深厚软土场区超长管桩基础倾斜纠偏关键技术研究

李晶 宋楠

摘 要：软土场区超长管桩基础发生倾斜、移位的情况时常发生，给工程建设带来了较为不利的影响。本文分析了深厚软土场区超长管桩基础产生倾斜侧移的原因和机制，介绍了软土场地管桩倾斜纠偏的四类方法。依托工程桩倾斜事故的纠偏工程，详细介绍了钻孔纠偏方法，并进行桩体低应变检测。结果表明，桩体位置和桩体完整性满足设计要求。

关键词：深厚软土场区;超长管桩基础倾斜机制;纠偏

中图分类号：TU43文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）01-0082-04

Abstract： The inclination and displacement of super long pipe pile foundation often occur in soft soil area， which brings unfavorable influence to engineering construction. In this paper， four kinds of mechanism of lateral displacement of piles in deep soft soil were introduced. Based on the rectification project of pile inclination accident， this paper introduced the borehole rectification method in detail， and carried out low strain detection of pile body. The results show that the pile position and pile integrity meet the design requirements.

Keywords： deep soft soil field area;inclined mechanism of super-long pipe pile foundation;rectification

目前，对于发生倾斜偏移的管桩基础，采用的纠偏加固技术方案主要有浅部断裂管桩的接桩法、沉井挖桩法、钻孔灌注桩补桩法、静压锚杆补桩法和断桩纠偏加固方法。

在深厚软土地基中进行压桩施工或基坑开挖时，经常会遇到因工程桩偏移、倾斜、弯折甚至断裂而必须进行纠偏、补强等问题[1]。对此，多数学者都研究了相关纠偏措施。柯开展结合软土地区中罗源湾滨海新城建筑的工程实例，对預应力管桩的偏移、桩身损伤断裂等工程问题的原因进行了分析，并有针对性地提出了处理措施[2]。杨维国针对曹妃甸图书行政楼预制管桩基础发生偏桩的事故，提出偏桩产生的主要原因是基坑周围动荷载过大，引起桩身整体偏移。同时，提出针对性的处理措施，如边坡卸载、控制土方开挖工程、控制沉桩过程等[3]。殷斌对砼预应力管桩基础的倾斜纠偏、补强及预防措施进行了分析[4]。汪峥等针对宁波市镇海区污水处理厂改扩建工程中，因部分预应力高强混凝土工程桩所处地基状况不良造成的桩身倾斜问题，提出利用卸压纠偏灌芯法进行处理。结果表明，该方法操作简单、成本低、质量可控，经工程应用，具有良好的经济效益，可在类似工程中推广[5]。汤小平依据实际工程，介绍了射水水平顶拉法纠偏预制管桩的施工特点和方法。实施结果证明，该方法对软弱场地中的预制管桩纠偏是有效的，工程实践中具有可行性[6]。邹海江针对预应力管桩在沉桩过程中遇到较厚的软土层，容易引起桩身倾斜的现状，阐述了预应力管桩在施工完成后发生倾斜偏位等质量问题时采用的水平顶拉纠偏与加固技术，指出该技术可以在最短工期内用较少费用完成纠偏加固[7]。孔文栋等分析了预应力管桩基础倾斜的原因，并提出了预防措施[8]。

本文对深厚软土场区超长管桩基础倾斜偏移的四种情况，有针对性地设计纠倾纠偏方案，在确保其纠正后承载能力的基础上，尽可能简化方案步骤，节省工程支出。

1 深厚软土场区超长管桩基础倾斜机制

软弱土层一般都具有压缩性高、强度低、透水性差等特点。在施工过程中，由于软弱土层的蠕变性及土体中未消散的孔隙水压力，软弱土层容易滑动产生巨大的挤推作用，造成桩体位移。比如，基坑开挖方法不当及没有合理选择基坑支护而引起土体间产生位移、一次性挖土深度过大、放坡不够等都将导致管桩基础倾斜[9]。其原因是，管桩在桩侧软土地基的不均匀推挤下，桩一侧受到主动土压力的作用，另一侧受到被动土压力的作用，从而使桩两侧存在压力差;当主动土压力大于被动土压力，即桩侧土压力差值超过桩体抵抗力时，桩体就会产生位移。如果压力差超过桩体截面抗力，桩体将会产生破坏。

当地表土层较软或地表面较薄的硬土层下有较厚的软土层时，若打桩时不采取相应技术措施，桩基支脚直接站压在桩顶或桩顶土层上，形成对地表土层的挤压作用，会硬将管桩推挤倾斜[10]。

