对静压预应力管桩质量事故分析及处理探讨

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对静压预应力管桩质量事故分析及处理探讨
钱桂红，马志伍，季蔡林
摘 要：关键词：预应力管桩；质量事故；处理方法

近年来，静压预应力管桩在建筑工程中被大量使用，其主要优点是在施工过程中噪音小、无振动、施工速度快、压力值直观以及对周围建筑物影响小等，特别适合大吨位静压桩机的施工。
由于静压预应力管桩的工作原理是设计桩的极限承载力越大，要求静压桩机的吨位就越大，对场地条件及桩身质量的要求也越严。因此在设计及施工过程中如不考虑到断桩、斜桩等桩身质量及场地条件等情况，必然造成不可避免的事故发生，以下就某工程实例进行分析。
1、工程概况
江阴某工程办公大楼为地上九层，地下一层，建筑面积约14639m2，现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构体系，基础采用PHC-600(110)A-C80预应力混凝土管桩，桩长为33m，为三节11m管桩组成，总桩数为192根，采用静压法沉桩，设计单桩竖向抗压极限承载力为3600kN。
本工程场地原为农田，地形条件较复杂，场地上部软土层厚度变化较大，层底坡度大，下部土层稳定，均匀。各土层特性如下：
①、填土：杂色，松散，揭露厚度0.2-1.5m，工程特性差；
②、粉质粘土：灰黄-灰色，软-可塑，揭露厚度0.0-1.9m，工程特性一般；
③、淤泥质粉质粘土：灰-浅灰色，流塑，揭露厚度14.1-28.8m，工程特性差；
④、粉质粘土：青灰色，可-硬塑，揭露厚度0.0-6.4m，工程特性好；
⑤、粉砂：灰黄色，中密-密实，揭露厚度0.0-5.5m，工程特性较好；
⑥、粉质粘土：灰黄-灰色，可塑，揭露厚度3.4-8.9m，工程特性较好；
⑦、粉质粘土：青灰-灰绿色，可-硬塑，揭露厚度最大为6.7m，工程特性好；
⑧、粉质粘土夹粉砂：青灰色，软-可塑，揭露厚度最大为9.8m，工程特性一般；
⑨、粉质粘土：灰黄色，可-硬塑，揭露厚度最大为13.5m，工程特性好。
桩基施工完成后三周进行了3根静载试验，所测桩竖向抗压承载力均满足设计要求。随后便开始进行地下室基坑开挖工作，基坑开挖深度为5m，一次性开挖至设计标高。待开挖完成后发现部分桩偏位及桩顶倾斜，根据现场测量和低应变检测发现：偏位桩及倾斜桩有14根，占8%；经低应变检测发现Ⅲ类桩51根，占26%。
2．事故原因分析
2.1、该工程淤泥质土较厚，由于淤泥质土的流动性较大，施工机械移位时极易引起土体流动，以至桩身发生位移。
2.2、静压管桩属于挤土桩，由于挤土效应，后续施工对先打已经完成了的桩产生了一定的影响。
2.3、基坑开挖不当，因工期较紧，为赶进度，开挖时采用一次性机械开挖至设计标高且局部有超挖现象，挖出的土临时堆在基坑边坡附近，并且未采取支护措施，以至产生较大的侧向土压力；淤泥质土本身的流动性及土体中未消散的孔隙水压力向开挖方向释放，加剧了淤泥向开挖方向流动，而管桩对水平力的抵抗能力很小，于是随土体的位移而向开挖方向倾斜，以致部分桩桩身断裂。
3．事故处理
3.1、对于倾斜桩，经设计确认后采用补桩处理。
3.2、对于偏位桩，经过设计院仔细验算，确定将偏心部位的承台底板扩大，并对偏位大处承台底板增大配筋量，以抵抗底板的偏心弯矩。
3.3、对于Ⅲ类桩，采用以下方法：
3.3.1清理桩管内壁：原预应力管桩在静压施工过程中，桩管会有土体和杂物，加固前须采用机器对管桩内腔内的土体和杂物进行清理和疏通，疏通的深度为桩身缺陷位置向下增加2m的深度。
3.3.2安放封底袋：为防止漏浆，在桩底部需要放一个止浆袋，止浆袋安放的位置为缺陷位置向下增加2m深处。
3.3.3钢筋笼制作：钢筋笼长度为清孔深度加桩顶锚入承台的长度，每根桩的钢筋长度不一样，具体长度需要在现场对每根成孔完成的桩孔进行实际长度的测量；现场监理应根据检测报告提供的Ⅲ类桩缺陷具体位置，待施工方下放钢筋笼时认真核查下放深度是否满足要求；钢筋的接头应错开，搭接焊缝长度不小于10倍钢筋直径；本工程钢筋笼采用6C22，箍筋为Φ8@200，钢筋笼直径为Φ350。
