先张法预应力混凝土管桩由于具有桩身强度高、耐压 (或耐打) 性好、施工工期短、综合造价低、成桩质量可靠和文明环保等优点, 得到广泛应用。由于相对大直径桩 (特别是大直径嵌岩桩) , 管桩承载力较低, 因此, 单体工程中管桩桩数较多 (一般都有上百根桩, 甚至几千根桩) , 导致施工中或多或少会出现管桩偏位、倾斜、承载力不足等问题, 需要设计人员帮助处理。由于对管桩施工不合格的处理没有规范或设计手册可循, 很多设计人员往往无从下手。笔者根据自己二十多年的设计经验, 对管桩施工不合格的处理方法进行了总结, 希望对设计人员有所帮助。

　　 当管桩检测承载力不满足设计承载力时, 一般有如下处理方法:

　　 (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。补桩平面布置见图1。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。

　　 (1) 《建筑桩基技术规范》 (JGJ 94—2008) ^[1] (简称桩基规范) 第7.4.5条规定:1) 带有基础梁的桩:垂直基础梁中心线允许偏差为100+0.01H (H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离) ;沿基础梁中心线允许偏差为150+0.01H;2) 桩数为1～3根桩基中, 桩允许偏差为100mm;3) 桩数为4～16根桩基中, 桩允许偏差为0.5倍桩径或桩边长;4) 桩数大于16根桩基中, 最外边桩允许偏差为1/3桩径或边长;中间桩允许偏差为1/2桩径或桩边长。

　　 (2) 《先张法预应力混凝土管桩基础技术规程》 (DB 34/5005—2014) ^[2] (简称管桩规程) 第7.4.3条规定:1) 柱下单桩允许偏差为80mm;2) 带有基础梁的桩 (单排或双排桩) :垂直基础梁中心线允许偏差为100mm;沿基础梁中心线允许偏差为150mm;3) 桩数为2～4根桩基中, 桩允许偏差为100mm;4) 桩数为5～16根桩基中, 最外边周边桩允许偏差100mm, 中间桩允许偏差为1/3桩径, 且不大于150mm;5) 桩数大于16根桩基中, 最外边周边桩允许偏差150mm, 中间桩允许偏差为1/2桩径。

　　 对于桩位偏差在规范允许范围内是否还需处理的问题, 以直径为500mm、间距为1 800mm的桩为例进行分析。

　　 (1) 桩位偏差满足桩基规范要求时, 分两桩承台、三桩承台和四桩承台讨论受力最不利管桩的竖向力及承台弯矩最大增加量。

　　 两桩承台的管桩偏位前后位置见图2, 其中图2 (b) 两桩同时往上方偏位100mm, 此时下方桩受力最不利, 竖向力将增加到原来的1.0/1.8/0.5≈1.11倍;图2 (c) 两桩同时往外偏位100mm, 此时承台受力最不利, 承台的柱边弯矩将增加到原来的 (1-0.25) / (0.9-0.25) ≈1.15倍。

　　 三桩承台管桩偏位前后位置见图3, 其中图3 (b) 三桩同时往上方偏位100mm, 此时下方桩受力最不利, 竖向力将增加到原来的0.605/1.515/ (1/3) ≈1.2倍;图3 (c) 三桩同时往外偏位100mm, 此时承台受力最不利, 对照《建筑地基基础设计规范》 (GB 50007—2011) ^[3] (简称地基规范) 第8.5.18条第2款可知, 承台柱边弯矩将增加到原来的倍。

　　 四桩承台管桩偏位前后位置见图4, 其中图4 (b) 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;图4 (c) 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。

　　 (2) 桩位偏差满足管桩规程要求时, 由于对于两桩、三桩承台桩位偏差, 管桩规程要求与桩基规范要求相同, 因此, 受力最不利管桩的竖向力及承台弯矩最大增加量与 (1) 相同。对于四桩承台, 由于管桩规程规定桩位允许偏差与两桩承台桩位允许偏差一样, 均为100mm, 因此, 受力最不利管桩的竖向力及承台弯矩最大增加量同两桩承台情况。

　　 (3) 综上所述, 得出如下结论: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。

　　 管桩桩位偏差如果超过桩基规范和管桩规程限值, 或虽未超过限值, 但经分析, 由于桩位偏差导致受力最不利管桩竖向力或承台弯矩最大增加量较大 (大于20%) , 则必须由设计复核, 并根据管桩不同偏位方向采取以下处理措施:

