某项目预应力管桩在厚淤泥土的偏桩原因分析及偏

某项目预应力管桩在厚淤泥土的偏桩原因分析及偏

桩处理措施

周 罡

北京中外建建筑设计有限公司深圳分公司 广东 深圳 518000

摘要：由于预应力管桩具体有桩身质量易于保证和检查、施工速度快及经济性高的优点，成为目前最为常用的桩型。但在有深厚淤泥土的场地采用预应力管桩，在施工过程中极易出现基桩偏位以及施工完后群桩出现整体偏位的情况，针对某项目出现的偏位情况，根据现场施工记录以及偏位桩的桩基检测结果，通过通用岩土有限计算软件PLAXIS 2D进行施工模拟分析和通用有限元软件SAP2000进行桩基础及底板整体建模分析，能有效得出管桩偏位产生的原因基本与实际施工所导致的偏位原因一致，以及得出管桩偏位位移在一定范围以内时桩身仍能保持弹性完整并继续使用的结论。

关键词：预应力管桩；深厚淤泥土；桩偏位；通用有限元软件；施工模拟分析；

引言：随着房地产商对开发进度的要求越来越严苛，无论是勘察设计还是现场施工的周期均被很大程度进行了压缩，因此施工速度较快，经济性较佳的预应力管桩基础受到各方的一致认可，但预应力管桩在有深厚淤泥质土等软土地基的场地出现的偏位现象需要引起各方足够的重视，以确保桩基础安全可靠。引起基桩偏位的原因有很多，具体总结可以为如下几条，一是基坑支护不到位；二是施工前未对场地进行有效加固处理；三是施工机械路线混乱且行车时场地未做有效保护；四是基坑开挖土或施工材料堆载超荷。笔者结合自己所参与的某工程项目，对了出现偏位情况的基桩进行了分析，并提供相关分析方法以及处理方案，以供相关设计人员进行参考。

1. 1. 工程概况

项目位于大湾区某二线城市，其中某塔楼地上18层，建筑高度60m并设置一层地下室，根据勘察报告，场地钻孔表明，地面人工填土层以下依次为约20m厚的淤泥、粗砾砂、强风化岩，其中淤泥土呈流塑状，具有含水率平均值高、孔隙比大、压缩性高的特性，是场地内主要的软土层。塔楼基础形式采用PHC-500-AB型预应力高强混凝土管桩，桩端持力层为1-1强风化层，桩侧摩阻力特征值Qsa的建议值为72kPa，桩端阻力特征值Qpa的建议值为3450kPa，根据计算及单桩竖向静载试验结果，单桩竖向抗压承载力特征值取值1900kN，采用锤击法进行施工。塔楼下设计桩数约180根，该楼东、西、北侧均为单建地下室范围，南侧紧贴基坑边缘，该侧基坑支护体系采用1:4放坡，U型钢板桩以及止水搅拌桩形式，底板厚度350mm，承台1~1.5m。

图一 典型地质剖面图

1. 2. 基坑开挖后桩偏位情况及桩基检测情况

某年6月，对地下室桩间土进行开挖，第一次发现桩出现了偏位情况，其中最大偏位距离1198mm，设计处理方案将偏位大于600mm的管桩按废桩处理，补桩60余根，各柱下承台连成整体，同时要求边坡放坡向外移动，增加边坡内一段平台作为施工材料操作面。同年8月，补桩后对偏位基桩进行复测发现，原桩有不同程度偏位回弹，同时新补的基桩也产生了偏位，最大偏位距离316mm，且无固定偏移方向。同年10月，对该楼南侧地下室侧壁回填时发现地下室后浇带位置（顶板、底板、侧壁）钢筋出现扭曲，首层裙楼的3根柱子出现裂缝。经过现场实测，该楼整体往北偏移160mm~230mm，但未发现有倾斜现象，此时施工场地现状为南侧拔出钢板桩并回填至地下室顶面，北侧开挖至基坑底。

施工单位桩基委托检测单位对偏位基桩进行了检测，第一次桩偏位后，对凡有偏位的基桩采用低应变检测，检测结果为全部合格，选取其中的3根偏位较大的基桩进行静载试验检测，检测结果达到设计承载力要求；第三次出现桩偏位后，选取检测的3根偏桩（最大偏位376mm），截断桩身进行原位测试，结果表明桩身完整性满足规范要求。

1. 3. 基坑开挖过程桩偏位模拟及原因分析

从桩基现状及补桩平面图中，选取典型区域内的3根桩(1号桩偏位值840mm，2号桩偏位值599mm，3号桩偏位值115mm)，采用通用岩土有限计算软件PLAXIS 2D进行施工模拟分析，土层采用摩尔-库伦本构，岩石和结构构件采用弹性本构，根据勘察报告结合工程经验，土层参数取值见图二。程序遵循平面应变假定，在厚度方向取单位长度1m，其中桩取单位厚度刚度。

图二 PLAXIS 2D土体参数选取

3.1对基坑开挖过程进行模拟

按照基坑施工步骤，从地面按照每层土逐步开挖，每一步均实现基坑内降水，在土方开挖到第2施工步时，即在开挖至坑底的土层时，土体出现大量塑性点，从模型的施工位移云图可知，整个土坡体向基坑内滑移，坡底了生了坑底隆起，坡顶伴随地面下陷，土体移动推动支护桩和工程桩，最终导致了工程桩的偏位。

