软土偏桩问题及解决方案梳理

在设计阶段就比较关注该项目的基础施工可能会遇到的问题：一是遇孤石出现断桩，后续补桩太多会被叼；二是某些钻孔揭露淤泥质土下突变硬层，直接是强风化/中风化岩层，要么附带倾斜属性要么压不进去出现断桩情况；三是软土地区后续开挖或是桩机行走有荷载不平衡情况出现偏桩。

该来的终归还是要来的，想躲也躲不掉！某天晚上，项目部兄弟突然打来电话告知东南角区域发现有二十多根桩偏位，附近的临空面挡土墙外推了80cm左右，需要第二天过去现场看看情况。

何谓偏桩

《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008

 

《建筑地基基础工程施工质量验收标准》GB 50202-2018

 

可以看出， 验收规范的标准相较设计规范较为放松 。对于1-3桩承台而言，《桩规》要求偏差为10cm以内，而《验收标准》要求偏差为10+0.01H，若倾斜长度（扣除嵌固段）为25m，那么偏差为35cm；对于四桩及以上承台而言，《桩规》要求偏差为25cm以内，而《验收标准》要求偏差为25+0.01H，若倾斜长度（扣除嵌固段）为25m，，那么偏差为50cm。可以看出这个差异还是挺大的，特别是多桩承台将近两倍的差异将给偏桩处理带来较大争议。不过，业内好像多认同要按照《桩规》要求。

从管桩N-M曲线看偏桩容许值多少？比如PHC500-125 AB桩，承载力为2000KN，那么弯矩约为280KNM，那估计也就只有10cm了！

偏桩带来的问题

是否为三四类桩？

偏桩带来的第一个问题就是桩身是否出现缺陷，这点可以通过小应变去判别。但最近项目自检测出偏移接近1m的管桩，桩身完整性居然也是正常的，这不经让人质疑小应变对于长桩的检验是否完全可信（也有可能是自检存在一定的不可信）。

偏桩引起桩反力加大

偏桩的第二个问题是，基础形心已偏移竖向构件或是上部合力形心，将导致桩反力重分配，以四桩台为例。四桩承台管桩偏位前后位置见下图，其中四桩同时往上方偏位250mm ( 即桩径的0. 5倍) ，此时下方桩受力最不利，竖向力将增加到原来的 1. 15 /1. 8 /0. 5≈1. 28 倍；若四桩同时往外偏位250mm，此时承台受力最不利，承台柱边弯矩将增加到原来的(1. 15－0. 25) /( 0. 9－0. 25) ≈1. 38 倍，对桩而言几乎无影响。但是大多数偏桩情况基本都是因为压力不均衡导致，所以基本都是往一个方向外偏，即对基桩受力不利。

1) 对于两桩承台、三桩承台，由于管桩偏位导致受力最不利管桩竖向力和承台弯矩最大增加量在 10% ～ 20%之间，不处理问题不大。

2) 对于四桩承台，如按桩基规范桩位允许偏差为 0. 5 倍桩径执行，由于管桩偏位导致受力最不利管桩竖向力和承台弯矩最大增加量分别约为 30%和 40%，如不处理，结构不安全；如按管桩规程桩位允许偏差为 100mm 执行，由于管桩偏位导致受力最不利管桩竖向力和承台弯矩最大增加量均在10% ～ 20%之间，不处理问题不大。

3) 对于五桩及以上承台，应具体问题具体分析，以决定是否需要处理。

偏桩引起次弯矩

次弯矩的效应与单桩、多桩承台及梁柱刚度相关。次弯矩的产生对单桩、两桩承台影响较大，需引起重视！

如果底层柱与桩无重叠部分，将承台梁以下桩按偏位后的位置输入，且桩顶点铰接，底层柱纵筋和承台梁纵筋、箍筋按计算结果配置；如果底层柱与桩水平投影面上有重叠部分，则承台梁以下桩与底层柱对齐，且桩顶点铰接，将附加弯矩作用在节点上，柱纵筋和承台梁纵筋、箍筋按计算结果配置。以底层柱与桩有无重叠作为两种计算方法的分界线不仅安全，而且偏于保守。