　　 (1) 单桩承台和两桩承台管桩发生平面外偏位 (即垂直于两桩连线方向偏位) , 将极其不利, 应重点处理, 处理大样见图5。

　　 管桩偏位后, 底层柱与管桩中心不重合, 将产生附加弯矩, 该弯矩由承台梁和底层柱共同承担。用程序计算时, 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。如果底层柱与桩有重叠部分时, 也按底层柱与桩无重叠部分的方法计算, 则程序自动认为柱作用在承台梁上, 承台梁箍筋将很大, 结果将不合理。因为承台宽度和高度较大, 实际上底层柱与桩即使不重叠, 但只要底层柱位于承台以内, 就可以考虑承台承担柱剪力。因此, 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。

　　 当承台梁线刚度比底层柱线刚度大很多时, 也可不考虑底层柱分担附加弯矩, 由承台梁承担全部附加弯矩。这样可给设计处理带来方便。但应注意, 由于弯矩对柱配筋影响大, 所以当承台梁线刚度比底层柱线刚度大得不多时, 仍应考虑底层柱分担弯矩, 否则, 设计的底层柱将不安全。

　　 (2) 两桩承台管桩沿两桩连线方向 (即平面内) 发生偏位时, 承台位置应以偏位后的管桩为准, 承台周边距管桩边的距离不小于管桩半径, 见图6。若管桩向同一个方向偏位, 将导致靠近柱的管桩竖向力增加, 见图6 (a) 。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, 见图6 (b) 。此时可计算加大承台配筋。

　　 (3) 两桩承台管桩同时沿横向和纵向偏位时, 承台位置也应以偏位后的桩为准, 承台周边距管桩边的距离不小于管桩半径。分以下两种情况讨论:1) 柱在偏位后的两桩连线上 (图7) 。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 (图7 (a) ) , 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 (图7 (b) ) , 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, 具体处理方法参照第2.3节第 (1) 条。

　　 (4) 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。

　　 桩基规范没有规定管桩倾斜率限值, 第7.4.5条只规定“斜桩倾斜度的偏差不得大于倾斜度正切的15%”, 对于垂直管桩, 桩基规范第7.4.3条第4款只规定“桩插入时垂直度偏差不得超过0.5%”。即桩基规范按桩顶偏位控制桩的倾斜率, 桩数为1～3根桩基中桩位及桩数为4～16根桩基中桩位允许偏差分别为100mm和1/2桩径。如某工程桩径为400mm, 当桩长为6m时, 桩数为1～3根桩基中桩允许倾斜率为100/6 000≈1.67%, 桩数为4～16根桩基中桩允许倾斜率为200/6 000≈3.33%;当桩长为20m时, 桩数为1～3根桩基中桩允许倾斜率为100/20 000≈0.5%, 桩数为4～16根桩基中桩允许倾斜率为200/20 000≈1.0%。上述最大倾斜率3.33%对应管桩与铅垂线夹角为1.9°的情况, 管桩轴向压力是设计竖向力的1/cos 1.9°≈1.000 55倍, 增加的轴力为0.055%, 很小, 可忽略不计, 但产生的水平力为设计竖向力的3.33%, 较大, 不可忽略。因此, 桩基规范不规定管桩的倾斜率限值是不合理的。

　　 管桩规程第7.3.3条第4款规定“沉桩后的最终桩身垂直度允许偏差为1%”。桩身垂直度允许偏差为1%对应管桩与铅垂线夹角为0.57°情况, 管桩轴向压力是设计竖向力的1/cos 0.57°≈1.000 05倍, 增加的轴力为0.005%, 很小, 可忽略不计, 产生的水平力为设计竖向力的1.0%, 较小, 一般情况下也可忽略不计。

　　 桩倾斜后, 如果上部土层的土质不是很差, 倾斜桩水平力可由桩倾斜方向的土体的被动土压力平衡。最不利的情况是, 桩长范围内均为软缩～流缩状淤泥质土或未固结的回填土, 甚至为饱和淤泥质土, 这种情况下倾斜桩水平力将传给承台。此时可按下列方法中的一种或同时采取几种方法处理。

　　 方法一:如承台内向两个相反方向倾斜的桩数相等, 则倾斜桩水平力正好互相平衡, 但倾斜桩水平力将在承台内产生拉力, 因此, 当倾斜桩水平力较大时, 应相应增加承台底板配筋。

