摘要：通过工程实例,分析淤泥质土地基上打桩过程中的挤土效应、重型施工机械的行走碾压、基坑挖土不当等原因,对基坑开挖过程中出现断桩事故的原因进行了分析,并采取了处理措施。
关键词：静压管桩；淤泥质土地基；断桩原因；工程措施
1.工程概况 场地地貌为湖积平原,地基土层为湖泊相软土；地形不平坦,拟建厂房中部有一较大河塘,河塘上堆填淤泥质填土且塘底未清淤；地下水类型为孔隙潜水,基坑设计标高在地下水位以下但基坑涌水量不大。厂房基础埋深3.00m,基础设计采用端承摩擦桩,桩身为PC-AB400（100)预应力混凝土管桩,压桩采用PC600型静压桩机。先期开挖的是位于河塘部位的桩,当挖出20余根桩后发现,基桩倾斜严重,倾斜方向基本是倾向挖土方向,倾斜角5～30º；立即进行小应变检测,结果基本所有挖出的基桩已断裂,断裂部位一般在桩端下4m左右,少部分在6-8米,极个别10m。
2.基桩断裂的原因分析 根据基桩发生移位倾斜的程度与基坑的位置关系,结合场地地质条件,导致断桩有以下因素: ①湖相软土的工程性能很差,且厂房中部原河塘回填土为淤泥质土及淤泥,刚填不久,松散,塘底未清淤,未经任何地基处理措施；②桩基施工即位于该淤泥质土层表面上打桩,施工场地经桩机反复碾压,表层土已处于浮动状态；③与土方开挖过程中的机械侧压有关,而且影响较大。中重型挖机和运土车就在桩与桩之间的河塘淤泥质填上来回行走,淤泥质土的振动旁边施工人员感觉明显,有两个基桩未送入设计标高而露出地面,即被挖土机挤压倾斜；④未按规范组织开挖。不是分层开挖,桩身周围一次性开挖深度超过2米,有的甚至达3m。河塘部位的基桩向开挖方向倾斜,很明显是由于原河塘回填淤泥质土和土方开挖组织不当造成的。从现场看也确实发现土体开裂并向开挖方向滑移。综合以上因素条件,可从下面予以归纳产生断桩的原因：
(1)淤泥质填土和软土未加固,塘底未清淤。基桩倾斜或断裂一般是因基桩受到偏大的水平力,桩基规范中影响单桩水平承载力的因素包括：桩身截面抗弯刚度、材料强度、桩侧土质条件、桩的入土深度、桩顶约束条件,400型的管桩其桩身截面抗弯刚度较小；预制桩有一定的材料强度但不是主要因素,且管桩由于空心其材料强度显著降低；软土的灵敏度高,受打桩扰动,基桩上段处于浮动状态（橡皮土,软土被机械碾压很容易受扰动,影响系数a更加减小）,基桩水平承载力更加减小,近似于在水上的桩的性能；深厚软土,桩的入土深度对其水平承载力影响不大；基坑开挖时,桩顶是没有约束的,因此基坑开挖时,桩的水平承载力处于最小状态,千万不要误认为打了桩就没事了。从理论上分析,软土的承载力不足被剪损,导致土体移位,对已经施工的桩产生侧压力,上段桩身侧压力对桩产生弯矩,弯矩超出了桩的抗弯能力而倾斜或断裂；在土方开挖时,基桩在内侧受到的约束力（被动土压力）不足,而外侧（主动侧）的土压力增大,基坑内外形成不对称的作用力,对于土方开挖中的水平承载力极低的基桩很容易被这种不对称的外力压弯挤斜或剪断。因此,桩周软土的侧向刚度差,管桩的水平承载力低,在打桩挤土和土方开挖过程中,桩单侧堆载(如机械在桩侧行走)或桩周土存在高差都会引起桩侧土压力的不平衡,当这种不平衡土压力的合力大于桩的水平承载力时,将会引起工程桩倾斜甚至断桩。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆(2)基坑施工方案未落实。在软弱地基上盲目开挖是行不通的,应该根据上面的原则编制施工方案组织开挖。从本工程施工情况看,基本没有土方开挖施工方案,没有专家论证,或施工方案中的设施未到位。(3)不按规范设计施工。在地基基础设计规范和建筑桩基设计规范中,明确了软土地基的挖土事项与开挖原则,这是多年工作的实践经验的总结,是我们必须严格执行的。采用挖机施工,不用人工挖,一次性开挖太深,先期集中在河塘部位开挖,挖机在桩间土上行走等等，都已违背原则。(4)业主赶工期。在不大的工地上,几台桩机24h连续施工,多台挖土运土机械在桩间土上来回行走,加剧了基桩的倾斜断裂。
