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1、天津地区预应力管桩施工中常见问题分析 王华周建勇壬欣华 ( 天津市勘察院天津3 0 0 1 9 1 ) 【摘要】本文总结近年天津地区预盅力混凝土营柱施工经验，对造成各类 质量问题的原因进行了分析，并提出了管桩工程勘察、设计、施工中应注意的问题， 以便更好地指导管桩在天津地区的应用。 【关麓词】管桩l 挤土效应；间歇期；单桩承戴力 1 前言 预应力混凝土管桩具有桩身强度高( C 6 0 C 8 0 ) ，沉桩能力强，单桩承载力高，施工周期 短，造价低等优点，在南方一些地区得到广泛应用。天津地区自2 0 0 1 年开始，预应力混凝土 管桩的应用巳快速发展。目前已有预应力混凝土管桩生产厂家1 0 余
2、家，年生产能力1 1 0 0 万米以上，已广泛应用在1 5 屡以下民用建筑和一般工业建筑的基础中，已经取代传统实心 预制方桩、沉管灌注桩，成为天津地区建筑地基处理的主力桩型。天津市建委于2 0 0 3 年5 月发布实施了先张法预应力混凝土管桩( D B J T2 9 4 4 2 0 0 2 ) 和先张法预应力混凝土 薄壁管桩 ( D B J T2 9 4 6 2 0 0 2 ) 两本图集，于2 0 0 5 年1 月发布实施预应力混凝土管桩技 术规程( D B2 9 1 1 0 一2 0 0 4 ) ，使预应力混凝土管桩的制作、勘察设计、施工不断规范化。 本文结合多年的施工经验，对预应力混凝土管
3、桩在天津地区施工过程中出现的各类质量问 题进行分析和探讨以便更好地指导今后的施工工作。 预应力混凝土瞥桩桩型多，根据强度和壁厚可分为P C 、P H C 、P T C 桩，设计人可根据建 筑物特点及场地地质条件，选择适宜的桩型。作为施工单位也必须了解管桩的特点，选择适 宜的施工方法，并在施工过程中采取必要措施，保证戚桩质量。如果施工中不注意，将会出 现各类施工质量问题。总结天津地区管桩施工经验，经常出现的质量问题主要有以下几 方面： ( 1 ) 单桩承载力不满足设计要求； ( Z ) 桩头破碎 ( 3 ) 桩身断裂； ( 4 ) 沉桩不到位 ( 5 ) 桩位偏差过大。 2 预应力管桩施工中产生
4、问题原因分析 2 1 单桩承载力不满足设计要求 目前天津地区确定桩基础单桩承载力方法主要有两种：对于一级建筑桩基、重点工程 2 1 5 一般在工程桩施工前采用静载荷试验确定单桩承载力特征值，工程桩完成后再用载荷试验 或高应变方法验证单桩承载力；对于二级建筑桩基、一般建筑物多采用物性参数法估算单桩 极限承载力标准值，确定单桩承载力特征值，桩基施工完成后再以载荷试验方法验证单桩承 载力。两种方式均可能出现单桩承载力不满足设计要求的情况。普遍看法认为静载试桩直 观、可靠，把握性大，但对于预应力混凝土管桩来说有其特殊性，不乏验桩承载力不足倒子。 造成预应力混凝土管桩承载力不足的原因主要有以下几方面：
5、( 1 ) 预制桩施工挤土效应造成桩体上浮。 预应力混凝土管桩虽为中空，在沉桩过程中桩端处部分土体能够进入到管桩内部，实测 资料表明，一般黏性土中施工管桩土芯长度能够达到桩长的1 3 ，即称“土塞效应”，桩体排 开的土体不可能全部进入管桩腔内或被压缩，挤土作用也是非常明显的。由于挤效用必 然会造成表层土体的上浮，对于长桩( 一般超过2 0 r e ) 由于桩下部进人硬土层较深，发挥嵌固 作用，桩体的上浮不明显；而对于短桩，由于未进人深部硬土层，桩体随着浅层土体的上浮而 上浮，工程实倒表明短桩比长桩更易发生桩体上浮事故。由于桩体的上浮必然会造成试桩 过程中变形加大承载力降低。 工程实例一：天津市