　　 方法二:按桩基规范第4.2.7条, 承台与基坑侧壁间应灌注素混凝土或搅拌流动性水泥土, 或用灰土、级配砂石、压实性较好的素土分层夯实, 其压缩系数不宜小于0.94。因此, 可以考虑用承台外侧土体被动土压力来平衡倾斜桩水平力。但应注意的是, 由于承台外侧土体达到被动土压力极限值需要较大的水平位移, 而实际上建筑不允许有这么大的水平位移, 因此, 不能用承台外侧土体的被动土压力极限值去平衡倾斜桩水平力。参照桩基规范第5.7.2条第2款, 一般建筑地面处允许水平位移为10mm, 对于水平位移敏感的建筑, 其地面处允许水平位移为6mm, 对应的被动土压力系数K_h按文献[4]分别取为2.3 (允许水平位移为10mm时) 和1.5 (允许水平位移为6mm时) 。

　　 方法三:可利用承台梁将所有承台连为一体, 如果整个单元中向两个相反方向倾斜的桩数基本相等, 则倾斜桩水平力能够通过承台梁互相平衡;如果向两个相反方向倾斜的桩数不相等, 则两个方向倾斜桩水平力抵消后剩余的部分由承台外侧土体的被动土压力承担。对于承担倾斜桩水平力的承台梁应在原配筋基础上增加抵抗倾斜桩水平力的配筋。

　　 方法四:如果有地下室, 可考虑利用地下室侧壁外侧土体的被动土压力来抵抗倾斜桩水平力。被动土压力系数K_h取值同方法二。

　　 《建筑基桩检测技术规范》 (JGJ 106—2014) ^[5] (简称基桩检测规范) 第3.5.1条规定:桩身完整性分四类:Ⅰ类桩:桩身完整;Ⅱ类桩:桩身有轻微缺陷, 不会影响桩身承载力的正常发挥;Ⅲ类桩:桩身有明显缺陷, 对桩身结构承载力有影响;Ⅳ类桩:桩身存在严重缺陷。该条条文说明指出:Ⅰ, Ⅱ类桩属于“合格桩”;Ⅲ, Ⅳ类桩属于“不合格桩”。对Ⅲ, Ⅳ类桩, 一般可采取如下处理措施:

　　 (1) Ⅲ类管桩一般采用在管桩桩芯内配置纵筋和箍筋, 再灌注混凝土的方法处理, 具体步骤如下:1) 清孔。将管桩桩芯内泥土清除干净。为防止清孔扰动持力层, 孔底至少保留1m不清除, 且清孔深度不超过持力层顶面以下200mm。2) 验孔。借助灯光和高清摄像头查找裂缝位置。如果桩长较短, 桩芯内可通长放置钢筋笼, 此时不需查找裂缝位置。3) 向孔内安放钢筋笼。钢筋笼大小依桩芯直径大小而定, 一般可为6根直径为18～22mm的钢筋, 箍筋直径为8mm、间距为200mm, 在裂缝上下各1 000mm左右的范围内箍筋加密至间距100mm。4) 向孔内灌注混凝土。混凝土强度等级可同桩顶填芯混凝土, 即比承台混凝土强度等级高一级, 且不低于C30, 并掺加膨胀剂。灌注混凝土前应再次抽干孔内积水, 清除孔底淤泥。

