浅谈软土地区PHC管桩施工事故分析及处理

1、浅谈软土地区PHC管桩施工事故分析及处理(所属杂志：此文章来自原稿)  发布时间：2010-01-14  已阅读：1083     孔凡波 （中国建筑上海设计研究院有限公司，上海200063）摘要：对某工程PHC管桩事故进行深入分析，并提供了具体的处理方案；以提示施工单位，应重视软土地区打桩、降水、挖土等施工方案的确定，避免同样事故的发生。关键词：软土地基；地基处理；村基础；施工技术中图分类号：TU473.1 文献标识码：B1 项目简介本工程位于上海市某区，系大型商业广场，总建筑面积19.9万平方米，地下面积3.1

2、万平方米，一层地下室，地上面积16.8万平方米，由3栋高层（26层，框架剪力墙结构，高度均不超过100米）及裙房（3层，框架结构）组成，高低交界处由抗震伸缩缝分开。一期工程设置整体一层地下室（长263.3米、宽117.7米），功能主要为超市及停车场，结构层高5.5米，裙房区域底板厚0.5米，埋深5.60米，高层区域底板厚1.8米，埋深6.9米。本工程取±0.000作为上部结构嵌固端，柱网布置8.4X8.4，采用框架梁间设置“十”字梁的结构布置方案，地下室顶板厚均为180mm，地下外墙厚400mm，超市降板区局部外墙加厚至500mm；并在地下室内部适当设置剪力墙，满足嵌固端刚度比的要求

3、。2 地质情况本工程场地地貌单元属滨海平原，场地地形较为平坦，实测的勘探孔标高一般为3.666.33m，本场地所揭露的90m深度范围内的地层为第四纪全新世至上更新世滨海平原型沉积土层，主要由粘性土、粉性土和砂性土组成。本场地为古河道沉积地段，层淤泥质粘土具有天然含水量高、空隙比大、压缩系数大、强度小的特点，属中高灵敏度土体，在一定外荷作用下流变特征明显，缺失上海市统编的第层暗绿色硬土层，代之沉积了较厚的3-1层灰色粉质粘土夹粉性土、第3-2层灰色粉质粘土和次生的4层灰绿色粉质粘土，导致第1层层顶埋深变深，第2层及以下各土层沉积基本正常。1层粉砂平均比贯入阻力Ps=11.57MPa，高层下存在数

4、米Ps值16MPa的砂土，平均标准贯入击数N=49.7击，中密实，当作为预制桩的持力层时，应考虑沉桩的可行性。3 桩基方案的确定3.1 多层部分桩型的确定桩型选择的原则：（1）根据上部荷载情况，选择合适的单桩承载力，达到较好的布桩效率；（2）经济性应相对较好；（3）控制施工难度，同时避免冒桩对基坑开挖造成影响。最终确定桩型为PHC预应力管桩，直径400mm，桩长37米，持力层为4层粉质粘土，单桩承载力设计值为1300kN，最终单柱下根据荷载大小布置59根桩。3.2 高层部分桩型的确定桩型选择的原则：（1）满足施工进度的要求；（2）经济性相对较好；（3）安全可行。方案一：预制桩方案，采用PHC-

5、Ø500的先张法预应力混凝土管桩，经济性较好，质量容易保证，施工速度快，但挤土效应对场地周围影响较大，由于1粉砂层Ps值较高，沉桩有一定难度；方案二：采用直径Ø700的桩端后注浆钻孔灌注桩，后压浆工艺可有效提高单桩承载力，但对施工工艺要求高，造价较高，后压浆效果受施工质量影响较大，工期相对较长；上述两方案经业主比选后，确定选择方案一进行实施。4 施工中桩基出现的问题基坑开挖至A栋高层时，发现桩头明显倾斜，桩头倾斜方向均朝向开挖侧，偏移值最高达1.0米，经各方协商确定，后续基坑工程立即停工，并对坑内挖土边坡进行加固处理。选取一定数量的桩进行现场抽样检测，采用高压水枪配专用喷头

