某工程预应力管桩静荷载试验不合格分析及处理办法

高鹏程，钮旋敏

（天津华北地质勘查局，天津　300170）

某工程预应力管桩静荷载试验不合格分析及处理办法

高鹏程，钮旋敏

（天津华北地质勘查局，天津300170）

本文介绍了天津宝境栖园一期工程部分楼号预应力管桩桩检不合格的处理办法，通过有效措施减少桩端底部孔隙水压力对地质环境液化的影响，保障预应力管桩桩端承载力和摩擦承载力全面达到设计要求，取得了良好的效果，对类似场地地质条件的预应力管桩施工有一定的借鉴意义。

预应力管桩；桩检不合格；处理办法

预应力管桩施工受场地地质条件、施工机械选择、施工技术等多方面制约，容易产生桩顶标高超高或者超深等现象出现。采用静压桩机施工时尤为难以把控，在一些特定情况下，静压桩机达到极限输出条件，此时桩身已经无法再继续深入，经过 15d 歇桩期后，进行静荷载试验却不合格。

为了避免此情况出现，在勘察过程中应充分考虑场地地下水情况，合理选择桩型、桩长、持力层和施工工艺，采取合理办法控制桩底端孔隙水压力等地质环境的液化，并可用锤击桩机进行复踩处理。

1　工程概况

天津宝坻区宝境栖园住宅小区一期工程，建筑面积36454 平方米，共 9 栋 5～6 层砖混结构住宅楼，本工程基础形式为条形基础，结合预制混凝土管桩，根据设计要求，桩径为400～500mm，桩长 9～11m，单桩竖向抗压极限承载力标准值为 1100kN，+0mm。

2　场地工程及水文地质条件

该工程场地属于华北平原滨海冲积平原，勘探所揭示的底层属于海陆交互相沉积地层，现场地形较平坦。根据天津华北工程勘察设计有限公司出具的《岩土工程勘察报告》（HK 2010-187）所示，场地土土质特征及分布规律如表 1 所示。

表1　地基土承载力特征值

勘探期间实测场地地下水位如下：初见水位埋深1.0～2.1m，标高 2.24～3.59m；稳定水位埋深 0.7～1.9m，标高 2.56～3.82m。

3　现场桩基础施工情况

本工程土建部分设计由天津华厦建筑设计有限公司负责，根据设计要求，单桩竖向抗压极限承载力标准值估算值为 1100kN，桩基持力层为 6-1 粉砂层，设计桩长为 9 米，采用静力压法施工。

以该工程 24# 楼为例，基础部分施工图如图 2、3 所示。

图1　该工程总体地质剖面示意图

图2　宝境栖园 24#（1～42 轴）基础平面图

图3　宝境栖园 24#（1～22 轴）桩位布置图

施工中采用 600t 静压桩机，按照设计图纸，遵循国家有关规范进行施工。施工的普遍现象为混凝土管桩在接近设计标高时，无法再深入土层，持续施压容易导致管桩桩头爆碎，无法再进行施工。此时 600t 桩机垂直方向的荷载应为约6000kN，再加上歇桩后土壤的回抱力，理论上应远远大于设计要求的单桩承载 1100kN。

4　现场预制管桩桩基础工程检测方案

为了检测该工程钢筋混凝土预制管桩基础的施工质量，本工程采用接近于单桩竖向抗压实际工作条件的试验方法（堆载法），确定单桩竖向抗压极限承载力特征值，由天津华勘基础工程检测有限公司负责。按照设计要求，检测数量在同一条件下不应小于 3 根，宝境栖园小区一期工程以 24 号楼为例，抗压静载试验数量为 3 根。本次堆载法，最大加载至 1100kN，压重平台总重量约 1400kN。试验依照 JGJ 06－2003《建筑桩基检测技术规范》中相关规定执行。

4.1加荷系统

加荷系统由 3200kN 级油压千斤顶、高压油管、联接头、0.4 级精密压力表及高压油泵组成。千斤顶型号QW-320，行程 200mm，由上海起重设备厂生产；压力表量程60MPa，精度级别 0.4 级，由西安高精密仪表厂生产。

4.2沉降观测系统

沉降观测系统由基准梁、CZ-6 型磁性表座及 2 块百分表组成。基准梁由 2 根长 8.0cm 的 16# 槽钢组成，垂直于试验主梁布置在基准桩上。基准桩、试桩间中心距不小于 4dm。百分表为哈尔滨量具厂生产，量程 30mm，精度 0.01mm。

4.3试验方法

采用慢速维持荷载法。

4.3.1加荷分级

每级荷载为 110kN，第一级加载值为分级荷载的 2 倍。

4.3.2沉降观测

每级加载后按第 5min、15min、30min、45min、60min测读桩顶沉降量，以后每隔 30min 测度一次。当沉降达到相对稳定标准后即可施加下一级荷载。