　　 当Ⅲ类桩仅浅层部位有缺陷 (裂缝) 时, 也可直接采用将缺陷以上的桩截除, 然后参照标准图集^[6], 采用人工挖孔钢筋混凝土桩接桩。

　　 (2) Ⅳ类管桩一般采用接桩的方法处理, 具体步骤如下:1) 挖孔。沿管桩周边开挖至有严重缺陷位置处, 开挖时设钢筋混凝土护壁。2) 对严重缺陷进行处理: (1) 如果严重缺陷是接头处未焊好造成的, 则补焊, 然后再做桩身完整性检测, 如满足要求则不需再做处理;如不满足要求, 说明下面还有缺陷 (断点) , 只是桩身完整性检测未检测出来而已, 应继续下挖, 找到下一个缺陷 (断点) 位置, 再按照上述方法处理, 循环反复, 直到桩身完整性满足要求为止。桩身第一个缺陷位置以下的缺陷 (断点) 之所以未检测出来, 是因为低应变方法能可靠地检测到桩顶下第一个浅部缺陷的界面, 但由于激振能量小, 当桩身存在多个缺陷或桩周土阻力很大或桩长较大时, 难以检测到桩底反射波和深层部位的反射波信号, 影响结果准确度 (见地基规范第10.2.15条条文说明) 。也就是说, 如果某根桩有几个缺陷 (断点) 的话, 低应变检测只能发现最上面一个缺陷 (断点) 。 (2) 如果严重缺陷是桩身有严重缺陷, 则将缺陷以上的桩截除, 对剩余部分桩进行桩身完整性检测, 如桩身完整性满足要求, 则参照标准图集^[6], 采用人工挖孔钢筋混凝土桩接桩;如桩身完整性还不满足要求, 但桩身无严重缺陷, 此时桩即为Ⅲ类桩, 则按Ⅲ类桩方法处理;如桩身还有严重缺陷, 则应继续下挖, 再将缺陷以上部位截除, 对剩余部分桩进行桩身完整性检测, 循环反复, 直到找到最下面一个断点为止, 然后参照标准图集^[6], 采用人工挖孔钢筋混凝土桩接桩。当桩身严重缺陷部位较深且桩周土质很差时, 可采用钢护筒护壁挖孔, 或直接采用补桩以及其他方法处理。应注意的是, 标准图集^[6]第43页要求管桩以上部分采用钢筋混凝土桩接桩的长度不大于2倍管桩直径, 当超过2倍管桩直径时, 由于桩自重增加较多, 应考虑桩自重, 并按实际的管桩和上部接桩长度重新验算桩承载力。

　　 (3) 按前述Ⅲ, Ⅳ类桩方法处理后, 由于桩身是不均匀 (Ⅲ桩部分长度是实心, 部分长度空心) 或变截面 (Ⅳ类桩接桩部分截面大, 其余部分截面小) , 采用低应变方法检测其桩身完整性不准确, 基桩检测规范第8.1.2条规定:“桩身截面多变且变化幅度较大的灌注桩, 应采用其他方法辅助验证低应变法检测的有效性。”因此, 施工时务必加强监理和质检, 确保质量。

　　 (4) 对加固桩应进行竖向承载力检测。

　　 安徽省铜陵市某保障房工程为框架结构, 地上18层, 有半地下室, 地下室高3.0m, 地下室顶比室外高1.2m (即室内外高差1.2m) 。室外地面至主要屋面高54m, 结构长93.4m、宽18.9m。抗震设防烈度为6度, 抗震设防类别为丙类。

　　 地质情况从上到下为:第 (1) 层为回填土, 2m厚;第 (2) 层为软塑～流塑淤泥土, 10m厚;第 (3) 层为可塑粘土, 2m厚;第 (4) 层为强～中风化闪长岩, 未钻穿。

　　 设计按勘察报告建议, 采用直径d为500mm的管桩, 以第 (4) 层为持力层, 桩侧阻力特征值q_sa为60kPa, 桩端阻力特征值q_pa为5 000kPa, 桩长约为15m, 单桩承载力特征值为1 700kN。桩间距为1 800mm, 大于3.5d=3.5×500=1 750mm, 满足要求。承台顶面标高同地下室底板顶面标高, 相对标高为-3.050m。由于承台高度为1 300～1 650mm, 因此, 桩顶设计相对标高为-4.300～4.650m (桩顶嵌入承台50mm) 。总桩数为303根。

　　 2012年8月管桩施工结束, 同年9月开挖到设计标高, 2012年9月21, 22日抽三根桩进行承载力检测, 经检测, 桩的承载力满足要求。

　　 甲方考虑到该工程桩承载力较大, 要求对所有桩进行桩身完整性检测。2012年9月24, 25日, 采用低应变法进行检测, 检测结果为:Ⅲ类桩21根, Ⅳ类桩10根, 其余为Ⅰ类和Ⅱ类桩。

　　 由于需要处理的桩 (Ⅲ类和Ⅳ类桩) 较多, 为保证处理安全可靠、节约造价和缩短工期, 2012年10月底, 施工单位在甲方及监理监督下对桩偏位和倾斜率进行检测, 并将结果提供给笔者 (该工程结构由笔者设计) 。

　　 笔者依据实测管桩偏位尺寸a_s和实测倾斜率n推算出可能有更多的断桩 (图8) , 且80%以上桩的断点在桩顶下3m左右。推算过程如下:如桩中间没有断点, 整根桩倾斜 (图8 (b) ) , 则按照桩实测倾斜率n可以计算出桩顶的偏位尺寸a_j, 如果a_j正好等于该桩顶实测的偏位尺寸a_s, 则说明该桩整根倾斜, 中间没有断点, 仅需按倾斜桩处理, 否则桩中间有断点 (图8 (c) ) , 需要按断桩和倾斜桩处理。

