深厚软土场地偏斜管桩纠偏技术

林宗涛，林本海，徐 杰

(1.广州大学建筑设计研究院，广东 广州 510006； 2.广州大学地下工程与地质灾害研究中心，广东 广州 510006；3.广东省冶金建筑设计研究院有限公司，广东 广州 510030)

0 引言

由于软土具有含水量高、强度低、变形量大、呈流塑状态等特点，基坑开挖易造成已施工完成的工程桩发生偏移和倾斜，对于偏移量超过规范允许值的大偏斜基桩承载力的确定，目前虽无成熟的计算方法，但部分学者对该问题进行了研究，如Sharma等[1]通过开展室内试验，认为随着偏斜角度的增大，斜桩承载力逐渐降低；吕凡任等[2]认为，当偏斜角度为0°～10°时基桩承载力小幅度减小，当偏斜角度>10°时基桩承载力下降明显；郑刚等[3]通过开展现场静载试验，认为当偏斜角度很小时，基桩承载力未显著下降；梁伟刚[4]通过计算偏斜桩承载力，认为当偏斜角度<6°时桩竖向承载力基本不变，当偏斜角度>12°时桩竖向承载力大幅度减小。

本文结合佛山市南庄镇华南交通电子产业园内某质检楼工程管桩偏斜现状，对有效承载力确定方法进行研究，提出折减系数，并通过对比现场大应变检测结果等，验证折减系数的合理性。通过采取一定处理措施，取得良好的管桩及基础承台纠偏效果。

1 工程概况

某质检楼工程位于佛山市南庄镇华南交通电子产业园内，地上8层，地下1层，采用高强预应力混凝土管桩基础，共布置265根管桩，根据桩顶偏移量、桩身倾斜率将管桩进行分类统计，结果如表1所示。

表1 管桩偏斜情况

场地地层由人工填土层、第四系海陆交互相冲淤积层、第四系河流冲积层及古近系始新统华涌组泥岩、砂岩等组成，总体上第四系淤泥软土层发育，岩土地层结构较复杂。根据岩土工程勘察资料确定的土层物理力学参数如表2所示。

表2 土层物理力学参数

2 管桩偏斜原因分析

2.1 基础施工的影响

本工程所在场地淤泥深厚且厚度变化较大，在沉桩挤土过程中，淤泥中的孔隙水压力来不及消散，形成超孔隙水压力，进而造成土体破坏。未破坏的土体因超孔隙水压力的不断传播和消散而蠕变，从而导致地面隆起[5]。因管桩在地面施工，沉桩过程中，挤土效应已造成影响，后期施工的管桩对施工完成的管桩形成挤压作用，管桩四周受不均衡的孔隙水压力和土压力作用而偏斜。由于桩间距较小，沉桩数量增加后，后期施工管桩造成的挤推力更大。如果管桩接头偏压较大，可能导致接头偏移、错位甚至折断。

2.2 基坑开挖的影响

1)土方开挖形成基坑内外土压力差，且进行浅基坑放坡护面支护处理时，同样易形成基坑内外土压力差，引起基坑周边和基坑内部土体应力释放，使基坑周边土体发生向基坑内部方向的水平位移和沉降，导致基坑底部土体隆起，造成基坑边缘附近管桩向基坑内部偏斜。

2)深厚软土场地管桩基础施工时，常在原地面利用地表硬壳层进行管桩施工，然后进行基坑土方开挖。根据本工程软弱地基实际情况，淤泥场地基坑土方难以分层开挖，因此采用地面退挖并一次开挖到底的方式，形成开挖面压力差。对于桩顶淤泥未进行加固处理的管桩，其在深厚淤泥中的自由段较长，淤泥层受开挖机械自重和高差的影响形成偏压土压力作用，导致管桩向开挖面前方发生规律性明显偏斜。

3)出土坡道设置和处理不当加剧了管桩偏斜。出土坡道应尽量避开密集群桩，当施工现场具备放坡空间时，可将出土坡道设置在基坑外部。如果因受施工场地限制将出土坡道设置在基坑内部时，一般将出土坡道坡度设置为1∶6。当出土坡道下管桩数量较多时，出土易造成坡道边缘管桩偏斜。

2.3 土体暴露时间的影响

基坑开挖及停工期间，基坑土体暴露，使周边土体充分蠕变，基坑周边土体水平位移、沉降及基坑底部土体隆起持续发展，进一步导致管桩偏移量增大。

2.4 雨水与流泥的影响

下雨时，由于基坑底面标高低于周边标高，导致雨水积蓄。而场地淤泥软土透水性差，大量积水无法外排，使土体含水量增大，进而产生流泥，加剧场地土层沉陷及淤泥层蠕动，导致管桩偏斜或断裂。

