软土地区预应力管桩土方开挖质量问题及应对措施

文/王运怀 武汉扬子江工程监理有限责任公司 湖北武汉 430024

联通佳苑住宅小区占地100亩，由11栋18～24层高层住宅楼及连通地下室组成，总建筑面积17.8万㎡，建筑平面布局呈汉字“凹”字型。基础为预应力管桩基础，其中11栋高层选用PHC-A500-100桩型，地下车库选用PHC-A400-95桩型，桩心距为3.5d，共计设计预应力管桩5205根。

1、场地现状及地质条件

本工程拟建场地原为郊区菜地，场地土类型为中软场地土，表层为较为松软的种植土。地表上层滞水及大气降水较为丰富，地势比较平坦，地面平均标高（±0.000黄海高程为21.60m）为-1.5m，主楼基底标高设计为-7.0m，车库地下室基底标高为-6.30m。按地勘单位提供的岩土工程勘察报告书，场地自然地面以下各土层性质特征见下表1：

根据场地土层分布情况，结合基础土方开挖深度可以推测，开挖后基础底部都处于淤泥质粉质粘土层中，该土层呈流塑、饱和、高压缩状态，承载力为60kpa，属典型软弱土地基。

2、土方开挖情况

2008年8月中旬工程桩施工完毕，并按照设计要求对地下室及主楼工程桩进行了静载试验。待土体恢复，挤土应力基本消除后，于2008年10月中旬开始进行土方开挖。开挖从东北角14#楼开始自东向西进行，采取两级分层接力开挖，大车装载。上层2m厚种植粘土采用挖斗容量0.8m3大挖机挖掘，下层2m厚淤泥及桩间土采用挖斗容量0.37m3小挖机挖掘。当14#楼开挖大约一半时，下了小到中雨，开挖暂停。在降雨期间，发现外露的桩身出现不同程度的向东倾斜，为避免不利情况的进一步发展，14#楼剩余土方除表层粘土2m深由机械开挖外，其余淤泥土全部由人工分层开挖至基底。将超出设计桩顶标高以上桩段截除后，对14#楼305根工程桩全数进行了低应变检测和桩孔内桩身垂直度检测。结果显示：305根工程桩中，一类桩203根、二类桩56根、三类桩46根。经现场确认对有影响范围及相邻部位的180根工程桩进行了垂直度检测，结果为：垂直度≤1.0%的桩17根，垂直度1.1%～2.0%的桩60根，垂直度2.1%～3.0%的桩66根，垂直度＞3%的桩37根。根据湖北省地方标准《预应力混凝土管桩基础技术规程》（DB42/489-2008）中“三类桩及桩身垂直度大于3.0%的桩应视为废桩“的规定。

表1 岩土层性质特征描述表

3、问题分析及措施

反思14#楼挖土过程，当表层2.0m厚土层挖除淤泥质土揭露后，继续采用小挖机挖除余下1.5m淤泥及桩间土，一二级开挖面高差达4～5m，淤泥质土流塑性较强，自稳性较差，易产生整体滑移，加之14#淤泥埋藏厚度达12m，一旦开挖区形成较大高差，就会整体从高区向低区滑移变形推挤桩身，致使管桩在土体内支撑点下移，使得管桩形成悬臂受力。而预应力管桩截面尺寸小、配筋小，整体横向刚度小，在水平推力作用下的抗弯抗折承载力低，当淤泥滑移对桩身的推挤超过桩身抗折承载力极限时，管桩就会在支撑点附近产生平行于横向的裂缝，甚至折断。因此，开挖后损坏的桩往往表现为外露桩身倾斜。

研其原因，造成预应力管桩产生倾斜破坏的主要因素主要有以下几个方面：

（1）选择的开挖方案不合理，软土地区挤密型桩土方开挖需减小开挖高差，高差不得大于2m，而14#楼开挖高差达4～5m。

（2）软土地区挤密型桩土方，应减小开挖面上机械荷载对土方影响，14#楼开挖采用“后八轮”大车装土，“后八轮”的使用对桩发生倾斜有很大影响；

（3）管桩选型过失，本工程选择了最经济的A类桩，抗折强度最低桩型。

针对14#楼挖土过程中出现的问题，项目部及时调整了基础土方开挖方案，具体措施如下：

总体思路：分层开挖，及时排水，修筑道路，大挖机配小运土车。

（1）机械开挖第一层土：首先按规划路线铺好自然地面上的道路后，由挖斗容量为0.8m3机械开挖第一层土，此层挖深为2m，埋深为0～2m。在基坑内各侧均按1：1.5放坡，边挖边用大型汽车运至指定地点,基坑外侧按支护设计进行放坡，基坑四周预留支护设计宽度的平台，做支护施工的作业面，随挖土随修整边坡，并进行边坡支护施工。

（2）在第一层土开挖一个分区后,开始修筑坑内临时道路，用挖斗容量为0.37 m3挖掘机械压实坑内的道路路基，路基宽为5m；按施工规划的路线，用容量为1m3机械开挖边坡以外的坡道路基并压实，路渣从现场中心岛原自然地面道路边开始，边填边退，运输车辆用EQ140东风(5T)自卸车,并用容量为0.37m3挖掘机械整平压实。

（3）机械开挖第二层土：在坑内道路修筑完成后，才用挖斗容量为0.37m3挖掘机械开挖第二层土方，并负责装载土方，挖掘机内侧按1：1.5放坡；此层土挖深为2m。边挖边用小型汽车运至场内指定地点堆放,由大型机械转运至场外指定地点。

（4）人工开挖第三层土：因地下室基础埋深4.7m，塔楼基础埋深5.1～ 5.4m，电梯井局部埋深5.7～5.9m，埋深4m以下土方全部由人工分二层开挖，塔吊配合垂直和水平运输，因塔吊臂长有限，大部分吊斗无法到达基坑边，只能放在坑内地下室靠近现场中心岛位置，用小型机械进行转运至坑外批定地点。

（5）第一分区和第三分区的交接处采取放阶放坡,各阶厚度：第一阶土为2m,第二阶土为1m,第三阶土为1m,第四阶0.3m人工清至第三层坡脚,机械开挖的内边坡按1：1.5,第一阶平台宽15m,第二阶平台宽5m,第三层平台宽1m，坡脚留在地下室底板处，坡顶至坡脚垂直高度为4.3m，水平距离为27m,

挖土方案经调整并在实际开挖过程中严格执行后，联通佳苑住宅小区其余主楼及地下室土方在历经两个月的紧张施工，在2008年12月底开挖完毕，工程桩经检测，桩身完整性及桩身垂直度除个别桩外，都符合设计及验收规范要求。

总结：

(1)设计阶段应充分考虑施工因素，设计单位切不可迫于业主压力一味降低造价，选择施工难度过大的方案。如本工程在桩基方面降低了造价，但大大增加了土方工程造价，同时造成桩出现问题延长了施工工期。

(2)软土区挤密型桩基础土方开挖应制定安全可靠的施工方案，严格控制挖土顺序和分层挖土厚度，切不可为了追求施工进度肓目野蛮开挖，否则极易造成桩身倾斜、裂缝、甚至断桩等永久性质量缺陷，处理起来亦相当困难，足以抵消预应力管桩所具有的一切优点。

(3)软土区挤密型桩基础土方应本着分层分段对称开挖（每层不超过2m）、及时降水、大挖机配小载土车的原则。