摘要：本文主要针对预应力管桩施工质量事故的分析及处理措施展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对施工状况和问题原因作了系统的分析，并给出了相应有效的处理方案和措施，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：预应力管桩；质量事故；处理方案
预应力管桩具有着承载力高、单位承载力造价低、施工速度快、工期短、监理难度小、检测方便等特点，在施工中被广泛运用。但是在实际的施工过程中，预应力管桩的建设也存在着一定的质量事故，对整体的工程施工有着极大的影响。因此，为了预应力管桩的施工质量和安全，我们就需要认真分析施工事故的原因，并采取有效的处理措施防治和及时控制。
1 工程概况
某住宅楼工程，15栋小高层均为18层框剪结构，1层地下室，建筑面积约为18000m2，桩基础，单桩最大荷载约为1400kN。基础采用PHC500A（100）预应力管桩，管桩以⑥层黏土层作为桩端持力层，有效桩长为16～34m，总桩数为4551根。桩顶标高为－6.650m。打桩机械选用GZY－600静压桩机一台和DD－6.3锤击桩机二台，卸桩选用160kN汽车吊。本文所述的为2012年开工的7号楼工程，建筑高度55.27m，共173根桩。现场实际桩布置及推进路线如图1，数字为每根桩的打桩序列，由于场地西面和北面有建筑物、道路等设施，打桩顺序基本从西北面向东南面行进。场地各土层的物理力学参数见表1。
注：箭头为打桩推进的方向和路线；1～173为桩编号。
图1 打桩顺序
表1 场地土层物理力学参数
2 预应力管桩施工状况
该工程先进行管桩施工再开挖地下室基坑，由于本工程建筑物有1层地下室，桩顶标高在地下室底板下，因此所有管桩施工均采用送桩器将最后1节管桩压入土中达到设计土层。管桩施工过程中同时进行基坑围护排桩施工，围护排桩由水泥搅拌桩、止水帷幕墙和钻孔灌注桩构成，待管桩、基坑排桩围护工程施工完毕后，进行静载试验，再进行土方开挖和围护支撑施工。
2.1 管桩静载试验
表2 管桩静载试验结果
a—桩A28；b—桩A116；c—桩A4。
图2 静载桩Q－s曲线
本次试验反力系统采用静压桩机作为压重加载装置，加载系统采用电动油泵、千斤顶、压力表系统加载，沉降观测系统由基准梁（采用打入地下的4根钢管上扣2根钢管组成），在桩顶上设置2个百分表进行观测。
采用并联于千斤顶油路的压力表测定油压，根据千斤顶率定数据表换算荷载，加载分级进行，分级荷载为2倍设计特征值的1/12～1/8，逐级等量加载，逐级等量卸载。每级加载维持1h，按照5，15，30，45，60min分别读取试桩桩顶沉降量各一次。每级卸载维持15min，并按5，15min分别测读试桩桩顶沉降后，即可卸载下一级荷载，卸载为零后测读桩顶残余沉降量。对编号为A4、A28、A116等管桩进行了静载试验，试验操作按照JGJ106—2003《建筑桩基检测技术规范》要求进行，静载试验成果见表2，试桩荷载－沉降曲线如图2所示。
从图2和表2中可以看出：试验桩A28、A116结果正常，Q－s曲线变化平缓，单桩极限承载力都大于2500kN，桩顶最大沉降分别为11.97，15.8mm，满足设计要求。桩A4施加荷载从1032kN增加到1250kN时，桩顶沉降迅速增加，从6.8mm增加到87.3mm；当桩顶荷载从1250kN增加到1720kN时，桩顶沉降从87.3mm增加到91.8mm，桩顶荷载在增加470kN的过程中桩顶沉降仅增加了4.5mm；桩A4回弹率为2.5%。在排除桩身破坏因素后，认为A4桩顶沉降主要是由桩端刺入变形引起的；桩身发生一定位移后，桩端阻力逐渐发挥作用，使得桩顶沉降增量变小；因此可以认为桩A4发生了上浮，桩顶荷载达到一定值时，桩身发生了刺入位移，上浮桩桩顶沉降出现了急剧增加；此后，上浮桩的桩端阻力逐渐发挥作用，桩顶沉降增加缓慢，卸载后桩顶回弹较小。
