静压桩挤土浮桩问题分析与对策

王 健

(中化地质河南局集团有限公司，河南 郑州 450011)

0 引言

静压桩具有承载力高、施工速度快、绿色环保、工程造价低等优点，近年来在工程建设中得到了广泛应用。静压桩属于挤土桩，在沉桩施工过程中要挤排一定量的土体，使桩周土体结构受到扰动，改变了土的应力状态，使桩周土体向四周排挤，桩尖和桩周一定范围内的土体受到不排水剪切和很大的水平挤压，产生较大的剪切变形，形成具有很高孔隙水压力的扰动塑性区，降低了土的抗剪强度，造成较大的侧向变形和隆起，产生挤土效应。挤土效应与工程水文地质条件、桩间距、压桩速度、施工顺序等因素密切相关，可使桩的周围土体产生相当大的竖向和侧向位移,从而造成邻近桩体上浮、桩位偏移、桩身翘曲、断桩等，也可能造成场地附近建筑物产生裂缝、倾斜、路面隆起、管道断裂等损坏现象。静压桩施工过程中应采取适当的预防措施，防止或减轻挤土效应对工程建设的不利影响。

1 工程概况

某住宅楼地上31层，地下2层，剪力墙结构，基础埋深7.0 m。采用预应力混凝土管桩筏板基础，设计桩长24.0 m，桩径0.4 m，桩间距1.6 m，采用梅花形布桩，桩端持力层为第⑧层粉质黏土，设计单桩承载力特征值1 200 kN，采用静压法施工，压桩力为3 200 kN。场地勘察期间地下水水位埋深4.0 m～5.4 m，属第四系松散岩类孔隙潜水。场地土层约20.0 m以上为第四纪全新世冲积形成的地层，以粉土、粉质黏土为主，约20.0 m～36.0 m为第四系上更新统地层，以粉质黏土、粉土为主，约36.0 m以深为第四系中更新统地层，以粉质黏土、细砂为主，各土层的物理力学性质指标见表1。

表1 各土层的物理力学性质指标列表

2 桩基检测资料分析

本工程采用静载荷试验测试桩基的单桩承载力，采用低应变测试桩身完整性。静载荷试验采用慢速维持荷载法，加载分级进行，采用逐级等量加载，分级荷载为最大加载量或预估极限承载力的1/10。本次试验最大加载量为2 400 kN，分10级加载。根据桩基静载荷试验资料，部分桩的单桩承载力极限值为720 kN～1 440 kN，单桩承载力不满足设计要求[1-2]。

从图1可以看出，Q-s曲线为陡降型，桩顶累计沉降49.03 mm，加载至1 680 kN时，桩顶累计沉降由5.27 mm陡降至48 mm，单桩竖向承载力极限值为1 440 kN。该桩的低应变测试为Ⅰ类桩，桩体质量良好，这表明桩端发生刺入破坏。针对桩基承载力不足的问题，勘察单位在问题桩体旁边进行静力触探原位测试，测试结果地基土层的分布和土层的物理力学性质与勘察报告吻合，不存在地质异常情况。经测量发现，静压管桩普遍存在不同程度的上浮现象，上浮量大于20 cm的占7.5%，上浮量大于10 cm～20 cm的占13.6%，上浮量小于10 cm的占15.2%，最大上浮量达32 cm，最终判定桩体存在上浮现象。

3 桩体上浮原因分析

浮桩现象是预制桩沉桩挤土效应的一种表现形式。本工程地下水位埋藏较浅，沉桩深度范围内主要为饱和黏性土。由于黏性土层渗透性低，在饱和黏性土层中沉桩时，桩周土体受到排土挤压，土体颗粒间的孔隙水不能及时消散，产生超静孔隙水压力，使土体产生剪切破坏，土体发生水平方向的侧移和垂直方向的隆起，使桩体与桩周土体之间产生向上的相对位移，造成浮桩。浮桩后，桩端与桩端土层之间产生空隙，使桩失去大部分桩端承载力，同时还能产生一定的负摩阻力。在这两个因素的作用下，桩的承载力下降，严重时可能会造成桩体结构破坏。