6、某钢厂工程采用P T C 3 0 0 长9 0 m 预应力管桩复合地基，单桩竖 向抗压极限承载力标准值为3 5 0 k N 。由于单拄荷重大，柱下布桩较多，一般一个柱子下布 2 0 3 0 根桩，总桩数1 8 5 0 根，桩间距3 倍桩径。采用乱0 t 导杆式柴油锤施工，最后一米锤 击数1 0 3 0 击。采用静载荷试验检验单桩承载力，检验1 0 根桩，有4 根桩承载力达到 3 5 0 k N ，变形3 4 7 8 3 2 r a m ；另有6 根桩承载力1 4 0 2 8 0 k N 未达到设计要求，变形 3 4 1 8 7 3 9 8 r a m 。其中一根桩加载到2 1 0 k N 时，
7、变形不稳定有突变，继续加载到3 5 0 k N 变形达7 3 9 8 r a m 。经对试桩情况分析，设计、监理及施工单位一致认为施工挤土造成桩体 上浮是造成桩承载力不足的主要原因。处理措旋：采用1 8 t 锤复打，经试桩单桩承载力满 足设计要求。 2 ) 恢复期短桩周土朱充分固结。 预应力混凝土管桩在沉桩过程中必然会造成桩周和桩端一定范围内的土体的扰动，土 的侧阻力和端阻力都有所降低。随着土体的重新固结，桩镛阻力和桩端阻力不断增加。实 测资料表明桩施王完2 个月后，桩侧阻和端阻应有增加趋势。为了获得较高承载力一般桩 埯工完成后要闻歇一定时闻再检验承载力，称间歇期或恢复期。建筑桩基技术规范(
8、J G J 9 4 9 4 ) 、建筑地基基础设计规范( G B5 0 0 0 7 - - 2 0 0 2 ) 均规定了预制桩承载力检测闻歇期， 但一些建设单位为了赶工期未按规范执行，造成承载力不足事故频发。 工程实例二；天津开发区某办公楼工程采用P C 3 0 0 管桩，桩长1 6 0 m ，设计要求单桩 极限承载力4 5 0 k N , 该场地埋深1 6 5 m 以上以淤泥质土为主。工程桩完成后仅1 3 d 检测单 位便开始试桩，2 根试桩单桩极限承载力分别为3 0 0 k N 、3 5 0 k N 。现场核对勘察报告分析， 间歇期不够是造成承载力不足的主要原因，桩储以淤泥质土为主时阊歇期
9、不宜少于2 5 d 。 经2 5 d 后再试2 根桩，承载力满足设计要求。 ( 3 ) 持力层局部缺失或变软。 预应力管桩优点是桩身强度高，为充分发挥管桩优势一般选择较硬土层作为桩端持力 层，天津地区一般选择中密状态的粉土、粉砂作为桩端持身鼠* 一方面由于勘察采用的手段 不合理或取样间距过大，对持力层的起伏未查清；另一方面由于勘察市场不规范，为了追求 22 占 经济利益，一些勘察单位在勘察过程中弄虚作假、粗制滥造，勘察资料不能准确反映地层的 变化情况。桩基施工过程中由于地层变化致使桩端未进人持力层或进入深度不够，造成承 载力不足的例子也是相当多的。 ( 4 ) 勘察报告桩基参数不准确。 由于一
10、些勘察单位经验不足，桩基参数提供过高，如果设计据此进行桩基础设计，有可 能造成验桩承载力不满足要求。天津沿海地区以软土为主，对于桩端未进入粉土、粉砂持力 层的桩基础出现桩承载力不足的情况较多。 对于桩基施工过程中出现的桩承载力不足问题应仔细分析原因，根据具体原因采取相 应措施，切忌盲目补桩。对于独立柱基础、条基础和筏板基础形式，当桩承载力不足时应首 先考虑按复合桩基计算是否满足要求，适当考虑桩问土的承载能力，将桩承载力不足部分让 桩同土承担，这种设计方法在天津地区已有不少成功的例子。 2 2 桩头破碎 预应力混凝土管桩在施工过程中经常出现桩头破碎情况，无法继续沉桩，造成工程质量 事故。出现桩头
11、破碎的原因主要有以下几方面： ( 1 ) 桩本身质量原因。 预应力混凝土管桩工厂化制作，一般质量比较可靠。但些小的厂家生产技术不过关， 生产的桩经常出现桩混凝土强度不够，桩端混凝土不密实，端板倾斜不平等问题。对于需穿 过较厚粉土、粉砂层的基桩，经常出现将桩头打碎、压碎情况。因此，作为施工单位必须选择 质量可靠、信誉好的厂家供桩。 ( 2 ) 设计使用桩型不合理。 P T C 薄壁管桩在天津地区应用比较广泛，一些层数不多，荷重较轻的建筑物常采用 P T C 薄壁管桩。但在P T C 薄壁管桩施工过程中经常出现桩头被打坏、压坏情况，特别是以 粉土、粉砂为持力层时尤甚。主要原因是设计人在进行桩基础设