2.2 管桩施工质量问题
工程桩和围护桩施工结束后，进行了土方开挖，土质大多为淤泥，挖土至地下室底板下标高时，发现管桩偏位倾斜较多，施工现场见图3，有132根桩出现不同程度偏位、倾斜。委托岩土勘察公司对全部管桩进行了低应变桩身完整性测试，测试结果为断裂桩（Ⅲ类桩）61根，损伤桩（Ⅱ类桩）12根，焊接不良桩（Ⅱ类桩）5根。对桩顶标高测量，判定上浮桩有22根，部分测试结果见表3。
1—素填土；2—淤填土；3—淤泥；4—黏土；5—粉质黏土；6—粉质黏土夹粉土；7—断桩区；8—损伤区；9—焊接不良区。
图3 管桩断裂、损伤、焊接不良示意
表3 部分管桩低应变桩身完整性测试结果
3 管桩施工质量问题原因分析
3.1 管桩上浮
预应力管桩属于挤土类型桩，在渗透性很低的软基中连续沉桩会产生很高的超孔隙水压力并需长时间消散，沉桩产生挤土效应，引起土体发生竖向和水平位移，过量的土体竖向位移，造成地基隆起，使沉桩困难和桩体上抬，很容易发生先沉入桩上浮现象。上浮桩大多集中在桩位较密集区块如：电梯井的中部。管桩施工初期，场地由于有未拆迁的障碍物，局部桩未按照施工方案要求的流向施打，导致局部挤土效应明显。另外，由于地下室土方开挖，基坑土方的卸载作用，基底土体产生回弹，也会带动管桩上浮。
3.2 管桩偏位、倾斜、损伤、断裂
本工程场地土质从上到下分别为素填土、淤填土、淤泥层等，管顶标高为地表下6m左右，素填土、淤填土层厚约6m，淤泥层厚约9m，管桩上部正好处于淤泥层，该土层强度低、含水率高、灵敏度高、土体极其不稳定，压桩过程中引起扰动，强度已经下降。本工程有一层地下室，需要进行大面积土方开挖，并且时间较长，挖机、装载车的来回行进扰动土层，特别挖至淤泥层时，土层承载力较低，淤泥滑动变形明显，对管桩产生挤压作用。另外挖机、装载车时有碰撞管桩，加上机械在淤泥土层上时有陷滞，加重对管桩的影响，直接造成管桩偏位、损伤、断裂，从损伤、断裂部位来看，基本都发生在管桩上部，恰是在淤泥土层部位。管桩断裂损伤状况见图4。小区工程由于场地限制，大量土方回填和堆放7号楼基坑围护桩墙后，基坑内土方产生较大侧向土压力，加大管桩的侧向位移。
3.3 管桩焊接不良
按根据预应力管桩标准图集03SG409有关管桩焊接施工操作要求规定，管桩焊接时要求先对称点焊4～6点，再由两名熟练焊工对称施焊，焊缝应连续饱满，不得有夹渣或气孔，其层数应在两层以上。每个接头一般约花25min焊完，再等焊缝自然冷却8min后，才能继续施打或压桩，并按设计时间要求、施工标准要求涂刷防锈漆。但现场管桩焊接时间往往不能满足要求，而软土地基地下水位较高，土层含水丰富，未冷却的焊缝遇水会发生淬火、收缩等，引起焊接不良的现象。
4 管桩质量问题处理方案
4.1 偏位倾斜桩处理
主要采用纠偏措施：纠偏主要施工机械为50kN的手拉葫芦，150kN的千斤顶10个，Φ18钢丝绳若干。16型钢、18型钢若干，空气压缩机1台，3BL－9高压喷射机2台，长度不等的Φ100钢管若干，水泵若干，清孔用勘探机2台。主要施工步骤为：
（1）先测量桩的位移、倾斜程度。采用高亮的手电筒对桩的内孔进行检查并有监理等相关单位复查，检查包括倾斜度和平面断裂位置。
（2）对偏位桩按不同位置做好分类，对近偏位倾斜但不错位的桩可在桩端直接套管钢丝绳纠偏，对有错位情况的桩应采用套管纠偏的方法。
（3）挖开混凝土垫层的同时挖去桩身偏位反方向土，开挖范围根据桩的偏移程度确定；根据桩偏位方向采用手拉葫芦以周边桩为参照对象测定方位和角度；在专人指挥下开始均速缓慢拉动葫芦，逐步纠偏，前期以10cm/h的速度进行，到后面阶段，采用5cm/h的速度进行。纠偏过程中应对桩的角度进行观测。