4 影响因素

4.1 土质条件

场地土的渗透性的差异对静压桩挤土上浮的产生有较大影响。渗透性好的土层，孔隙水压力消散快，不易产生桩体挤土上浮现象；渗透性差的土层，桩基施工过程中易产生超孔隙水压力，造成桩体挤土上浮。因此，在饱和黏性土中进行预制桩施工，容易造成桩体挤土上浮问题。

4.2 桩的平面布置

桩基础设计时，应根据场地环境条件和工程水文地质条件进行合理布桩。静压桩属于挤土桩或部分挤土桩，桩体挤土上浮与布桩密度密切相关，布桩越密，越容易产生桩体挤土上浮[3]。对于存在饱和黏性土的场地，基桩的最小中心距不宜小于4倍桩径。

4.3 桩径、桩长

对于静压桩挤土上浮问题，不同的桩径产生的挤土效应是有区别的。桩径较小时，静压桩压入地下土层产生的挤土效应相对较小；桩径较大时，静压桩压入地下土层产生的挤土效应相对较大。所以桩径越大，越容易产生桩体挤土上浮问题。静压桩压入地下土层中时，各深度产生的挤土效应是不同的。随着压入深度增大，挤土效应越明显，所以桩长越长，越容易产生桩体挤土上浮问题。

4.4 施工顺序

采取合理的施工顺序，能有效降低静压桩的挤土效应，从而有效预防桩体挤土上浮现象的发生。对于密集桩群，可按照自中间向两边或向四周的顺序对称压桩。对于同一场地存在不同桩长、桩径时，压桩顺序宜先深后浅、先长后短、先大后小。采取跳打施工也可有效降低静压桩的挤土效应。

4.5 施工速度

在饱和黏性土层中进行静压桩施工，施工速度快，使桩周土中产生的超孔隙水压力不能进行有效消散，产生挤土效应，造成桩体上浮。

5 处理措施

对于静压桩产生的挤土上浮问题，目前工程中一般采用以下几种技术措施[4-5]：

1)注浆。对浮桩进行桩底(侧)后注浆。2)补桩。补管桩、钻孔桩或者静压锚杆桩。3)复打或复压。对浮桩进行复打或复压。4)地基处理。一般补打散体材料桩等柔性桩，每一种方法都有一定的实用性。

根据本工程的现场施工情况和场地工程水位地质条件，对桩基处理方案进行比选。本工程桩周土和桩端土主要为饱和黏性土，黏性土孔隙率小，如果采用注浆处理方案，浆液不易注入土层中，注浆压力小效果不明显，压力大容易引起桩体进一步上浮，且由于桩体上浮超过基础设计标高，需要大量凿桩，对桩体破坏大，不经济。采用补桩、地基处理方案，施工工期长，处理费用高，也需要进行大量凿桩，不经济。采用复压处理方案，施工速度快，处理费用低，经济可靠。经方案比选，最终确定采用复压处理方案，采用静压桩机对上浮桩进行复压，终压值按2 400 kN控制，如若按2 400 kN控制沉降依旧未稳定，需提高终压值，直至沉降稳定。复压处理后，对处理后的桩采用静载试验测试桩基的单桩承载力(见图2)。

从复压处理后静载荷试验结果可以看出，复压处理桩体上浮，能够有效提高浮桩的单桩承载力，复压后单桩承载力满足设计要求。因复压处理方案施工速度快，造价低，复压效果明显，因此采用复压是一种处理桩基挤土上浮问题的经济有效的方案。

6 结语

1)在饱和黏性土地基中进行静压桩施工，容易因挤土效应造成桩体上浮、桩位偏移、桩身翘曲、断桩等问题，使桩基的单桩承载力明显下降，影响桩基施工质量。

2)桩挤土上浮的影响因素主要有土质条件、桩的平面布置、桩径、桩长、施工顺序、施工速度。因此，在饱和黏性土层中进行静压桩设计、施工，要尽量增大桩间距，减小桩径和桩长。施工顺序宜按先中间向两边或向四周，先深后浅、先长后短、先大后小，最好采用跳打施工。要严格控制施工速度。

3)复压是一种处理浮桩方案，施工速度快，处理费用低，经济可靠。复压压桩力宜控制为设计单桩承载的2倍，复压桩基沉降量宜控制为略大于桩基上浮量。