两桩承台管桩向同一个方向偏位，将导致靠近柱的管桩竖向力增加。此时可增大平面内与相邻承台相连的承台梁刚度( 即增大梁断面，特别要增大梁高) ，使两桩受力均匀。若管桩向相反方向偏位，将导致承台弯矩增加。此时可计算加大承台配筋。

两桩承台管桩同时沿横向和纵向偏位时，分以下两种情况讨论:

1) 柱在偏位后的两桩连线上。当桩偏位导致某根桩竖向力增加较多时，若两桩连线与轴线( 即原设计承台梁方向) 的夹角较小 ，则将该轴线上的承台梁加宽( 宽度为梁边距桩边不小于50mm) 、加高，从而增大承台梁刚度，使两桩受力均匀；若两桩连线与轴线的夹角较大，则沿两桩连线方向上设刚度较大的梁，两端支承在其他承台梁( 梁高和配筋也应计算加大) 上，使两桩受力均匀。当管桩偏位导致承台弯矩增加较多时，也可计算加大承台配筋。

2) 柱不在偏位后的两桩连线上。对于管桩偏位导致某根桩竖向力或承台弯矩增加较多的处理方法与 1) 相同；同时，应将柱不在两桩连线上产生的附加弯矩，分解到横向和纵向，由横向和纵向的承台梁和底层柱共同承担。

对于三桩及以上承台，当桩内偏时，承台平面尺寸可按原设计施工，也可减小，但需要保证承台外边缘到桩外边缘的距离不小于管桩半径。当桩向外偏移时，必须相应地加大承台平面尺寸，以保证承台外边缘到管桩外边缘的距离不小于管桩半径。3 ～ 5桩承台管桩偏位导致某些管桩竖向力增大较多或承台弯矩增大较多的处理方法，可参照两桩承台的处理方法。对于 6 桩及以上承台，大多数桩同时处于不利位置，导致某根( 或某些) 桩竖向力或承台弯矩增加较多的可能性要小得多，但如果存在这种情况，仍应参照两桩承台的处理方法进行处理。

此外，偏桩往往由于外部不平衡荷载导致，桩身可能出现弯曲也就附加了弯矩作用，在后续竖向荷载作用下，该弯矩将叠加对桩身不利。

开挖风险

偏桩后待位移稳定后，后续施工的不稳定因素主要是承台/地下室开挖阶段。后续施工务必要做好加密监测，对开挖做好周密部署，分区跳挖，控制开挖高差。

偏桩规避措施

1. 场地应提前真空预压后进行基础及基坑施工。真空/堆载预压后可将这种流塑状淤泥变为淤泥质土，提高土体抗剪强度，降低含水量，减少后续偏桩风险，也减少后期沉降。
2. 支护设计时要重视大坑的被动区土体加固，坑中坑钢板桩支护应满堂布置搅拌桩封底，有条件时搅拌桩最好用干法施工。
3. 施工单位开挖时要做到分层开挖，铺设钢板进行开挖，每层控制在做1米以内，搅拌桩不能偷工减料，更不能在坑边超载。
4. 挖机在操作过程中尽量避免碰撞桩体，局部采用长臂挖机进行，场地挖机翻上来的淤泥土方应及时清走避免过高堆载导致土体压力增大对周边桩体施压；
5. 土方车辆运输道路应尽量避开桩位，动荷载对桩倾斜影响明显特别是淤泥土质，反复的动荷载会加速淤泥土体的流动，导致桩体倾斜。
6. 场地打桩面标高应仔细研判，避免新近填土造成人为高差，且新近填土难以压实，在后续压桩过程中由于桩机荷载较大形成滑移面