2 深厚软土场区超长管桩基础倾斜纠偏方案与关键控制技术

2.1 深厚软土场区超长管桩基础倾斜纠偏方案

2.1.1 大倾斜桩纠偏技术方案。桩侧以含水软弱土层为主，整个桩侧在纠偏过程中如果短时间施加过大力，必然会产生极大的超净孔隙水压力，瞬时的超净孔隙水压力在桩侧可视为均布荷载，作用点位于上节桩中心，使桩产生过大弯矩，从而导致桩体被破坏，故建议在桩倾斜轴线上施加推力[F1]或拉力[F2]，使用收敛法逐级施加推力或拉力，逐渐纠偏，避免产生额外破坏。

推移过程中，桩体抵抗土体的被动土压力，其优点是可以起到固定桩端的作用，缺点是产生与超净孔隙水压力同向的力，使桩体破坏更为严重，因此，需要在拟推移方向钻孔释放部分土压力，排除水压力。

2.1.2 小倾斜桩纠偏技术方案。对于上节桩重心投影在下节桩的俯视平面内，该种情况的桩倾斜较小。由于上节桩处于侧阻力较小的土层中，在倾斜的桩顶面施加垂直压力，该压力对桩体有一定的纠偏能力。由于存在人为视觉误差造成压后接桩处错位，需要加强测斜工作，较准确地确定竖向压力方向。

2.1.3 整体位移桩技术方案。多节管桩的植桩是在接桩之后实施静压或打入施工。如果桩体上部出现整体位移，强震区考虑抗震因素，对该类桩建议弃桩，并重新施工;非强震区且安全等级较低的建筑，考虑经济因素，在位移不大时，应制定详细纠偏方案进行工程事故处理。

2.1.4 倾斜且整体位移桩技术方案。多节管桩发生倾斜并出现整体位移，应遵循“先纠倾、后纠偏”的技术方案，并按照前述纠偏技术方案设计和施工。

2.2 深厚软土场区超长桩基础的纠偏关键控制技术

2.2.1 反力设施的确定。反力设施的选择应遵循现场查勘、一桩一工况的原则，同时需要考虑经济条件，进行综合确定。建议利用已经建成的基础或废弃基础作为反力的支点，采用卧式千斤顶，降低施力点高度，避免出现倾斜桩拉断。

2.2.2 钻孔纠偏的关键控制点。采用钻孔纠偏方案时，主动土压力区的钻孔深度应大于上节桩的桩长，最大程度上减少所需的水平推力，取土过程中使用的循环水不能直接排在场地内部。然后，采用小推力使偏位的桩复位，确保桩的安全性。若出现桩接头或桩身断裂较大的情形（错位），也可采用粗钢管紧贴桩孔内壁插入桩孔中校正桩接头或桩身断裂处，如有异样，立即停止操作。纠偏后，桩周产生的空隙用砂采取震动填充方式回填密实。施工过程中，必须监测桩位的偏位变化情况。

纠偏之后，管桩孔芯应冲洗干净，并清洗桩端，安放通长设置的钢筋笼，浇筑比桩体强度高一个等级的膨胀混凝土。待灌芯钢筋混凝土达到设计要求的强度后，选取测试桩竖向抗压极限承载力和二次低应变检测。

3 工程桩纠偏与分析

3.1 工程概况

某污水处理工程的地质条件从上到下依次为：素填土，厚度2.1 m，杂色，松散，土质不均匀，主要由块石、碎石、角砾和少量黏性土组成，块石粒径20～40 cm，最大粒径约80 cm;淤泥质黏土，厚12.7 m，灰色，饱和，流塑，高压缩性，干强度及塑性高，局部具有水平微层理，层面间含粉细砂，含有机质及腐殖质，有臭味，含贝壳碎片，局部粉细砂含量较高;黏土，厚度8.5 m，黄褐色为主，局部呈灰蓝色，硬可塑，切面较光滑，中等偏低压缩性，干强度高，韧性高，土质均匀，含少量中粗砂、铁锰质氧化物斑点、蓝灰色条带;强风化凝灰岩，厚度1.3 m，黄褐色，晶屑凝灰结构，块状构造，岩芯破碎，呈碎块状，风化裂隙发育，裂隙面有铁锰质氧化物分布，锤击声哑、易碎。

该污水处理工程采用先张法预应力管桩，桩型PHC600AB（130），单节桩长5 m和10 m，锤击沉桩，桩锤类型为DD83柴油锤。共计有56根直径600 mm、桩长20～40 m的管桩。由于基坑开挖，该区域4轴至10轴，A轴至C轴的桩体不同程度地产生倾斜及偏位（见图1和图2），有4根桩的水平位移约2 m。