2.5 施工管理的影响

由于项目部管理经验不足，未能及时提出管桩存在的偏斜风险，且对软土场地管桩施工方法的认识不全面，施工过程中未能提出有效的保护措施，导致管桩偏斜。

3 管桩破坏类型

偏斜管桩在土体中的变形破坏形态主要包括以下形式：①上节管桩桩身在接头处弯折，如图1a所示；②整桩偏斜破坏，如图1b所示。根据本工程地质条件，锤击法施工的管桩持力层桩身下部需进入较硬、较好的地层，如中密、密实砂层或强风化岩层，大部分桩身处于淤泥软土层中，出现桩身弯折的可能性较小，主要表现为整桩偏斜破坏。因此，需在纠偏处理前对所有管桩进行小应变检测，以确定桩身完整性。

图1 管桩破坏类型

4 管桩处理方法

4.1 回拉纠偏法

根据管桩平面位置，对偏移量超过规范允许值的管桩进行小应变检测，确定桩身完好后采用回拉纠偏法进行处理，如图2所示。纠偏流程为：清除管桩内杂物→桩后引孔→桩后冲水→反向回拉→桩周空隙内回灌填充料。桩身纠偏至垂直状态后，再次进行小应变检测，确定桩身完整性，同时，需对管桩进行灌芯补强，如图3所示。

图2 回拉纠偏示意

图3 管桩灌芯补强示意

4.2 补桩法

由管桩静载试验、大应变检测和数值模拟分析结果可知，当管桩偏斜角度为0°～6°或偏移量为300～1 200mm时，荷载-沉降关系曲线计算结果与试验结果基本一致，即在桩身完好的条件下，可通过对设计承载力进行折减的方式得到管桩有效承载力，然后根据上部结构荷载要求进行综合承载力复核，不足时进行补桩处理等。

5 偏斜管桩有效承载力的确定

根据DBJ/T 15—94—2013《静压预制混凝土桩基础技术规程》[6]有关规定可知，桩身垂直度允许偏差为1%，桩身与桩顶平面位置偏差为d/2，d为管桩外径。结合珠三角地区类似工程经验，认为在桩身完好的前提下，偏移量超过规范要求的管桩仍具有相应的有效承载力，需根据偏移量对承载力进行折减，折减系数建议值如表3所示。

表3 管桩承载力折减系数建议值

大应变检测数据如表4所示，根据该数据确定偏斜管桩有效承载力，如表5所示。需注意，由于大应变检测时间较短，检测瞬间所有地层对管桩均表现为正摩阻力，但因软土淤泥沉降固结时间较长，后期淤泥沉降量大于管桩沉降量，使淤泥层对管桩表现为负摩阻力。根据已有研究成果及类似工程经验，认为0.62倍淤泥层厚度以上的淤泥对管桩表现为负摩阻力，其余淤泥对管桩表现为正摩阻力。

表4 管桩大应变检测数据

由表5可知，大应变检测结果与折减的有效承载力接近，即扣除负摩阻力的承载力与有效承载力接近，表明折减系数取值合理，扣除负摩阻力的承载力为(桩侧总摩阻力+桩端阻力-2×淤泥段负摩阻力)/2。

表5 管桩有效承载力

进一步通过数值模拟分析设计承载力特征值并验证折减系数取值合理性，建立尺寸为30m×25m×50m(长×宽×高)地层模型，地层自上而下依次为淤泥、粉砂、砾砂、强风化岩和中风化岩，土体采用修正莫尔-库仑模型模拟，管桩采用弹性模型模拟。计算得到不同偏斜角度下管桩荷载-位移曲线，如图4所示。由图4可知，当偏斜角度<6°时，管桩承载力基本与垂直桩一致，且荷载-位移曲线具有缓变性，JGJ 106—2014《建筑基桩检测技术规范》[7]中第4.4.2条建议将桩顶沉降40mm对应的荷载值作为管桩极限承载力，可知本工程管桩设计承载力特征值取为1 500kN较合理；当偏斜角度>6°时，管桩承载力下降明显。

图4 不同偏斜角度下管桩荷载-位移曲线

6 施工监测数据分析

对折减后管桩承载力进行复核，对于不满足上部结构荷载要求的基础承台进行补桩处理；对于局部偏移量较大的独立基础承台，将其扩大为大承台或采用筏板基础承台。监测得到地上5～8层施工完成后建筑物沉降分别为1.46，2.24，3.25，4.03mm，地上8层施工完成2，3个月后沉降分别为4.38，4.45mm。根据JGJ 8—2016《建筑变形测量规范》[8]有关要求，可知管桩及基础承台处理后，建筑物沉降满足规范要求，表明处理方法合理、有效。

7 结语

1)对于深厚软土场地基坑开挖，需制定合理的设计和土方开挖方案，防止管桩偏斜。

2)深厚软土场地管桩可在基坑开挖前的原地面施工，也可在基坑开挖到底后施工，均需采取有效、配套措施，并制定严格的施工组织方案，保证管桩垂直度，防止因管桩偏斜对成本、工期造成影响。

3)可结合现场检测数据及管桩偏移量，对管桩承载力进行折减，得到管桩有效承载力，本文给出的折减系数可供类似工程参考。