软土地基偏桩处理措施

桩基倾斜形式主要有整桩倾斜和桩基浅部挠曲两种。前者主要发生在沉桩阶段，后者主要发生在沉桩后或者基坑开挖阶段。综合各种资料，桩基纠偏治理一般有四种方法。

1. 基础加固

当桩基倾斜不多，倾斜度不大时，可采取基础加固的结构措施。包括增加基础梁的配筋，增加纵筋截面尺寸；根据偏位情况，增加承台的钢筋、截面尺寸等。

2. 补桩

当倾斜桩数目较少，桩间距较大，有较大的补桩空间时，补桩方案是非常直接的纠偏方案，施工简单在理论计算、施工质量保证上都有优势。补桩时优先考虑预制桩。如果桩间距较小，可考虑灌注桩，避免桩间距过密引起的挤土效应，周边桩基受到二次破坏。但这种方案治理费用较大。

3. 桩身加固

桩身加固包括原桩加固和纠偏后桩身加固。原桩加固指对偏位不大或存在结构缺陷的桩直接进行加固，通过填芯加强PHC管桩的抗弯强度，同时结合结构措施进行治理。纠偏后加固指对纠偏成功的桩进行桩身再加固，以提高桩身抗弯强度。加固方法包括接桩法、填芯法两种。接桩法是对于桩顶缺陷，可直接凿除缺陷段后进行接桩。接桩时，可用沉井法施工，然后下沉钢筋笼和浇筑筑混凝土进行接桩。填芯法有深层填芯和浅层填芯法。填芯深度从桩顶一直到检测到有缺陷下一定深度，填芯的配筋、混凝主强度均需通过设计计算。

4. 基桩纠偏

基桩纠偏的机理和方法与建筑物纠偏的机理和方法类似，只不过建筑物纠偏面临的是垂直向差异变形的纠正，而基桩纠偏面临的是水平向变形的纠正。

5. 尽早封底

对于开挖后的桩头应及时施工垫层，较少暴露时间，并在垫层中设置钢筋，起到固定桩头和桩位，防止偏位，减小土体隆起现象。

各地关于管桩应用要求

福建关于管桩应用的要求

《福建省建筑结构设计若干规定》 发布于2012年，文中有关预应力混凝土管桩设计的部分规定摘录如下：

1. 小直径预应力混凝土管桩（直径<600）和小截面空心方桩(边长<550)在以下条件不应使用： 桩端持力层为中微风化岩、强风化岩、碎卵石层，且桩端持力层以上土层均为淤泥质土层、淤泥层等软弱土层 。

除上述规定外，建筑结构无地下室（半地下室），结构高度在50m（18层）以下的高层建筑，软弱土层经过以下规定的措施处理，建筑桩基可使用预应力混凝土管桩或空心方桩：

（1）软弱土层上部在建筑物范围场地采用固化处理，面积置换率（水泥搅拌桩面积与一根水泥搅拌桩分担的处理面积之比）m≥20%；

（2）固化后桩基承台底以下软弱土固化的深度≥5m，剩下软弱土层的厚度不超过16米（对小直径预应力混凝土管桩和小截面空心方桩）和20m（对大直径预应力混凝土管桩和大截面空心方桩）。

2. 采用预应力混凝土管桩或空心方桩基础，当地梁线刚度不能达到底层结构柱的线刚度2倍以上时，不应采用单柱单桩和单柱两桩。
3. 对于采用预应力混凝土管桩或空心方桩基础的建筑，应验算桩基的水平承载力。

湖北关于管桩应用的要求

           

天津关于管桩应用的要求

   

管桩承载力不足处理措施

1. 当管桩检测承载力与设计承载力相差不大时，可增大与其相邻承台相连的承台梁刚度 ( 增大梁断面，特别要增大梁高) 和配筋 ( 承台梁纵筋应贯穿承台) ，将管桩承载力不足的承台承担的部分荷 载转移到周边其他承台上 。这是最简单、最经济的处理方法。
2. 当管桩检测承载力与设计承载力相差较大 时，应采取补桩、将上部内隔墙取消或将上部内隔墙 改成轻质隔墙，甚至减少楼层数等措施 。补桩一般应遵循对称补桩和桩间距不 小于原设计的原则 。至于非对称补桩，由于承台形 心与上部荷载重心不重合，导致桩受力不均匀，不宜采用 。如在原有管桩中间补桩，将导致管桩间距变 小，由于 管 桩为挤土桩或部分挤土桩 ( 不 带 桩 尖 时) ，容易将原有管桩挤偏位甚至挤断，只有当桩间土质较松散(不是饱和淤泥) ，且经试桩确有把握时才能在原有管桩中间补桩 ; 如管桩为非挤土桩，可考 虑在原有管桩中间补桩，但也宜先进行试桩验证。