3.2 纠偏施工

采用GPS放点，确定桩中心点位的设计位置，以水平十字激光照准确定纠偏拉拔方向。用已建成基础作为反力点，在千斤顶与基础之间放置有足够强度和刚度的垫板，防止基础挤压破坏现象的出现。

使用穿心式千斤顶提供拉拔力，穿心钢束、牵引绳牢固地绑扎在桩身上（见图3），埋入地下不小于2 m。拉拔力不超过额定出力最大值的80%，采用分级形式控制，分级荷载为25 kN，每级荷载偏差应控制在±10%。对于每级荷载维持时间，鉴于工况原因，不做具体规定，可根据倾斜侧的钻孔内水位确定，如果水位急剧下降，则维持时间应延长，等待水位恢复，再施加下级荷载;同时，应观测拉拔侧钻孔状态，如果土体挤压钻孔产生位移，应当用钢管等物体进行干预，防止钻孔闭合;建议维持荷载时间在15～30 min。

钻孔前，桩体上部要采用钢索进行有效固定，防止因钻进、排挤土过程使桩体进一步产生倾斜。桩挤压侧地基进行钻孔，形成连续破裂面，释放地基被动土压力和超孔隙水压力。否则，拉拔瞬间产生的水压力极有可能破坏桩身。已完成的钻孔内应当留存液态水，水位与地面齐平，起到传递水压力及抵抗部分土压力的作用，不应使用含黏质土过高的置换泥浆。当桩身扶正后，桩侧的钻孔灌砂以大功率马达或挖机挖斗进行振捣、填实，使接缝紧密。

管桩基础经机械牵拉后，采用RSM-PRT（N）基桩动测仪、LC0104加速度传感器，对该区域56根管桩基础进行低应变检测。其中，I类桩有11根，占所测桩数的19.6%;Ⅱ类桩有1根，占所测桩数的1.8%;Ⅲ类桩有40根，占所测桩数的71.4%;Ⅳ类桩有4根，占所测桩数的7.1%。典型低应变波形如图4所示。桩芯灌注前，低应变检测的Ⅲ类桩、Ⅳ类桩缺陷位置见表1和表2。

桩体扶正后，4根Ⅳ类桩进行补打施工。其余管桩的孔内通长配筋，采用加入早强剂的C40强度混凝土，通长浇筑，振捣密实。在7 d内严禁桩周围10 m范围进行土方施工。经过纠偏施工后，进行了桩位测量和桩体低应变检测，结果表明，桩体位置和桩体完整性满足设计要求。

4 结论

本文分别对倾斜桩重心投影在下节桩平面外的大倾斜桩、倾斜桩重心投影在下节桩平面内的小倾斜桩、桩体上部发生整体位移、倾斜且整体位移桩，设计和制定纠偏技术方案和关键控制技术。然后以某污水处理工程的桩基础纠偏为背景，对倾斜偏移桩采用钻孔卸荷逐级加载的纠偏方法，填芯混凝土加固受损管桩。通过桩位测量和桩体低应变检测，桩体位置和桩体完整性已经满足设计要求。

参考文献：

[1]吴清偉，张辉.用沉井在水系发达，土质软弱地区处理断桩[J].东北公路，1997（4）：52-54.

[2]柯开展.罗源湾滨海新城软土地区预应力管桩纠偏处理实例分析[J].福建建材，2012（8）：53-55.

[3]杨维国.曹妃甸软土地基偏桩现象分析与处理措施[J].价值工程，2012（6）：80.

[4]殷斌.砼预应力管桩基础倾斜纠偏、补强及预防[J].江西煤炭科技，2005（3）：28-29.

[5]汪峥，陈炉生，陈晓霞，等.预应力高强混凝土管桩纠偏加固施工新技术[J].建筑施工，2017（4）：452-453.

[6]汤小平.预制管桩射水水平顶拉法纠偏的工程实践[J].山西建筑，2010（35）：77-78.

[7]邹海江.预应力管桩水平顶拉纠偏与加固技术研究[J].山西建筑，2009（2）：125-126.

[8]孔文栋，陈治然，蒋元海.预应力混凝土管桩基础倾斜后工程纠偏方法简述[J].混凝土世界，2015（1）：96-98.

[9]张文琅，朱芳芳.高速铁路路基预应力管桩施工质量控制[J].辽宁省交通高等专科学校学报，2011（6）：12-14.

[10]张忠苗，辛公锋，俞洪良，等.软土地基管桩挤土浮桩与处理方法研究[J].岩土工程学报，2006（5）：549-552.