深厚淤泥及淤泥质地层预应力管桩偏位倾斜分析

吴强

（福建岩土工程勘察研究院有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

近些年来，我国工程行业以前所未有的规模和速度迅猛发展，高强度PHC 管桩的因其高性能和经济性得到了广泛的应用。但是近几年由于房地产建筑行业迅猛发展，盲目追求工期，对淤泥质土的性质缺乏足够的重视，措施不到位，但其在一些深厚地质条件复杂的淤泥及淤泥质地层中桩偏位、倾斜甚至断桩，近年来出现事故案例很多，影响桩的承载力和安全，因此总结一下是很有必要的。

1 深厚淤泥及淤泥质土的特性及开挖特点

1.1 淤泥及淤泥质土特性

淤泥是在静水及缓慢的水流环境中沉积，并以生物化学作用形成，其工程特性表现为“三高两低”，即高含水量、高压缩性、高流变性、低强度、低渗透性淤泥中细颗粒大部分悬浮于孔隙水中，使颗粒与颗粒间接触不紧密，形成了大量的空隙，这些孔隙主要以大气及水充填，具有高孔隙及高压缩性特定。淤泥及淤泥质土作为粘性土的一种，它也具有高灵敏度及触变性特点，当受到外力扰动时土体内部平衡受到破坏，导致扰动后土体强度大幅度降低、压缩性增大，土体强度恢复时间也较长。。，

1.2 淤泥质地层开挖施工出现困难及开挖特点

淤泥及淤泥质土的“三高两低”的工程特性，土体结构一经扰动破坏，其强度迅速降低甚至呈流动状态，因此淤泥质地层开挖施工具有以下特点：[1]

（1）开挖过程中不能进入大型、重型施工机械，施工效率慢；

（2）对于大面积的淤泥质土层增加了地质不可预见性，开挖过程中的施工管理、监测任务重；

（3）在饱和淤泥质土地层中打桩容易产生超孔隙水压力。[2]当孔隙水压力增高且未消散，土体有效应力大幅降低，致使土体流变；同时桩体周围的围限约束力大幅降低，导致桩体出现较大位移。

2 工程案例

2.1 工程概况

某工程由3 栋34 层住宅楼、1 栋32 层住宅楼、8 栋低层住宅楼及附属配套用房组成，其基础采用PHC500-AB 型预应力管桩，以砂砾状强风化花岗岩作为桩端持力层，设计桩长为16m～41m，整体1 层地下室，开挖深度约6.5m，总建筑面积130889.76m2。

2.2 工程地质条件

本工程地层情况开挖范围内的土层自上而下分别为：

①素填土：②粉质粘土：③淤泥：该场地淤泥层普遍分布，厚度4.20～17.70m，呈流塑、饱和状态，局部相变为淤泥质土；④粉质粘土。

图1 地质剖面图

2.3 土方开挖后桩偏位倾斜、断桩情况

本工程基坑土方开挖范围内地质条件较差，淤泥呈饱和、流塑状态，且淤泥层全场分布，整个土方开挖作业处于淤泥及淤泥质土中，土层稳定性差，承载力低，大重型机械无法进入。开挖时施工单位为了赶工期，未采取任何有效防控措施，盲目开挖，一挖到底，开挖过程中出现大面积桩身位移过大、桩身倾斜甚至断桩现象，桩身偏移过大、桩身倾斜主要集中在4 栋高层住宅楼区域，尤其在基础承台标高相差较大的电梯井区域特别集中和严重，出现大面积桩身倾斜。经现场数据统计，其中2#楼出现特别严重的偏位、倾斜及断桩情况：设计桩数170 根，倾斜及桩偏位移过大的超过总桩数的80%，经检测判断断桩46 根，后场地回填补桩110 根，其它可利用的偏位倾斜桩采取钢护筒支护人工挖孔接桩形式进行加固补强处理。该质量事故既耽误了工期，又增加了费用，造成重大经济损失。

3 原因分析

经现场查看，发现多种因素影响造成了桩偏位倾斜和断桩，个人认为主要有以下几个方面：

3.1 地质条件原因

从地勘资料上看，原地块为低洼菜地农田、沼泽地，局部为自然鱼塘，回填土为杂填土和建筑垃圾等，其下的淤泥及淤泥质层较厚，最厚达17.70m，且为饱和流塑状，极易造成挤淤，溜方。工程设计桩长为16～41 米，部分桩身进入稳定土层的长度比较小，桩身大部分处于饱和流塑状态的淤泥层中，桩身处于不稳定状态，施工过程中受外力影响，很容易导致桩位偏移倾斜甚至断桩。因此，饱和流塑性淤泥太厚造成挤淤，直接导致大面积桩位偏移、桩身倾斜和断桩。