偏桩案例分享

案例1

1. 在纠偏处理前，对所有桩基进行小应变检测、垂直度检测、偏位距离检测、偏位方向等相关检测；
2. 偏位300mm以内且垂直度满足0.5%要求的二类桩可不做处理，三类桩灌芯至第一个桩接头下1m后使用；
3. 偏位大于300mm小于等于800mm的桩按施工单位提供的纠偏方案纠偏处理，纠偏后所有桩均进行大应变检测和垂直度检测，满足验收标准后可使用；此类纠偏处理的桩均灌芯至第一个桩接头下1m。
4. 桩偏位大于800mm以上作为废桩处理。

4条意见的偏位差处理界线划分需根据当地桩位纠偏经验和规范确定。遇到此类质量问题通常是补桩和纠偏（根据纠偏情况可降低承载力后使用）混合使用。桩基关系整个建筑的工程质量，务必加强处理后桩基检测。

案例2

1）原因分析: 该区域原为池塘边缘，南北侧的土质差异较大，北侧的粉质粘土层较好(V= 19.1kN/m 3，c = 13kPa， = 22.6，而南侧的淤泥质粘土层较差(y = 16.9kN/m3，c = 6.7kPa， = 13.4°)。南侧的堆土压力造成淤泥质粘土向西南区域滑动产生巨大的推挤作用，引起预应力高强度混凝士管桩的偏位。

2）解决思路:为确定被挤偏的桩的损伤程度和完整性，首先对之进行低应变动力检测发现偏移量小于50cm的桩均未断裂，大部分桩身完整，无明显缺陷，有个别局部开裂，而受损部位均在距桩顶5 ~ 10m处;偏移量大于50cm的桩，有明显缺陷，局部开裂较严重。若采用原桩型进行补桩，则施工工期较长，费用很高，还会引起违约索赔。因此，同时考虑了以下两种解决方案：

1推顶法(即桩顶施加水平推力)使桩复位。根据《建筑桩基技术规范(JGJ 94-94)》中公式计算得出桩的水平变形系数a = 0.6495m-1后，再由式Rh = a3Elxoa /Vx得出允许水平推力值(其中xoa为桩顶容许位移，软土取40mm; Vx为桩顶水平位移系数，当axh(桩长)24时取2.441;EI为身抗弯刚度)，即 R h = 124.91kN。采用小于 Rh的水平推力对预应力高强度混凝士管的桩身是安全的。施工时先清除桩前侧的土，最大幅度减少所需的水平推力，再采用小于 R h水平推力使偏位的桩复位，就能保证桩的安全

按上述处理思路施工，工期较短，处理费用约每根3000元。

2锚杆静压桩补桩。借助于锚杆桩来弥补桩偏位所丧失的部分承载力，并可根据工程桩的实际偏位情况，灵活进行处理。在浇筑承台时预留好锚杆桩桩孔，其余按原设计进行施工，不会影响施工工期和工程质量。但平均每根桩处理费用在7000元左右根据以上经济性和可靠性分析，决定分别情况采用两种方法予以综合处理: 即推顶法用于处理偏位小于50cm的管桩，锚杆桩补桩法用于处理偏位大于50cm的管桩。

案例3

 

在配重块强大的外力作用下，配重块下面及周边的土体流动，从东南角拱出，带动工程桩桩偏移，造成工程桩偏斜，偏斜桩周边其他桩也受到了一定影响。

软土的含水量大，管桩挤土效应，引起软土的超静孔隙水压力，由 Terzaghi 有效应力原理σ =σ′+μ，管桩压入过程引起空隙水压力急剧增大，有效应力急剧较小，由于软土中不利于超静孔隙水压力消散，在没有达到静止期的条件下，一旦打破土压力平衡，软土就像水一样流动，造成管桩的倾斜。