预应力管桩基础事故的分析和处理

预应力管桩基础事故的分析和处理一、前言

预应力混凝土管桩由于具有桩身强度高（≧C60），施工速度快，工期短，成桩质量可靠，监理检测方便，综合单位承载力造价较低等优点，因此成为设计人员优先选用的桩基，建设单位也普遍乐于接受。近几年来，该桩型的得到了广泛的应用。

但在预应力管桩应用中，由于勘察、设计、施工等许多因素，稍有不慎，就可能造成事故或留下安全隐患。本文结合一些工程实践，探讨预应力管桩基础事故中几个重要但容易被忽视的问题，同时提出了对常见事故的一些处理方法。

二、几个重要问题的探讨

（一）不宜应用管桩的工程地质条件问题

预应力管的广泛应用并不代表它能适用于任何场地。它的持力层可选择为强风化岩层，坚硬的粘土层或密实的砂层、碎石层，一般可以打入强风化岩层1～3m，即可打入N=50～60的地层，但不能打入中风化岩和微风化岩。

某六层宿舍楼地基工程，原设计采用￠300PHC和￠400PHC桩，用D35柴油锤施打。该场区岩基埋深较浅，浅者为12m，深者为20m，在正常的地质条件下采用预应力管桩无可非议。但该工地打桩50根，断桩数为11根，破损率超过20%，有关单位召开事故分析会议，初步认为有三个原因：（1）管桩质量有问题；（2）打桩施工有问题；（3）地质也有问题。最后一致认为管桩质量应该是好的，施工也符号操作规程，打桩破损率高完全是工程地质条件不适所造成的。该钻孔地质资料揭示：岩基埋深较浅，平均为13～14m，不是强风化而是中至微风化岩，基岩上部的强风化层很薄，甚至缺少。在这种“从松软突变到特别坚硬的地层”中施打预应力管桩，其破损率必然很高。原因就是没有“缓冲层”，桩尖一下子碰到中、微风化的硬岩，而桩身四周又都是摩擦力很小的松软层，所以强大的打桩冲击力会全部传向桩尖并由桩尖处岩面再以压力波反射回来，使桩身混凝土受压破坏。最后设计改变桩型，根据该区中风化岩基埋藏较浅的有利条件，采用了钻孔灌注桩，得到了良好的技术经济效益。

某六层宿舍楼地处山脚坡地上，设计采用￠500预应力管桩，用50型柴油锤施打。在施打过程中发现管桩打到石面时，多根桩尖沿岩面滑移，桩身突然倾斜而折断，有的虽无滑移，但桩身突然下沉，据判断此桩可能破碎。据工程地质报告显示，该场区没有反映出有障碍的存在，但应该是一山坡地段，倾斜较大，很可能存在一些未风化的岩块，孤石等，不宜采用预应力管桩。

（二）挤土效应引起的问题

预应力管桩属于挤土桩类型，尤其采用封口桩尖时，其挤土效应更明显，引起的问题也屡见不鲜。

某五层综合楼工程，该工程桩施工完毕1个月，采用小应变检测方式抽检，以确定桩基的完整性。抽检选取50根桩，其结果如下：桩体完整的A类桩为15根，占30%，桩体存在问题的B类桩占25根，占50%。，桩身完整性差，属不合格的C类桩10根，占20%，数据曲线还显示，不少桩接头处脱落，部分桩出现裂缝。造成这工程事故的原因有多方面的，有接头质量的主要原因，但挤土效应也是不容忽视的重要原因。此工程预应力管桩采用十字型桩尖，挤土明显，地理位置在江边，上部分为含水量高的淤泥质土，打桩时会产生孔隙水压力，使扰动的软土抗剪强度降低，产生土体的蚀变和蠕动变形。沉桩入土时，当排挤的土体体积（与桩基体积相同）占沿桩范围土体体积5%以上时，就会产生明显的挤土效应，造成地面土体隆起和侧移，并使先完成的邻桩向上抬起。因为先施工的桩底部支承在坚硬的土层上，接头质量不好，则使上下桩体脱开，有的桩头虽未脱开，但造成上浮，桩的承载力达不到设计要求。