12、计时，仅考虑建筑物荷载选 择桩型，而未考虑沉桩荷载。如果施工过程中的压桩力和打桩应力超过桩身强度，则很容易 发生桩头被压坏、打坏现象。 ( 3 ) 施工使用设备与桩不匹配j 管桩施工必须选择与桩型相匹配的施工设备。如果施工中设备选择不当，如小锤打大 桩，由于锤击数的增加，过太的锤击能力根容易造成桩头破损。 2 3 柱寿断裂 管桩施工过程中出现桩身断裂的原因主要有以下几方面： ( 1 ) 管桩接桩部位焊接质量差。 对于超过1 5 O m 的长管桩采取两节或三节焊接接长。如果焊接质量差很容易在焊口 处脱开，特别是锤击法旄工时产生的上拔力和大面积群桩施工土体上浮产生的上拔力都程 容易将焊接质量差的桩
13、从接桩部位拔断。 ( 2 ) 硬土层中采用锤击桩易造成桩身断裂。 天津地区下部陆相层粉土、粉砂屡一般呈密实状态，是预应力管桩茛好的桩端持力层， 能够获得较高单桩承载力，如果桩身质量不太好或使用P T C 薄壁管桩锤击法施工很容易造 成桩身断裂。 ( 3 ) 机械开槽碰撞桩头致使桩断裂。 277 管桩桩身强度高，但脆性大，开槽过程中施工机械碰到桩头，很容易造成桩上部断裂，特 别是小桩径桩。如果桩身完整性检测中发现表层1 o 2 O m 范围出现大量断桩，并且桩沿 着一个方向倾斜，很大可能是由机械开挖造成的断桩。因此，为避免机械挠断桩桩顶以上 3 0 c m 应采用人工开挖。 ( 4 ) 基坑开挖
14、土体位移。 基坑开挖土体的水平位移很容易造成坑边桩产生较大位移，当桩体无法承受过大的水 平力时，必然造成桩体折断。在滨海软土地区因基坑开挖土体水平位移过大造成桩折断的 例子是相当多的。对于基坑要做好支护工作，采用刚度大、变形小的支护方式，特别是严禁 在坑边堆放挖槽土，避免因基坑水平位移过大造成桩折断。 2 4 沉桩不到位 桩身强度高抗击打是预应力混凝土管桩的一大优点，能够很容易穿过天津地区浅部埋 深2 0 O m 以上一定厚度的粉土、粉砂硬土层。但是对于深部较厚的硬土层，由于沉桩阻力 过大预应力混凝土管桩往往沉不到设计标高，造成大批量截桩，给业主造成不必要损失。 工程实例三：天津某足球场工程采
15、用姐5 0 、5 0 0 P H c 管桩，桩长4 0 O m ，以4 1 O m 以下 1 0 O m 厚的粉砂层作为桩端持力层，采用7 o t 筒式锤施工。该场地埋深2 6 0 2 9 O m 分 布3 O m 密实状态粉土层静力触探锥尖阻力1 6 M P a 2 2 M P a 。施工过程中发现管桩穿过 该层困难，大批量桩打不到设计标高，最后不得不截桩处理。设计的管桩过长，未考虑穿越 厚层粉土可能产生的沉桩困难。 2 5 桩位偏差过大 预应力混凝土管桩施工过程中应严格控制桩的偏位，如果桩偏位过大，超过规范规定限 值，设计变更加大承台，将给施工单位造成不必要的经济损失。产生桩位偏差过大原因
16、主 要有： ( 1 ) 桩过密产生挤土效应。 密集群桩施工过程中很容易产生挤土效应，后施工的桩很容易将先施工的桩挤偏。一 般采取经常复测桩位的方法来避免桩产生偏位。 ( 2 ) 场地土质软，大静压机陷机。 ， 一般超过4 0 0 t 静压桩机施工预应力管桩，对场地表层土的强度有一定要求，如果表层 土软，未进行处理，大静压机行走过程中容易发生陷机，可能将已施工的桩压偏。为避免造 成桩偏位，桩施工前应对场地表层土进行处理，一般采用拆房土经碾压处理即可，处理厚度 不能少于5 0 e r a 。 ( 3 ) 基坑开挖水平位移过大。 如果基坑开挖采取放坡方式或柔性桩支护方式，将产生较大的水平位移，土体的位移必 然带动基坑内桩产生位移。 3 管桩工程勘察设计施工中应注意问题 预应力管桩有其自身特点，在工程勘察过程中不同予其他桩型。在施工过程中常遇到 沉桩不到位情况，因此，在勘察中应重点查明粉土、粉砂硬土层的分布情况，特别是作为桩端 持力层的硬土层顶
