預應力高強混凝土管樁吊腳現象及處理方法

胡 冰，李 杰

（中鐵建工集團有限公司，北京 100071）

0 引言

本文以實際工程中的檢測數據為依據，介紹了預應力高強混凝土管樁的吊腳現象，分析了吊腳現象出現的原因，并對預應力高強混凝土管樁吊腳的危害進行了論述，最后提出了吊腳樁的處理方法。

預應力高強混凝土管樁因施工速度快、成本低等優點，已被廣泛應用于工業與民用建筑以及高層建筑。由于單樁承載力特征值較小，柱底軸力較大，多層及高層建筑的柱下往往需要做多樁承臺，核心筒區域為樁筏基礎。因根據規范計算的預應力高強混凝土管樁的單樁承載力與實際存在偏差，施工前，設計單位一般要求建設單位試樁，以便確定最終的單樁承載力。但由于現場地質條件復雜，不同區域土層的硬度存在差異，實際施工過程中會因土層較硬，管樁的有效長度達不到設計要求。為達到有效樁長，設計單位通常會要求管樁施工前進行引孔，而引孔很容易引發吊腳現象，且該現象時有發生。

1 工程概況

本工程位于廣東省，地下結構1層，地上9層，建筑面積約31 600 m2，采用預應力高強混凝土管樁，樁徑600 m，有效設計樁長不小于10 m，單樁豎向承載力特征值為2900 kN，樁基持力層為強風化花崗巖[1]，施工場地土層分布自上而下依次為：①素填土，以黏性土為主，夾碎石，稍濕，松散，層厚約0.6～6.0 m。②粉質黏土，中等韌性，濕，硬可塑，層厚為1.0～5.3 m。③淤泥質土，飽和，軟～流塑，層厚為0.8～1.3 m，部分孔可見。④黏土，濕，軟可塑，層厚為1.0～6.4 m。⑤中細砂，砂質分選性較差，呈次圓狀，含黏粒約10%，飽和，稍密，層厚為1.5～3.8 m。⑥砂質黏性土，具砂感，遇水易軟化，稍濕，硬可塑，層厚為0.6～11.5 m。⑦全風化花崗巖，巖芯呈土狀，輕敲易散，遇水易軟化，稍濕，硬塑，層厚為0.8～4.0 m。⑧強風化花崗巖，巖芯主要呈半土半巖狀，夾中風化碎塊，巖芯遇水易軟化，層厚為3.0～17.2 m。

場地區域被土層覆蓋，從整個場地地質勘查結果來看，層位分布較不均勻，層面起伏及層厚變化較大，地基屬不均勻地基[2]。個別勘探孔呈現3 m素填土，3 m粉質黏土下面即為強風化花崗巖。典型剖面及柱狀圖如圖1及圖2所示。

圖1 典型工程地質剖面

圖2 典型工程鉆孔柱圖

2 工程施工中發生的吊腳現象及檢測

2.1 工程施工中發生的吊腳現象

采用高強度預應力管樁基礎類型，并以第5-2層強風化巖為樁基持力層[3]，結合勘察報告，ZK17土層分布為3 m厚素填土、3 m厚粉質黏土下為9.3 m厚強風化花崗巖，此勘探孔持力層較淺，設計樁長要求不小于10 m，此區域管樁施工前需提前鉆孔，鉆孔孔徑不大于D-50 mm，采用長螺旋鉆機干作業成孔，孔深不得超過樁端處深度。持力層為中風化泥質砂巖層，遇水易軟化，引孔完畢后應立即向孔內灌注細石混凝土。

以Z1-169#工程樁為例，樁徑為600 m，設計有效樁長為15.9 m，單樁豎向承載力特征值為2900 kN，現場預鉆孔深度為14 m，第一節管樁長度13 m，第一節施工完成后，樁頂高出地面0.2 m，根據該數據計算，此樁吊腳1.2 m。

2.2 預應力高強混凝土管樁吊腳的檢測

樁基單樁承載力檢測可采用靜載或者高應變法，高應變法是一種間接方法，它要求樁在沖擊力作用下樁頂的最終沉降在2～6 mm[4]，本工程采用靜載試驗進行檢測。

根據設計要求，預應力高強混凝土管樁的收錘標準需滿足最后貫入度控制值（mm/10擊）20 mm，經監理及項目技術人員共同見證，本工程滿足設計要求。因存在吊腳現象，根據《建筑基樁檢測技術規范》規定，打樁收錘7 d后，對該樁進行靜載試驗，以便確定此樁在吊腳情況下的單樁豎向承載力。在靜載試驗前先對此樁進行了低應變樁身完整性檢測，樁身完整性較好，為完整樁[5]。靜載試驗采用慢速維持荷載法，分級進行逐步等量加載，每級加載量為要求最大試驗荷載的1/10，第一級荷載取分級荷載的2倍，以后每級荷載取分級荷載，在每一級荷載的作用下，當樁頂沉降速率達到相對穩定的標準時，再施加下一級荷載。當試驗加載到3540 kN時，總沉降量為28.9 mm；當試驗加載到4130 kN時，總沉降量為58.15 mm，樁頂本級沉降量大于前一級沉降量的2倍，且經24 h尚未達到穩定標準；當試驗加載到4720 kN時，總沉降量達到79.65 mm，終止試驗。經檢測單位綜合分析，此樁的極限承載力為3540 kN，達不到設計要求的5800 kN，如圖3、圖4所示。