3.对断桩的处理 针对场地条件采取以下处理措施：⑴断桩处灌桩芯；⑵挖到断桩部位，截断后采用加大直径的人工挖孔桩接长；⑶对于断裂部位较深的桩，原桩作废，补钻孔灌注桩；
4.预防措施 为防止倾斜断桩事故,对于静压管桩,可采取以下措施：(1)地质勘察阶段,如发现有厚层软土,要根据土层的具体深度和分布情况,结合拟建物的特点进行分析。在经济允许的情况下能换土就换土,否则由设计单位确定处理方案,改用其他桩型。遇软土中有河塘时,对河塘的处理及其与打桩的关系,在勘察报告中应予特别指出。在软土地区静压桩施工时,特别是大吨位的压机施工时,表层硬壳层的强度和厚度就显得特别重要,在桩基施工中主要是硬壳层支撑桩机重量,淤泥质土和河塘淤泥根本不能对大吨位桩机提供有效支撑；勘察报告中应结合拟建物的荷载特点与开挖深度加以分析,提出可以采取的设计措施建议。(2)预制桩布桩时应注意控制桩截面积置换率,最好控制在5%以下,桩间距宜加大。(3)施工中如发现桩基出现明显下沉,应停止施工,查找下沉的原因。(4)场地在回填整平时,使用碾压机分层碾压,使场地承载力达到150kpa以上,软弱土面上应铺垫0.5-1.0m厚的碎砖渣层,回填土的承载力应能保证支撑桩基施工机械的行走施工而不会压弯基桩倾斜。(5)对临近湖、塘的场区,桩基施工应从远离湖塘一侧由远及近而行。(6)压桩前应做施工组织设计,规划好压桩顺序,避免来回行走,避免土体变形、挤压已施工的桩。(7)加强施工现场的排水,减小土体软化。(8)由于软土的固结时间较长,且桩体快速压人会使土的性质剧变,土体的压缩变形加大,故其打桩速度应比其他土质的打桩速度要慢,以防止桩位的偏移和断桩,一般在同一区块软土地区中,每天压桩不超过20根甚至更少,压桩时要缓慢压人,压桩速度不超过1.5m/min,当桩进入坚硬土层时应缓慢加载,防止急剧施压产生的冲击使桩体开裂。对存在粉土和砂土的场地,施工速度过快,造成土体中地下水压力不能及时扩散,当地下水压力达到一定的程度,就会造成粉土砂土液化,使上部土层不能形成对桩身有力的支撑。(9)土方运输车严禁驶入桩顶挖土区域。(10)淤泥及淤泥质土基坑的开挖,应在沉桩全部完成10d后进行。(10)条件具备时,或规范规定时,设置桩顶水平位移观测点。(11)土方开挖时,应严格按桩基规范中软土地基的开挖原则进行开挖施工。在该厂房后续土方开挖中,按照以上原则进行土方开挖,收到了良好的效果,没有出现断桩现象,现在厂房已完工并经竣工验收。
5.结论
软土地基上的静压管桩,应结合软土地基的特点,分析打桩过程中的挤土效应和土方开挖过程中的作用效应,进行勘察、设计、施工,严格按相关规范要求的原则进行土方开挖,如果不能满足设计要求,应采取相应措施。
参考文献：
(1)、中华人民共和国住房和城乡建设部《建筑桩基技术规范》、《建筑地基基础设计规范》；
(2)、某厂房项目详细勘察及设计资料及预制管桩验槽记录（镇江市地质队内部资料）。
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作者简介：
丁剑辉（1969.01-），大学本科，学士学位，高级工程师，注册岩土工程师，从事岩土工程勘察、施工、检测工作。
论文作者:丁剑辉
论文发表刊物:《基层建设》2016年20期
论文发表时间:2016/11/30
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