PHC桩在粘性土中沉桩上浮问题探讨
（yds911）
摘要：驻马店某工程场地地基土均为粘性土，在桩基原体试验中，PHC桩出现上浮，并导致部分PHC桩出现断桩、承载力不足等严重缺陷，造成很大安全隐患，处理起来不但需投入大量资金、人力、物力，而且又会延误工期。通过工程实例，分析出导致PHC桩上浮的原因，并提出有效的预防措施。
关键词：PHC桩；粘性土；挤土效应；上浮；断桩
1 前言
根据工程实例，本文对PHC桩上浮的原因进行了较深入的分析，并提出了有效的预防措施，可为今后工程桩基础的施工提供参考。
2 工程概况
驻马店某工程考虑到经济、工期等原因，工程桩拟采用PHC桩，并进行桩基原体试验。为了模拟工程桩群桩施工状况，同时掌握沉桩过程中PHC桩是否存在上浮情况，设计专业提出试桩由5×5=25根PHC桩组成，各试桩成正交布置，桩间距1.75m。PHC桩桩身混凝土强度等级采用C80，桩径500mm，壁厚100mm，桩长30.0m，预估单桩竖向抗压极限承载力为4000kN。施工按照由里向外的施工顺序进行，采用锤击沉桩工艺，桩锤选择D62型，停锤标准采用以桩端设计标高为主、贯入度为辅的控制原则。PHC桩布置图见图1。
图1 PHC桩布置图
根据原体试验报告，本工程场地属冲洪积平原地貌，地下水稳定水位埋深2.0～3.0m，地基土全部由第四系冲洪积成因的粘性土组成。
3 施工及检测情况
经对该工程PHC桩原体试验施工、检测跟踪调查，25根PHC桩全部沉到了设计的深度，进入层⑨粘土的深度为3.0m左右，此时的贯入度在30～110mm之间（多数在60～100mm左右）。平均总锤击数为1321击，最大总击数为P210号桩1710击（由于机械故障，P210号桩施工至－26.0m时被迫停止，6个小时后恢复施工，造成击数偏大），最小总击数为P28号桩1195击。
考虑到PHC桩在沉桩过程中的挤土效应，试桩施工过程中对12根具代表性的PHC桩上浮量测量（水准仪观测）；在PHC桩达到休止期后，进行了低应变、高应变、竖向静载及水平静载等检测，具体施工、检测成果数据见表1。
表1 PHC桩施工及检测成果数据
从检测数据可以看出，PHC桩普遍存在上浮情况，上浮量为18～142mm之间，具体表现为：中心P211号桩上浮量最大，达142mm，内环PHC桩上浮量稍小，为99～112mm，外环PHC桩上浮量最小，为18～30mm；PHC桩的上浮导致部分PHC桩出现断桩、承载力不足等严重缺陷，造成很大质量安全隐患。
4 桩体上浮影响因素分析
通过对其他工程场地PHC桩施工情况的大量调查，并结合驻马店工程的原体试验结果，着重从该工程场地岩土条件及试验数据入手，对PHC桩上浮的影响因素进行分析。该工程场地岩土条件特点为地下水位埋深浅、地基土全部由粘性土组成（上部为软塑～可塑状态、下部为硬塑～坚硬状态）；试验数据除对桩体上浮量进行分析，并选择具有代表性的P211及P22桩的竖向抗压静载试验Q-s曲线对比，对PHC桩上浮情况进行分析。
通过P211及P22桩的Q-s曲线可以看出，P211桩最大加载量较P22桩的最大加载量小得多，说明桩体上浮对单桩承载力存在影响；而P211桩的Q-s曲线本身说明桩体出现断桩（高应变证实从上下两节桩接头处断裂），从曲线上看，上下两节桩脱开近40mm，而P211桩桩顶上浮为142mm，说明下节桩上浮了100mm以上。
通过调查其他工程PHC桩使用情况，发现粘性土在地基土中所占比例越高，PHC桩越容易出现上浮，地下水位埋深浅的场地较埋深深的场地容易出现上浮。分析PHC桩在粘性土中沉桩导致桩体上浮主要存在两大因素：一是上部软塑～可塑状态的粘性土在地下水位埋深较浅的情况下，由于PHC桩沉桩形成挤土效应，使桩周土中超孔隙水压力急剧增大（因粘性土渗透系数较小，孔隙水消散很慢），降低土的不排水抗剪强度，促使桩周邻近土体因不排水剪切而破坏，与桩体积等量的土体在沉桩过程中向桩周发生较大的侧向位移和隆起，同时由于超孔隙水压力向四周消散及土体低压缩性的影响，加之群桩施工中的叠加因素，扩大了位移和土体隆起的范围，造成已打入桩的侧向位移及上浮。二是下部硬塑～坚硬状态的粘性土压缩性很小，在群桩施工中PHC桩进入该层后，会对硬塑～坚硬状态的土层产生强烈扰动，导致地基土强度降低，局部发生剪切破坏，且后续沉桩的侧向挤土余地不足，导致桩间土体上隆，带动先行沉入的邻桩上浮（P211桩下半节桩体出现上浮也是例证）。
5 挤土效应和上浮的预防措施
为降低PHC桩在沉桩中的挤土效应和避免出现上浮问题，根据以上分析出的原因，建议在粘性土中进行PHC桩施工时，考虑采取下列一种或几种预防措施：
（1）加大桩的中心间距：通过适当增加承台面积，也可通过加大桩径、提高单桩承载力、减少桩数，加大桩距，控制布桩平面系数，以减小挤土效应；
（2）减少PHC桩进入硬塑～坚硬状态粘土深度：当以硬塑～坚硬状态粘性土作为桩端持力层时，进入持力层不宜大于3倍桩径，以减小对深部地基土的挤土效应；
（3）预先钻孔再沉桩：钻孔直径可比桩径小50～100mm，深度可根据桩距和土的密实度、渗透性确定，宜为桩长的1/3～1/2；施工时应随钻随打，桩架宜具备钻孔锤击双重功能；
（4）设置塑料排水板：按1×1m方格网设置塑料排水板，深度宜为10～12m，对降低超静孔隙水压力会起到一定的作用，从而可减弱挤土效应，减小桩体上浮；
（5）可开挖地面防震沟：可与其他措施结合使用，防震沟宽度可取0.5～0.8m，深度按土质情况决定；
（6）控制沉桩速度：24小时内休止时间不应少于8h，在状态较差的粘性土地基中沉桩速度过快，超静孔隙水压力几乎得不到消散而迅速上升，土体变形加剧；
（7）合理安排沉桩顺序：为减少土体位移，可采用自中间向两个方向或四周对称施打、先长后短、分段沉桩或间隔跳打、分遍沉桩；
（8）进行孔隙水压力监测：在沉桩过程中，对沉桩周围地基土中孔隙水压力进行检测，根据孔隙水压力的变化，指导沉桩速度及沉桩顺序；
（9）对不少于总桩数10%的桩顶进行上浮监测。
6 结语
PHC桩沉桩施工属挤土施工，当前的施工工艺、方法存在导致PHC桩上浮的因素，而且PHC桩上浮使桩体受拉，导致断桩，严重影响到桩身完整性；PHC桩的上浮又会影响到单桩承载力，存在达不到承载力设计值的潜在危险。本文提出了在设计、施工阶段可采取的一些预防措施，以尽量减少挤土效应，减少对成桩质量的不利影响，可为今后工程桩基础的设计、施工提供参考。
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