（4）桩纠偏基本到位后，应及时控制轴线复合桩位并检测桩竖直度。确认到位后，桩偏位反方向及时回填砂石，浇注混凝土至管桩垫层标高，起到稳固作用。为确定纠偏的桩达到设计承载力和桩体与土体摩擦力，采用回填砂石料，随后用压力注浆或C15强度等级的混凝土回填，具体纠偏方案见图4。
a—纠偏剖面；b—纠偏平面。
1—纠偏前位置；2—纠编后位置；3—手拉葫芦；4—钢丝绳；5—人工开挖区；6—冲淤区；7—支撑桩。
图4 纠偏示意
4.2 上浮桩处理
对上浮桩采用全面复打措施，复打机械选用锤击先“冷锤”10击，以便调整顺直度并将桩身激活，然后降低锤击能量，采用重锤轻击，贯入度要逐渐收敛。当下沉量超过上浮量且不能收敛时，可判定为问题桩，采用补桩等措施处理。
4.3 裂缝、断裂桩处理
采用管桩补强措施，先用高压水枪对管桩内芯进行冲淤处理，清理管桩内杂物，清理深度至管桩断裂缺陷处以下3m；将制作好的钢筋笼放入管桩内，钢筋笼配主筋6Φ22，并在断裂位置上、下1.5m范围内加密6Φ25钢筋，钢筋笼下至断裂位置以下约2.5m处，钢筋笼底端焊3.0mm厚钢板，顶端采用加长筋固定在桩顶上；再浇筑掺有微膨胀剂的C40混凝土，当振动棒无法插入钢筋笼底部时，在桩孔内放入一根足够长的钢管，然后用振动棒对钢管进行振动。而在桩缺陷处适当增加振捣时间，工程具体做法见图5。桩纠偏场地设置2.5m×2.5m，深度为1m的集水坑，施工泥浆导入集水坑，基坑外设置泥浆池，使施工产生的泥浆外排到泥浆池后，装车外运。
1—C40混凝土灌芯；2—预应力管桩；3—断裂裂缝处另外绑6Φ25钢筋；4—断裂、裂缝；5—钢筋搭接在顶板；6—6Φ25主筋；7—Φ8@150箍筋；8—3mm厚钢板。
图5 管桩补强示意
4.4 处理后仍达不到设计要求的桩处理
对采用纠偏、复打、补强等方法处理过的桩，缺损部分较多的桩采用补桩处理。考虑预制管桩补桩会产生挤土效应，综合本工程由于基坑开挖后场地限制等因素影响，采用钻孔灌注桩进行补桩，桩径600mm，钻孔灌注桩机械相对轻巧灵活，并可避免挤土效应的产生，共补桩23根。
5 管桩质量处理验收结果
以上上浮桩、偏位桩、裂缝损伤桩、断裂桩、焊接不良桩、补桩等处理桩施工完毕，待混凝土养护强度达到标准要求后，全面进行低应变桩身完整性试验检测，所有Ш类桩均达到了Ⅱ类桩要求，纠偏后桩的单桩承载力极限值满足设计要求。
基础施工完成后，进行了地下室施工和主体结构施工，在建筑四周布置了沉降观测点，层层观测，监测建筑物沉降状况，沉降观测结果为：施工到3层时，观测点沉降分别为1，2，3mm等，最大沉降为3mm；施工到4层时，观测点沉降分别为2，3，4，5mm等，最大沉降为5mm；施工到5层时，观测点沉降分别为4，5，6mm等，最大沉降为6mm；施工到18层时，观测点沉降分别为10，11，12mm等，最大沉降为12mm。每层沉降最大值都发生在M3、M9监测点。实测沉降资料显示该大楼沉降较小，且沉降较为均匀，满足使用要求，说明该建筑物管桩偏位经过纠偏扶正、灌芯补强及补桩处理后的效果达到了预期目的。
6 结束语
综上所述，为了预防和控制预应力管桩施工质量事故的发生，我们就需要认真分析事故发生的原因，并制定合理的处理方案和采用有效的处理措施。本文就预应力管桩施工质量事故的分析及处理措施进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
参考文献：
[1]蒋乃炯.预应力混凝土管桩质量事故处理[J].工程勘察.2012（04）.
[2]许凌云.锤击预应力管桩工程质量事故分析与处理[J].工程质量.2008（01）.
论文作者:潘志强
论文发表刊物:《基层建设》2015年第35期
论文发表时间:2016/12/6
标签：管桩论文; 预应力论文; 土层论文; 荷载论文; 基坑论文; 淤泥论文; 土方论文; 《基层建设》2015年第35期论文;