3.2对基坑回填过程进行模拟

按照侧壁回填施工步骤分析得出，在土方回填时，回填土区域有较大的水平和竖向位移，具体原因分析为：1）回填土产生的土压力作用在地下室侧壁，推动该楼主体向北平移；2）回填土在重力作用下，挤压淤泥向北侧地下室流动，推动工程桩，带动上部结构一起向北平移；3）由于卸荷及时，实测主体位移（16mm~230mm）小于计算模拟位移（420mm）。

3.3对桩身承载力进判定

本工程均采用PHC-500-AB-125型管桩。根据《预应力混凝土管桩》10G409图集，管桩的预应力钢筋配筋为12Φ10.7，预应力钢筋分布圆直径为406mm，混凝土有效预压应力计算值6.18MPa。力学性能如下表所示。

根据《预应力混凝土管桩》10G409图集P40的接桩大样，偏安全地按8mm角焊缝考虑，Wx=1.06x10~6mm³，管桩接桩焊缝受弯、受剪承载力设计值为：[M]=190.4kN.m，[V]=1124.8kN。终上所述，本工程管桩桩身受弯、受剪承载力设计值为：[M]=186kN.m，[V]=273kN。首先模拟开挖等原因使管桩偏位目标位移为600mm，然后使柱顶铰接，模拟底板对桩顶的侧向约束。按原设计图纸，此桩的承压设计承载力为1900kN，约束桩顶水平位移并施加1900kN轴压力，由各施工步的桩位移内力图中可知：由于约束桩顶水平位移，在施加1900kN轴压力后，桩轴力增大，桩顶水平位移没有变化，桩身弯矩图有所改变，但最大弯矩并没有明显增大，表明在使用阶段的桩的P-δ效应不明显，可以不考虑。由以上分析可知，当管桩偏位位移不大于600mm时，管柱弯矩、剪力均小于管桩受弯、受剪承载力，桩身保持弹性，可以满足安全、使用要求。

图三 桩身内力图

1. 4. 正常使用阶段基桩和底板受力分析

对斜桩、底板、地下室墙柱采用通用有限元软件SAP2000进行整体建模，分析验算桩、底板的受力，特点是根据前节桩身承载力判定，仅选择偏位较小的桩进行建模，将偏位过大的桩排除在外，目的是考察在部分桩作废后桩的内力重分布，验算桩的受压承载力；

图四 SAP200整体模型

分析结果表明，1）对基坑开挖时的模拟表明，桩顶偏位与现场实测值接近；2）当桩身弯矩接近极限弯矩时，桩顶偏位对应目标值为600mm，此时桩身保持弹性完整；3）发生整体结构偏移后的桩中，进一步剔除6根偏位大于600mm的桩，剩下177根桩作为受力桩； 4）剩余斜桩、底板、上部结构共同受力分析表明，桩身承载力、底板承载力、裂缝宽度满足规范要求；5）对该楼北侧相邻两跨的底板厚度由350mm加厚到450mm

1. 5. 分析结论

1. 根据地勘报告资料、基坑设计图纸、现场实际施工次序，对基坑开挖进

行模拟，结果表明基坑滑移情况与现场一致、3根桩的偏位值与现场实测值接近，桩偏位原因是土坡体向基坑内滑移，土体移动带动工程桩，导致了工程桩的偏位；

2. 对地下室外回填模拟表明，回填时主体产生整体偏移，原因是：回填土

产生的土压力作用在地下室侧壁，推动塔楼主体向北平移；回填土的自重作为荷载作用到淤泥层，使得淤泥向北侧地下室流动，带动工程桩和上部结构整体平移；

3. 对于累积桩顶偏位达到600mm的桩，在本工程地质条件下：在基坑开挖

过程中桩身保持弹性，桩身完整；当底板对桩顶有效限制侧移时，偏位桩仍可达到原设计承载力；当底板对桩顶有效限制侧移时，在本工程中最大轴力作用下，桩满足承载力要求；

4. 发生整体结构偏移后的桩中，进一步剔除8根偏位大于600mm的桩，剩

余167根桩作为受力桩；对偏位桩、底板、地下室墙柱的整体分析表明：基本组合下，底板抗弯承载力和裂缝宽度满足规范要求，可以起到协调偏位桩共同受力的效果；标准组合下，偏位400mm~500mm的桩轴力为设计值的51.7%，偏位500mm~600mm的桩轴力为设计值的51.6%，偏位0mm~400mm的桩轴力为设计值的54%，表明桩有较大的安全储备。

1. 6. 处理方案

综合以上分析结果，对产生偏位的基桩抗震设计承载力根据偏位值进行分

级折减：1）偏位600mm以上的桩不再使用；2）600mm的桩的抗压设计承载力折减为原值的52%；3）偏位300mm以下的桩的抗压设计承载力按原设计值使用。其次，调整现场施工顺序：1）先进行地下室结构的后浇带封闭；2）再进行周边回填，应遵循相对方向的填土分层回填、每层厚度相同的原则；3）然后进行出现偏位桩的塔楼上部结构施工。最后，对偏位引起的裙楼局部构件开裂，建议拆除砼、保留钢筋，重新浇筑混凝土。

参考文献：

[1] 桩基础设计指南[M]. 中国建筑工业出版社 , 林天健等编著, 1999

[2] PHC管桩倾斜断裂原因和预防措施. 山西建筑出版社. 2005

[3] 建筑地基基础设计规范[S].[GB50007-2011] 

[4] 南京某项目管桩偏位处理方法.华南理工大学建筑设计研究院.2006