圖3 Q-s曲線

圖4 s-lgt曲線

3 預應力高強混凝土管樁吊腳的原因及危害

3.1 預應力高強混凝土管樁吊腳的原因

結合本項目各地塊的勘察報告，只有本期地塊的持力層分布極不均勻，局部埋深較淺，且巖芯主要呈半土半巖狀，夾中風化碎塊，巖芯遇水易軟化，干鉆稍難鉆進；4號地塊管樁施工過程中也存在引孔情況，但均未出現吊腳現象。

經初步分析，本地塊預應力高強混凝土管樁出現吊腳的原因主要如下。

（1）樁擠土效應。預應力管樁沉樁時，由于樁自身的體積占用了原土體空間，使樁身周邊土體被壓密并擠開，使土體產生垂直方向的隆起和水平方向的位移，造成已施工的預鉆孔垂直度產生較大偏差，管樁無法按引孔深度施工，產生吊腳現象。

（2）采用長螺旋式引孔機鉆孔，鉆孔孔徑不大于D-50 mm，采用長螺旋鉆機干作業成孔，孔深不得超過樁端處深度，因強風化土層較硬，引孔后的浮土未清理干凈，堆積在孔底且不密實。JGJ 94—2008第7.4.9-1條：對預鉆孔沉樁，預鉆孔孔徑可比樁徑（或方樁對角線）小50～100 mm，在樁基施工過程中管樁側壁擠壓，產生摩擦力，隨著管樁施工深度增加，摩擦力越來越大，樁端阻力也越來越大，管樁很難繼續向下錘擊進入持力層，引起達到收錘標準的假象，結合引孔深度及相對應的管樁配樁長度，判定產生吊腳現象。

3.2 預應力高強混凝土管樁吊腳的危害

吊腳樁底部由于懸空或者不密實，致使樁端阻力缺失或減小，吊腳較大的管樁直接引起的結果有兩個：①單樁承載力達不到設計要求；②管樁沉降量偏大，Z1-169#工程樁的靜載試驗結果充分說明了以上問題。如不及時處理，隨著單樁受力越來越大，必然引起樁基下沉，以至于引起主體結構不均勻沉降，形成工程隱患。

4 預應力高強混凝土管樁吊腳的處理方法和預防措施

4.1 預應力高強混凝土管樁吊腳的處理方法

對于較硬土質中引孔壓（錘擊）樁引起樁尖達不到引孔孔底的現象，施工完成后孔底積水使土體軟化，使承載力達不到設計要求，造成工程隱患，處理此類管樁的方法主要有以下兩點。

（1）對出現吊腳的管樁進行復打或者復壓，復打時選擇的錘重量一般比打入時的錘重大一些，在樁頭不發生損壞的情況下，使管樁樁尖進入持力層。

（2）經復打后樁尖仍無法進入持力層的樁，可分兩種情況具體確定方法：①樁吊腳較大時，經復打后仍無法進入持力層，且復打后吊腳尺寸仍較大，結合前面吊腳樁試驗結果，此類樁做廢樁處理，由設計單位進行相應的補樁。②經復打后，樁尖雖未入持力層，但吊腳尺寸已經很小的管樁，采用抽檢做靜載試驗，以便確定樁的單樁承載力特征值是否滿足設計要求，以及沉降是否滿足規范要求，根據檢測結構判斷，此類樁經過復打后滿足設計要求。復打后樁的抽檢結果如圖5、圖6所示。

圖5 復打后樁Q-s曲線

圖6 復打后樁s-lgt曲線

4.2 預應力高強混凝土管樁吊腳的預防辦法

（1）根據勘察報告中各土層的特性，提前預判是否有管樁不易穿透的砂層或巖層，選用穿透能力強的樁尖。

（2）控制引孔速度，不得提前大批量引孔，引孔與打樁時間間隔應控制在同一臺班內。

（3）因持力層遇水易軟化，預鉆孔完畢后應立即向孔內灌注細石混凝土，并在初凝前完成打樁。

5 結語

（1）預應力高強混凝土管樁的吊腳現象在預鉆孔情況下時有發生，吊腳樁的單樁承載力很低，很難達到要求的設計值。

（2）吊腳的原因主要是預應力管樁沉樁時，樁身周邊土體被壓密并擠開，使土體產生垂直方向的隆起和水平方向的位移，造成已施工的預鉆孔垂直度產生較大偏差。以及因強風化土層較硬，引孔后的浮土未清理干凈，堆積在孔底且不密實。

（3）宜使用靜載法檢測吊腳樁的承載力大小。

（4）通過靜壓或錘擊進行復壓或復打，且復打采用的樁錘重量一般要比打入時的錘重量大一些。

（5）選用合適的樁尖并控制引孔速度，可減少樁基吊腳的情況發生。