　　 基于笔者的推算结果, 笔者提出对所有桩重新进行桩身完整性检测, 2012年10月12, 13日第二次桩身完整性检测检测结果为:Ⅲ类桩98根, Ⅳ类桩14根, 检测得出的断点位置和笔者推算的桩顶下3m左右吻合。经深入分析, 认为造成大量断桩且第二次检测断桩数量比第一次检测断桩数量增加的原因有如下三个方面:1) 由于周边施工工作面有限, 基坑开挖的土方堆在基坑坡顶, 增加了坡顶荷载;2) 距离基坑边3m处有施工车辆长期行驶, 不仅增加了坡顶荷载, 且有振动, 对边坡稳定不利;3) 从上次检测到本次检测期间经常下雨, 边坡长期被雨水浸泡, 土体抗剪强度降低, 即抗滑移能力降低。至于断点位置绝大多数在桩顶以下3m左右, 初步推断是桩接头未焊接好, 因为桩总长约为15m, 下面一根桩长12m, 上面一根桩长3m, 接头正好在桩顶以下3m左右。

　　 由于Ⅲ类、Ⅳ类桩的数量太多, 处理起来难度大、造价高、工期长。经专家论证, 提出了将基坑再向下开挖3m (这样大多数断桩可自然去掉) , 将桩承台下降3m, 所有框架柱同时向下延长3m, 重新计算配筋, 基坑底至地下室板底之间用回填土回填。按此方案实施, 基坑再向下开挖3m后, 发现大多数断点是桩接头未焊接好, 未按要求满焊, 甚至于仅采用点焊, 在土体或挖土机推力作用下断开。去掉上部断桩后, 2012年12月22日第三次对所有桩进行桩身完整性检测, 检测结果为Ⅲ类桩11根, Ⅳ类桩12根, 需处理的桩数大大减少, 但桩位偏差超过管桩规程和桩基规范限值的管桩仍然很多, 达97根。

　　 由于现桩长仅约为12m, 桩长较短, 因此, 采用桩芯内通长放置钢筋笼并灌注混凝土的方法处理。

　　 (32) 轴线交○W轴线左下角桩由于严重偏位倾斜, 废除不用, 另补挖孔桩, 见图9。其余桩按上述第4节第 (2) 条的方法处理。

　　 桩偏位超规范限值的桩数为97根, 按照第2.3节方法处理。

　　 由于Ⅳ类桩已处理, 因此, 只需考虑Ⅰ～Ⅲ类桩倾斜问题。Ⅰ～Ⅲ类桩倾斜率小于1%的87根 (大多数为0.5%左右) , 大于1%的25根 (最大为1.7%) 。本工程倾斜桩总体向右下方向倾斜, 其中桩向右倾斜产生的水平力最不利, 现进行验算。

　　 倾斜桩总数为112根, 占总数的112/303≈37%, 平均倾斜率约为[87×0.5%+25× (1%+1.7%) /2]/112≈0.7%, 地下室高度为3.0m, 埋在土里高度为2.1m (底板厚0.3m) 。

　　 (1) 倾斜桩向右产生的总水平力。本工程地上为18层, 总荷载标准值约为18×12=216kN/m², 建筑长度为93.4m、宽为18.9m, 总竖向力标准值为216×93.4×18.9≈381 297kN, 考虑地震作用、风荷载和地下室自重, 放大1.2倍后为457 555kN, 这也是桩承担的总竖向荷载。因此, 倾斜桩向右产生的总水平力为457 555×37%×0.7%≈1 185kN。

　　 (2) 地下室抵抗水平力总值。偏于安全地控制建筑物室外地面处水平允许位移为6mm, 此时的被动土压力系数K_h为1.5。右边山墙外侧地下室室外地面标高处的被动土压力强度为0, 在地下室底板底标高处被动土压力强度为18×2.1×1.5=56.7kN/m², 在地下室高度范围内被动土压力为56.7×2.1/2≈60kN/m。因此, 被动土压力总值为60×18.9=1 134kN。但左边山墙外侧地下室有主动土压力, 其数值介于主动土压力极限值和静止土压力之间, 当土体摩擦角为30⁰ (对于黏性土应为综合内摩擦角) 时, 主动土压力极限值和静止土压力系数分别为1/3和1/2, 因此, 这里偏于安全地取主动土压力系数K_a为1/2, 在地下室整个高度范围内主动土压力总值为[ (18×2.1×1/2) ×2.1/2]×18.9≈375kN。因此, 地下室被动土压力总值与主动土压力总值抵消后为1 134-375=759kN。