3.3.4安放注浆管：注浆管采用塑料管，浆管直径在20mm～25mm，出浆口用黑胶布或聚氯乙烯临时封口；注浆管可临时固定在钢筋笼上，然后随着钢筋笼缓缓放入桩孔内，注意注浆管不出固定的太牢，应当能在注浆完成后方便拔出。
3.3.5投料：等钢筋笼和注浆管下到位后，开始向桩孔内进行投料，投料是砂石的混合物，投料过程中采用漏斗向管桩内投入，这样可以让石子通过漏斗能缓缓进入桩孔内，并轻摇钢筋笼促使石子下沉和密实，直至灌至距离孔口1m左右停止。
3.3.6封孔：投料完成后，为保证注浆的压力，在注浆之前需要对桩口进行封口处理；封口所用的材料为C45微膨胀混凝土，要保证封口混凝土在72小时能达到设计强度的70%，混凝土内需要加入适量的早强剂，封口混凝土要覆盖和加强养护。
3.3.7注浆：当桩顶封口混凝土达到设计强度的70%后，就可以进行注浆。注浆需要保持一定的压力，加压时压力值不小于1.2MPa，并保持10分钟不得间歇；向上提注浆管时当注浆液从管口冒出或注浆量超过规定值时，应当停止注浆，立即上拔注浆管，每拔1m必须注浆一次，直至注浆管拔出；水泥用量不得少于350kg/m，水泥不低于425号普通硅酸盐水泥，砂石的比例为1：1，水泥浆的水灰比为0.4～0.5；管桩芯内经压浆形成的混凝土标号要大于C30。
4．处理结果
4.1、51根Ⅲ类桩经桩芯注浆处理后，经低应变检测，除有15根桩为Ⅱ类桩，其余均为Ⅰ类桩，基本达到了加固效果；同时选取了3根桩进行了静载检测，检测报告显示，经加固补强的管桩竖向抗压承载力均能满足设计要求，且沉降量不大。
4.2、对于偏位桩的问题，设计采取了扩大承台措施，增加上部的刚度和调节变形的能力；加之整体地下室面积大，对该工程的变形有一定的调节能力。
4.3、加强了建筑物的变形观测，从结构施工直到已竣工的工程，根据累计沉降观测报告结果反映，工程最大处沉降量为15.2mm、最小处沉降量为9.7mm，沉降速率为0.016，基本趋于稳定，所以应该说整体加固方案是成功的。
5．结语
5.1、因PHC管桩横向刚度较弱而不能受强烈的撞击或震动，故当运输或堆放不适时，易出现结构裂缝；且在反复施压产生的拉、压力作用下，裂缝会有所发展并造成桩身破损。因此监理对进场管桩进行验收时，应重点抽查管桩外观质量。
5.2、沉桩路线要合理选定，因在预应力管桩在施工时，随着入土桩段数的增多，各层地质构造土体密度随之增高。土体与桩身表面间的摩擦阻力也相应增大，压桩所需的压力也在增大。为使压桩中各桩的压桩阻力基本接近，压桩路线应选择单向行进，不能从两侧往中间进行，避免因土的挤压造成部分桩身倾斜，从而保证群桩的工作基本符合设计要求。
5.3、场地要平整坚硬，在较软的场地中要适当铺设道渣，不能使桩机在打桩过程中产生不均匀沉降；静压桩机对施工场地要求较高，桩机及配重达到500t以上，为防止桩机下陷而造成桩身倾斜，影响施工质量及施工安全，必须对施工场地进行局部回填平整，应采取必要的措施提高地基承载力，使其达到静压桩施工要求。
5.4、针对软土，尤其是淤泥质土区域的基坑开挖，应制定合理的施工顺序和技术措施，应禁止机械一次开挖到设计基底标高，开挖过程中应严禁机械碰撞管桩而引起桩的位移和倾斜，所挖土方应及时清运，不得堆放在基坑边。

参考文献
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［2］. 《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）北京 中国建筑工业出版社 2008
［3］.  《既有建筑地基基础加固技术规范》（JGJ123-2000）北京 中国建筑工业出版社 2002
［4］. 李智宇《关于预应力管桩检测几个问题的探讨》 广东土木与建筑 2007
［5］. 王离 《静压管桩将成为下世纪初广东应用最多的桩》 广东土木与建筑 2006