6、，对管桩空心部分进行反复冲洗，然后将孔内水抽干，采用影像设备深入孔芯内进行视频观察，发现大部分桩身在层与1层界面附近发生弯折破裂，断裂面上方的桩身均向土方开挖侧倾斜，弯折断面以下的桩身偏斜明显减小；从冲孔视频观察，有个别桩身在第一个焊接接头处产生1cm2cm脱节的情况，约占抽样总数的10%，桩基与土层的剖面示意如图1所示。                       

7、                    图1 桩基土体分层剖面示意5 原因分析（1）打桩速率过快。原桩基施工工期为70天，因为多方面原因，桩基工期被压缩为仅35天，并跨越春节长假，实际有效沉桩天数仅为25天左右，沉桩速度过快，最高峰为一台桩机一天施工24根桩，且24小时连续沉桩，土体几乎没有休止时间，施工单位未能对特殊的施工情况，采取严格有效的防挤土措施，沉桩挤土效应明显，土体扰动大，使得中高灵敏土体强度严

8、重降低。（2）因打桩速度过快，现场降水情况不理想，降水时间短，打桩过程形成的超孔隙水压力未能得到及时、有效的消散；饱和土体的总应力 =（有效应力）+ u（孔隙水压力），当孔隙水压力上升时，土体的有效应力降低，使得土体强度进一步降低。（3）基坑土体开挖应在土体强度恢复到一定程度后方可进行；本工程土体扰动大，恢复时间短，土体强度远未达到开挖的要求。因赶工期，场地内施工道路、降水井点布置等原因，土方开挖未能分层均衡进行，现场采取了分级放坡的方式进行基坑开挖，但开挖时由于土体强度低、土体高差过大，在坑内形成了不稳定的边坡，土体产生水平变形；开挖时土体强度估计仅为原状土的30%40%，开挖后发现坑底土体

9、尚处于流动状态。分级放坡开挖时产生的侧向土体压力超过了土体所能承受的范围，层淤泥质粘土向开挖面明显变形，造成管桩水平受力，并向开挖方向跟随土体一起产生较大变形，而1层土埋置较深，且土性相对较好，产生的变形小，桩身所受水平力在两土层交界面附近形成反弯点，进而导致桩身在层土与1层土交界面附近发生弯折破坏。（4）重力坝围护变形大，根据现场观测资料显示，重力坝外侧土体下沉达0.6米左右。基坑开挖后，坑内土体压力快速释放，因坑内被动土体受上述沉桩、降水等因素的影响，强度降低较多，造成内外压力失衡，坝下土体产生绕坝流动的现象，造成基坑内土体上浮，使得本已受弯剪作用的桩又施加了上拔力，桩身受力情况进一步恶化

10、，并使得焊接接头破坏严重的桩产生上浮、脱节。（5）根据冲孔资料统计，有相当比例的桩在接头焊接部分产生破坏，分析原因主要为由于赶时间，焊接接头冷却时间不足，在压桩进入1层时，压桩力在37004000kN，加之前述沉桩时较大挤土效应产生的土体侧向推力，以致焊接接头局部破损，后期由于土体开挖对桩产生的复杂作用，使得桩身在焊接接头部位最先产生破坏。（6）基坑开挖前已经完成了试桩的静载荷试验，试桩与工程桩同时施工，试桩前小应变检测均为完整桩，静载试验结果相当好，最大加载力为4350kN，沉降20mm左右，而此部分试桩开挖后桩身发生与前述工程桩形式相同的破坏，由此也充分表明桩身的偏移破损主要系在基坑开挖阶

11、段挖土不当造成的。6 处理方案通常的处理方法：将所有偏斜破坏的桩进行纠偏，然后清孔检测，再进行填芯加固处理，施工中应确保填芯混凝土的浇筑质量，然后重新进行静载试验，确定最终加固后桩的承载力，通常情况均能满足原设计要求，如不满足可进行补桩处理。本工程的具体处理方案：（1）因现场条件影响、工期限制，纠偏施工困难而未能进行；但对所有管桩均进行冲孔检测，确定桩身断裂面位置，并测量管桩倾斜值，检测结束后用清水将管芯注满，保持管芯内压力，避免外部泥水渗入。（2）对所有管桩均进行填芯加固处理，填芯采用C45微膨胀混凝土，长度至断裂面下3米及第一个接头下2米，两者取大值，填芯混凝土配置通长钢筋筋618，箍筋8

