预应力管桩施工中短桩情况分析与应对措施

王立

（广东省地质局第三地质大队）

预应力管桩由于桩基承载力较大，施工简便，施工质量较为可靠，已经成为采用最广泛的基础形式[1]。但由于地质条件的不均匀变化以及岩土勘察钻孔取样数量有限，往往难以准确地反映每个桩位的地质状况，土层参数也经常与现场实际情况存在较大的差异[2]。在桩基施工过程中，经常出现压桩荷载达到设计要求，但桩长出现短桩的情况[3]。如何对短桩进行处理是需要及时合理解决的问题[4]。

1 工程概况

科曼斯汽配产业园位于佛山市高明区明城镇黎坑村，西侧为盈富东路（在建），东侧临江肇高速公路，北侧为待建空地，南侧为一小河涌，场地周边建筑环境较为空旷，交通便利。本工程规划总用地面积为112745.12m2，拟建建筑物主要为：4栋2层厂房/仓库、2栋1层门卫、1栋1层设备房、高架平台及匝道；本工程未设地下室。

根据钻孔揭露，典型的地质剖面图如图1所示。场地岩土层按其地质年代和成因类型的不同自上而下划分可分为人工填土层（Qa1）、第四系冲积层（Qa2）、第四系坡积层（Qd1）、第四系残积层（Q）、下第三系（E）泥质粉砂岩及石炭系（C1）灰岩。各岩土层分面及特征分述如下：

图1 工程地质剖面图

⑴第四系人工填土层（Qa1）

人工填土：灰、灰黄、褐红、浅红色，主要由粉质黏土回填而成，成份以粉粘粒、沙粒为主，均匀性较差，场地西侧部分地段不均匀夹大量中风化岩块、碎石。层厚0.50～9.30m，平均厚度 3.49m。

⑵第四系冲积层（Qa2）

淤泥质土：深灰、灰黑色，饱和，流-软塑状为主，成份以黏粒为主，含少量有机质以及腐植物，稍具臭味。层厚0.40～3.10m，平均厚度1.14m。

⑶第四系残积层（Qdl）

粉质黏土：浅红色，稍湿，可硬塑状为主，为泥质粉砂岩风化残积土，成份以黏粒为主，含少量砂粒，残留原岩结构。层厚1.00～14.40m，平均厚度4.93m。

⑷基岩为下第三系（E）泥质粉砂岩

全风化灰岩：灰、灰黄色，岩石风化强烈，岩芯已风化成坚硬土状，手折易断，原岩结构岩体基本质量为V级；层厚1.00～5.80，平均厚度2.63m；层顶标高-2.71～8.81m，平均标高 2.75m。

⑸强风化泥质粉砂岩

褐红色，岩石强烈风化，岩芯成半岩半土状、块状为主，不均匀夹偏中风化岩，泥质铁质胶结，层状结构，手折易断，原岩结构清晰，岩质软，岩芯见光浸水易软化。岩体基本质量等级为V级。层厚0.60～19.60m，平均厚度7.25m。

场地土对混凝土结构具微腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性；地下水对混凝土结构具微腐蚀性；对钢筋混凝土及结构中的钢筋具微腐蚀性。

岩土勘察报告提供的主要土层和设计参数取值如表1、表2所示。

表1 土层参数

表2 土层设计参数取值

2 桩基设计和施工情况

根据现场地质条件，本项目基础部分岩面浅的区域采用天然地基，其他区域采用预应力管桩基础，设计为摩擦端承型桩，采用直径600、壁厚130mm的预应力管桩，桩净长H为12～17m，桩端入持力层深度H1不小于1m，建筑桩基设计等级为乙级，单桩竖向承载力特征值1800kN，采用液压锤击方法施工，以最后贯入度不小于20mm/10击作为收锤标准[5]，其中柱下三桩和四桩承台布置情况如图2所示。

图2 桩布置形式

本项目在施工过程中，由于土质条件的变化和设计参数取值差异等原因，出现了部分短桩情况，桩长从3m到10m不等。

3 静载试验

为了掌握短桩的实际承载力情况，在桩基静载试验检测中，对于桩长小于4m、桩长介于4～6m、桩长大于6m三种情况，共选取了4条短桩按照桩基检测规范进行竖向承载力检测，结果见表3、图3～图6。

图3 设备用房3号桩

图4 设备用房34号桩

图5 设备用房28号桩

图6 汽配产业园4号桩

表3 短桩静载试验

从图3～图6和表3的数据分析可知：

⑴设备用房3#、34#桩Q-S曲线回弹量大，说明桩体静载时处于弹性受压状态，桩端承载力大，静载试验时以桩身弹性压缩为主，卸载后，桩身回弹。

⑵设备用房28#Q-S曲线沉降较大，回弹量小，说明桩体承载力以侧摩阻力为主。

⑶汽配产业园4#加载期间前期Q-S曲线沉降大，后期沉降回弹量小。从P-S曲线可以看出，在加载初期，由于静载超过桩周极限侧摩阻力，沉降S增长较快，随着进入硬岩层及桩端阻力作用，沉降趋于稳定。

4 承载力分析

现场承台开挖施工揭露的土质情况如图7所示，主要为中风化岩，可见部分区域地质条件要好于岩土勘察报告提供的土层情况，采用岩土工程勘察报告提供的土层设计参数[6]，土层参数对比如表4所示。

表4 单桩竖向承载力特征值

图7 施工现场土质情况

按照静载试验数据和实际桩长，按式⑴计算单桩竖向承载力特征值[5]。

式中：

qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；

qpk——极限端阻力标准值。

计算表明，按规范提供的土层参数，基桩承载力都大于本项目设计值60%或以上。结合静载试验结果，考虑现场地质分布情况，经技术论证和参考以往案例[7]，形成如下的处理方案：

⑴对于桩长短于4m的，改桩基为天然地基基础，重新设计基础；

⑵对桩长介于4～6m之间的，结合土质情况和静载试验数据，单桩承载力特征值进行适当折减，同时考虑承台底地基土对基桩承载力的贡献，复核后承载力仍不满足柱位荷载要求的，采取扩大承台面积的方式处理，若扩大承台后承载力还不满足要求，则进行加桩；

⑶对桩长大于6m的，按照静载试验承载力结果取值。

5 结语

本工程针对桩基施工过程中出现的短桩情况，对场地地质情况和静载试验数据进行分析，结果表明地基土的分布以及设计资料提供的摩阻力、端承力与实际情况存在一定的误差。对于不同桩长的短桩情况，采取了不同的处理方式，有效地解决了桩基的承载力分析复杂和现场施工困难的问题，取得了较好效果。