桩长≥12.0m，单桩竖向承载力特征值≥650kN，复合地基承载力特征值≥320kPa。

因选用较难穿透的第④－1层粉砂作为桩端持力层，所以施工时应格外注意夹具和沉桩应力的控制；同时由于管桩有较强的挤土效应，桩基施工时应严格按照建筑桩基规范要求的打桩顺序并限定桩机行走路线，有条件时可在桩机下加垫钢板，以减小成桩效应和桩机行走对管桩的影响。

4.3处理效果

桩基施工完成后，经有资质的检测单位分别进行了单桩竖向抗压静载试验和单桩复合地基载荷试验，试验结果均满足设计承载力要求。

5结语

综上所述，静压管桩沉桩困难的原因具有着综合复杂性，因此，为了保障静压管桩的质量，我们应及时发现问题的根源，做到冷静处理，安全施工。与此同时，还可以借鉴国外先进经验，结合工程特点，有效的运用到实际施工中。只有这样，才能处理好静压管桩的沉桩困难问题。

参考文献：

[1]李伟.浅谈静压管桩的施工技术[J].黑龙江科技信息.2013（16）.

[2]彭根堂、王飞飞.静压预应力混凝土管桩在某工程中的应用[J].山西建筑.2010（29）.