　　 (3) 地下室底板以下承台抵抗水平力总值。承台高度为1 300～1 650mm, 承台在底板底面以下高度为1 000～1 350mm, 偏于保守按1.0m计算。所有承台在该方向总宽度约为260m。同本节 (2) 一样, 控制建筑物室外地面处水平允许位移为6mm, 被动土压力系数K_h为1.5。承台顶部被动土压力强度为0, 底部被动土压力强度为18×1.0×1.5=27kN/m², 因此, 承台1.0m高度范围内被动土压力为27×1.0/2=13.5kN/m, 被动土压力总值为13.5×260=3 510kN。同本节第 (2) 条一样, 承台另一端有主动土压力, 在承台整个高度范围内主动土压力总值为[ (18×1.0×1/2) ×1.0/2]×260=1 170kN。因此, 地下室底板以下承台被动土压力总值与主动土压力总值抵消后为3 510-1 170=2 340kN。

　　 (4) 地下室抵抗水平力总值与地下室底板以下承台抵抗水平力总值之和为759+2 340=3 099kN, 大于倾斜桩向右产生的总水平力1 185kN。表明倾斜桩向右产生的总水平力可以由地下室外边土体及承台外边土体的被动土压力抵抗, 不需再采取其他处理措施。

　　 以上计算忽略了以下有利因素:1) 山墙位置的地下室底板以下承台直接承受土体侧压力, 承台高度范围内顶部被动土压力强度不是0, 而是18×2.1×1.5=56.7kN/m², 底部被动土压力强度不是27kN/m², 而是18×3.1×1.5=83.7kN/m²。2) 地下室沿长向两边外墙与土体之间有摩檫力。

　　 最后需要说明的是, 计算抵抗水平力时不能考虑地下室底板与其下回填土之间的摩檫力, 因为底板下回填土虽然经过夯实, 但未完全固结, 底板下回填土在自重作用下会下沉, 与地下室底板底面脱开。

　　 本工程存在管桩向同一方向偏位 (倾斜) 导致某些管桩竖向力增加量较多的情况。经计算, 绝大部分桩竖向力增加量不超过20%, 仅少数超过20%。对超过20%的桩采用以下方法解决:加大与其相邻承台相连的承台梁刚度 (加大梁断面, 特别要加大梁高) 和配筋, 将该承台承担的部分荷载转移到周边其他承台上。

　　 本工程2014年8月竣工, 到现在已使用4年多。从基础施工到现在一直进行沉降观测, 最大沉降量为8mm, 一般沉降量为5mm, 沉降稳定, 满足要求。地下室顶处最大水平位移为1.5mm。实践证明, 该工程的桩基处理是成功的。

　　 (1) 本文虽然是针对管桩的, 但桩承载力不足、偏位、倾斜及桩身缺陷为Ⅳ类时接桩处理方法同样适合于其他预制桩和灌注桩。

　　 (2) 桩基规范第7.4.5条“四桩承台中的桩允许偏位为1/2桩径或桩边长”的规定过松, 由于桩偏位导致某些桩竖向力或承台弯矩最大增加量分别约为30%和40%, 如果不处理有可能出现安全事故。因此, 建议桩基规范修订时应将第7.4.5条“四桩承台中的桩允许偏位为1/2桩径或桩边长”改同管桩规程的第7.4.3条, 即四桩承台桩允许偏差为100mm。

　　 (3) 桩基规范应规定桩倾斜率限值, 若仅规定桩偏位限值, 当桩较短时倾斜率可能很大, 不安全。

　　 (4) 由于一个单体工程内管桩数量较多, 可能出现桩偏位、倾斜、承载力不足问题, 甚至出现桩放错线问题。设计人员处理时, 一定要细心, 找到对整栋楼安全影响大的关键部位、关键问题。处理时不要局限于某一根桩或某一个承台, 可结合周边桩或周边承台, 甚至于整栋楼一起考虑。

　　 (5) 通过工程实例验证了本文管桩施工不合格处理方法的正确性。