3.2 配桩不合理，送桩深度不够

从现场情况了解到，该项目在桩基施工时，由于对桩端持力层判断上出现误差，造成现场配桩不合理，局部区域送桩深度不够，开挖时形成大量高低差。该工程打桩时场地自然地面标高为4.50m 左右，设计桩顶标高为-0.30m（局部坑中坑为-2.50m），送桩4.8m 为理想情况（坑中坑电梯井除外），而出现桩偏位倾斜的桩送桩深度长短不一，特别是2#楼区域内，大部分均不理想，土方开挖时形成不规则的台阶状。在开挖过程中，机械荷载和土侧压力直接作用于桩身，造成大面积偏位、倾斜甚至断桩。因此，桩基施工中配桩不合理、送桩深度不足也是造成桩偏位倾斜的主要原因。

3.3 土方开挖施工不当是最直接的原因，主要表现在以下三个方面：

3.3.1 不合理的开挖顺序：从现场土方开挖上看，该项目4 栋主楼采取单向大放坡式开挖，现场底板垫层和电梯井垫层同时开挖，且电梯井部分未采取有效支护措施，造成该位置大部分桩断裂，从现场统计来看，出现断桩大部分集中在桩顶高差较大的电梯井范围，且挖机来回走动 严重影响桩偏位。

3.3.2 不完善的开挖措施：通过对本工程桩偏位的调差分析和现场验证中发现，挖土便道下及附件的桩普遍存在偏位倾斜严重现象；大型挖掘机、渣土车，机械自重加震动荷载导致侧压力大幅上涨，挖机操作平台下也较为严重，淤泥质土流动性及机械自重产生的侧向力加重了桩身的偏位和倾斜，施工便道设置不合理和设置偏少，导致挖机行走路线过长，增加桩偏位的风险。

3.3.3 不正确的开挖方法：基坑土方开挖应有一定的休止期，开挖场地受预制桩施工挤土的影响，超孔隙水压力未能及时消散，土体强度和稳定性低，现场施工时甲方盲目的追求进度、赶工期，土方单位盲目开挖，未能按照土方开挖方案进行施工，未能遵循分层开挖、不得超挖的原则，造成近6 米深的开挖一次挖至承台底，造成土体侧移，因此没有针对地质情况制定具体的土方开挖开案就肆意开挖是造成偏位倾斜及断桩的重要原因。

4 预防措施

桩偏位倾斜、断桩给项目进度及经济成本带来重大损失，为避免在以后的工程中再次出现类似的质量问题，结合实际情况，提出以下预防措施：

4.1 对于地质原因，项目地质勘察报告应能详尽、真实反映地质情况，以为设计提供依据，针对深厚淤泥质地层，根据实际情况场地处理可采用换填土或化学加固等方式进行处理，或采取开挖防震沟和打应力释放孔内填砂石的技术措施。

4.2 在桩基施工中，应加强现场施工管理，对每个桩位与地质勘察报告进行比对，合理计算配桩长度、送桩长度。合理配桩、送桩到位也能减少管桩材料的浪费，节约成本。送桩一致，桩体之间与土体也能形成一个整体，就不易因溜方而引起桩偏位和倾斜。在施工过程中应严格把握好打桩顺序，优化施工流程。严格控制打桩速率，即控制单位时间打桩的数量，避免产生严重的挤土和孔隙水压力。

4.3 土方开挖不当是造成桩偏位倾斜甚至断桩的最主要也是最直接的原因。因此在土方开挖前，应有行之有效的开挖方案并尽行论证。其开挖顺序、放坡坡度、边坡支护应根据具体情况制定。进行基坑开挖时，要根据打桩的分布密度来选择不同的开挖机械，同时还要充分的结合局部人工开挖的方法。在开挖过程中，一定要实施对称开挖，分层开挖，不能一挖到底，也不能将开挖出来的土堆积在基坑周围，防止由于堆土挤压而造成桩偏位倾斜和基坑坍塌等事故。

5 总结和讨论

从工程实例来看，造成桩偏位倾斜甚至断桩的原因不是单一原因造成的，打桩前不利的地质条件，过程中不到位的施工管理，施工后不当的土方开挖方法，多种原因综合引起，因此在类似工程施工前必须针对可能出现的情况采取必要的预防措施，事故发生了，再亡羊补牢已为时晚矣。

一些沿海地区的地方性预应力管桩施工技术规范中规定，在流塑状饱和淤泥及淤泥质土层中不宜采用或慎用管桩，但由于管桩具有其施工进度快、造价低的特点在房地产行业得到了广泛的应用，一些工程业主直接指定桩型采用预应力管桩，设计单位因利益关系只能按照业主意见而与规范要求盲打擦边球。在饱和淤泥质地层中打桩，特别是大面积高密度桩很容易产生超孔隙水压力，使土体有效应力大幅度降低，致使土体流变，导致桩体出现较大位移和倾斜，甚至导致断桩。因此在饱和流塑状淤泥质地层中桩基设计时应特别注重考虑桩密度和桩间距问题，套用标准应适当提高，不能死板硬套盲目服从业主的利益而与规范和实践经验打擦边球，这一点应值得设计人员思考。上述心得体会供同仁参考，不当之处敬请批评指正。