12、200，断裂面上下个1.5米范围1218，箍筋8100；混凝土浇筑前对管芯进行重新清洗，确保管壁清洗质量，并及时进行混凝土浇筑，采用定制的振捣棒对填芯混凝土进行认真振捣，确保管芯混凝土的浇筑质量，此道工序为桩身处理过程中最重要的环节。                              

13、60;     图2 500PHC管桩加固方法（3）根据现场统计的倾斜率情况，对倾斜率在9%以内的桩抽样进行静载荷试验，A栋高层共计407根桩，选取6根加固后的管桩进行静载荷试验；试桩加载的终止条件为沉降量达到25mm40mm，根据现场具体情况确定，主要为了避免桩身发生破坏；根据试桩结果进行分析，倾斜率在9%以内的桩，在试桩加载力范围内桩的承载力与倾斜率无直接关系，试桩情况如下表，最大加载力均可达到原设计承载力对应极限值的70%以上，其中1号桩有2cm左右的脱节现象，试桩的沉降较大，但脱节部分被压实后，承载力仍可达到原设计值的75%以上；倾斜率在9%以上

14、的桩数量较少，作为安全储备，但要适当考虑其对整体偏心的影响；从安全的角度出发，考虑高层桩基的重要性，试桩按25mm沉降确定单桩竖向抗压极限承载力，按上海市建筑基桩检测技术规程DGJ08-218-2003中的相关规定，确定单桩竖向抗压极限承载力标准值，按标准差及离差系数法进行计算,计算公式Rk=Rm1-(Cx-0.17)，离差系数Cx大于0.17，经视频资料核实，确认系由于1号试桩脱节造成，最终计算单桩竖向抗压极限承载力标准值为Rk=2190kN，本工程试桩样本数量满足工程需要，按统计结果确定单桩承载力安全、可靠。加固后管桩静载试验统计见表1。表1 加固后管桩静载试验统计表桩号试验最大加载（kN

15、）最大沉降量（mm）残余沉降量（mm）回弹率（%）桩头不均匀沉降（mm）单桩承载力极限值（kN）相应沉降量（mm）倾斜率（%）1286055.3141.5724.81.58118025.06.02260030.1017.5941.62.56234525.04.923288025.7512.0553.23.42284525.05.634260043.1421.2950.61.00194325.08.125312020.225.7871.43.293120/7.566288027.3312.1955.42.17263625.03.88（4）具体补桩方案，根据上述分析计算结果，加固管桩承载力设计值统

16、一按Rd=1370kN考虑，承载力不足部分进行补桩处理；补桩采用直径700的桩端后注浆钻孔灌注桩，桩底后注浆可固化桩底沉淤，加固桩底周围土体，以有效提高单桩的竖向抗压承载力，尽量减少补桩数量，减少在坑底施工灌注桩的工作量；桩端后注浆钻孔灌注桩需通过承载力试验确定单桩承载力极限值，根据工程实际情况，由于单桩承载力高，坑底大量堆载施工困难，故采用静载与高应变相结合的方式进行，减少静载试桩数量，最终确定的检测方案为静载试桩一根，高应变六根，并通过静动对比进行系数修正，有效提高高应变动测的精度；最终确定单桩承载力设计值4300kN，比根据地勘报告计算值提高50%；补桩设计中充分考虑两种桩型的不同特性，均匀进行，并综合考虑纯灌注桩及灌注桩与管桩共同作用时的偏心情况，最终的补桩方案如下图，共计补灌注桩88根；进行底板设计时，应考虑两种桩实际承载力发挥的不均匀性，对底板进行适当加强处理。7 预防措施预制桩施工必须非常重视挤土效应的问题，不仅要考虑对外围管线、建筑等的不利影响，同时还要考虑土体强度降低对工程的不利影响；打桩期间，应选择合理的打桩顺序，并结合工程的具体情况严格控制打桩速率，不得连续打桩，每天至少应保证8小时以上的土体休止时间。进行大面积密集桩群施