以上事故是忽视了挤土效应的影响而造成的。我们必须认真合理安排打桩顺序，必要时对其不良影响采用预防措施：1．适当扩大桩的中心距；2．预钻孔沉桩，孔径约比桩径小50～100㎜，施工时应随钻随打；3．设置袋装砂井塑料排水板，消除部分超孔隙水压力，减少挤土现象。对已出现土体上涌现象时应通过检测质量，采取复打工艺及补桩加固等处理。

（三）对收锤标准控制不当引起的问题

收锤标准即终此打桩的控制标准，对打桩工程质量起着重要的作用。收锤标准一般应以到达的桩端持力层，最后贯入度或最后1m沉桩锤击数作为控制指标。桩端持力层作为定性控制，最后贯入度或最后1m沉桩锤击数作为定量控制。当然，这些主要指标随工程条件不同而有所不同。

有不少工程由于对主要指标控制不当，出现了各种的工程质量事故。某工程要求桩端持力层一定要打到强风化岩层，结果桩的总锤数有的高达3000～4000锤，一经小应变检测，有10%左右的桩出现了桩身质量问题。该工程的地质资料显示强风化岩层较深（平均30m左右），其上面有8～12m深的坚硬风化残积土层，桩进入这坚硬的风化残积土层7～8m左右即可满足设计承载力和沉降要求，若死抱住非打到强风化岩层不可的观点，则因锤数过多而造成桩身混凝土发生疲劳破坏。某工程因为对最后贯入度控制过严（最后贯入度控制值为10㎜/10击），结果造成了不少断桩，有的经检测在接头和桩身（下接第162页）

（上接第160页）均出现了裂缝。其实最后贯入度控制值不是越小越好，该值定的太小，锤击数必然增多，不仅桩体容易内损或被打烂，还会降低柴油锤的使用寿命。据有关资料表明，达到承载力设计值的最后贯入度控制值为20～40㎜/10击时，打桩锤的选择是比较理想的，而且有的规范规定，PC桩最后1m锤击数不宜超过300击。

因此，关于收锤标准一定要具体情况具体分析，不能认为列出这么多收锤指标，收锤验收时一定要全部达到这些指标不可，应该有所侧重，突出重点，抓住主要矛盾，参考其他指标，做综合评定。通过试打桩来确定收锤标准是较好的办法，通过试打桩，了解管桩的可行性，验证选锤的合理性，在保证承载力设计值的前提下提出比较合实际的可操作的收锤标准。

三、一些预应力管桩常见事故及其处理办法

目前常见预应力管桩桩基事故按其性质分为以下几类：

1．测量放线错误，导致整个建筑物错位或桩位偏差过大。

2．单桩承载力达不到设计值。

3．断桩，包括桩身断裂和桩头断裂。

4．预制桩身倾斜。

5．沉桩深度不足。

6．土体上涌使桩上升但未断。

对于这些问题，如何加固处理？对工程质量的保证及工程造价的影响是非常重要的，下面提出一些常用的事故处理方法。

（一）扩大承台法

常用于以下几种事故的处理：

1．桩位偏差大。原设计的承台平面尺寸满足不了规范规定的构造要求。

2．考虑桩土共同作用。当单桩承载力达不到设计要求，可扩大承台并考虑与天然地基共同分担上部结构承载的方法处理。

3．桩基质量不均匀，防止独立承台出现不均匀沉降，或为提高抗震能力，可采用把独立承台连成整体，提高基础整体性，或设抗震地梁。

（二）改变施工法

桩基事故有些是因为施工顺序错误或施工工艺不当而造成的，处理时，一方面事故桩采用适当的补救措施，另一方面要改变错误的施工方法，防止事故的发生，常用的处理方法有：1．改变成桩顺序。2．改变成桩方法。3．改用施工机械设备。4．改钻孔沉桩，施工时应随钻随打。5．控制沉桩速率。

（三）修改设计法

1．改变桩型，当地质资料与实际不符或不适合用预应力管桩时，造成的桩基事故，可采用改桩型的方法处理。

2．改变桩入土深度，例如预制桩沉桩过程中，遇到较厚的密实粉，细砂层或坚硬粘土层时，产生严重断桩时，常采用缩短桩长，增加桩数量。

3．改变桩位，修改承台等。

（四）复合地基基础法。此法在利用桩土共同作用的基础上，还对地基作适