4.3.3相对稳定标准

每一小时内的桩顶沉降量不超过 0.1mm，并连续出现两次。

4.3.4终止加荷条件

终止加荷条件为：（1）沉降增量 Si超过前一级荷载作用下沉降增量 Si-1的 5 倍；（2）级荷载作用下的桩顶沉降增量 Si超过前一级荷载作用下沉降增量 Si-1的 2 倍且在 24h 内不稳定；（3）顶总沉降量超过 40mm；（4）已达设计要求的最大加载量；（5）已达到反力装置最大加载量。

4.3.5卸载与卸载沉降观测

卸载时，每级荷载维持 1h，按第 15min、30min、60min测读桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载。卸载至零后，测读桩顶残余沉降量，维持时间为 3h，测读时间为第 15min、30min，以后每隔 30min 测读一次。

静荷载试验示意图见图 4、图 5。

图4　静荷载试验示意图

图5　静荷载试验平面布置图

5　第一次静荷载试验不合格及问题分析

桩基施工结束后，按照规范要求，经过 15d 土壤回抱期后，桩端阻力和桩身摩擦阻力均达到稳定状态，符合进行静荷载试验的要求。按照上述检测方法，以 24# 为例，对该楼座三根管桩进行试验，其中两根桩静载试验中最终沉降大于40mm，且第三级级荷载作用下的桩顶沉降增量超过第二级荷载作用下沉降增量的 2 倍且在 24h 内不稳定，符合本文 4.3.4所述停止加载条件，判定为不合格。

后经扩大范围检测，有多根管桩出现沉降量超标的现象，且试验不合格的管桩多为当初静压施工中，无法继续深入才停止静压施工的管桩。

分析：在施工过程中，静压施工无法再继续使桩身深入，若持续加压，极易造成桩头爆碎，此时桩顶标高接近或达到设计标高，说明桩头已经进入设计的持力层，即 6-1 粉砂层。然而静荷载试验最终沉降量大于检测要求的 40mm，静荷载试验不合格。

经过仔细研究、扩大静荷载试验的范围和现场大量巡查观测发现，往往静荷载试验不合格的桩芯当中会有大量地下水存在，水位与勘察所得水文地质初见水位几乎持平。与此同时，桩芯当中没有地下水的往往静荷载试验合格。

分析得出，该地区土壤含水量高，孔隙水压力大。在对土壤钻心取样进行室内渗透试验，得出本场第12.0m以上各层土的渗透系数及渗透性如表 2 所示。

表2　浅层地基土渗透性表

可以看到 6-1 粉砂层渗透性为中等透水，且该工程选取了 6-1 粉砂层为持力层，由于桩芯与大气相通压力，为基本大气压，桩端周围孔隙水压力相桩芯渗透，造成了桩端周围粉砂层流动，地下水在桩芯上涌，桩端承载力被大大破坏。此过程较为缓慢，因此施工中达到持力层无法继续深入，经过 15d静置期粉砂上涌，土壤流动，静荷载试验不合格。

图6　地下水桩芯上涌示意图

6　针对问题的处理方法及最终检验结果

6.1未施工部分的处理办法

根据大量观察和调查研究，为了有效避免类似现象发生，经过桩基施工单位、设计院、勘察单位、桩基检测单位等多方协商，决定对未施工的管桩桩头焊接 6～8mm 厚止水钢板，钢板形状与桩头形状一致，可以有效避免桩芯水上涌，杜绝粉砂层扰动，保障桩端承载力。

6.2已施工部分处理方法

经过上述单位多方协商，决定对已施工的静载试验不合格的管桩使用锤击桩机进行复打。在施工过程中按照每振10击，三振不大于 2cm，连续三振为停锤标准进行复打。

6.3最终检测结果

经过各方参建单位的一致努力，对先前静载试验不合格的管桩再次进行静载试验，试验结果达到合格标准，试验结果见表 3。

表3　静载试验结果

7　结语

宝境栖园一期部分管桩静荷载试验不合格，经过于甲方、设计、监理、施工方和技术服务人员的通力合作，准确查找出问题根源，探寻出行之有效的解决方案，经处理后静荷载试验全部合格，对类似地质条件下的管桩施工起到了一定的指导性意义。

[1] JGJ 106－2003．建筑桩基检测技术规范[S]．

[2] GB 50021－2001．岩土工程技术规范[S]．

[3] GB 5007－2002．建筑地基基础设计规范[S]．

[4] DB 29－110－2010．预应力混凝土管桩技术规程[S]．

［通讯地址］天津市河东区广瑞西路 67 号（300170）

The unqualified analysis and processing technology of prestressed pipe pile

Gao Pengcheng, Niu Xuanmin
(Tianjin North China Geological Exploration Bureau, Tianjin300170)

An unqualified analysis and processing technology of prestressed pipe pile in the first phase of Tianjin Baojing Garden Project is presented. Several effective procedures are adopted to reduce the effect of pore water pressure on geological environment liquefaction. By taking these procedures, both the pile end bearing capacity and friction of the prestressed pipe pile can meet the design requirements. These results have references to construction of the prestressed pipe pile with similar geological conditions.

prestressed pipe pile; unqualified analysis; processing technology

高鹏程，男，工程师， 天津华北地质勘查局。