PHC管桩基础施工常见质量问题的辨析

PHC管桩基础施工常见质量问题的辨析

I.内容提要」本文针对管桩基础施工中常见的质量问题，就其产生的原因

和应对的措施深入进行了分析和阐述，为加强管桩基础施工质量管理,

提高工程质量，优化施工方法提供参考。

［关键词］管桩施工设计控制要求挤土效应桩间距

桩身破坏钻孔植桩夹持力应力集中

0.0引言

PHC预应力管桩基础由于其具有施工工期短、单桩承载力高、监测方便、

造价较低、对环境影响小等优点，近几年来在海口、三亚的工程建设中得

到广泛应用，由此而引发的许多关于管桩的质量问题也备受人们关注。根

据近些年来管桩基础工程的施工经验，管桩基础施工质量问题通常为：

沉桩达不到设计的控制要求；桩位偏差与桩身倾斜率超标；桩头碎裂；桩

身破坏；单桩承载力达不到设计要求等。笔者仅就管桩基础施工中常见的

沉桩达不到设计的控制要求和桩身破坏问题谈谈其产生的原因与应对措

施。

1.0沉桩达不到设计控制要求

1.1沉桩达不到设计的控制要求的主要原因有:

1.1.1勘察钻孔密度不符合规定要求，勘探报告未能提供准确的地质资

料；或设计选择持力层不当，或设计要求过高。

1.1.2沉桩时遇到地下障碍物或厚度较大的硬隔层。

1.1.3打桩锤锤重选择偏小，或打桩锤破旧，锤自由下落不顺畅。

1.1.4布桩密集或打桩顺序不当，使后打的桩无法达到设计深度，并使

先打的桩涌动上浮。海口市刚施工完的某工地，设计采用中500管桩，但

桩间距只有L4米，未能按规范要求不小于3倍桩径，桩基验收时发现因

挤土效应造成管桩涌动上浮，承载力达不到设计要求。

1.1.5桩头被击碎或桩身被打断，无法连续施打；

1.1.6当有效桩长较短（小于14nl的短桩）时，采用静压沉桩终压值显示

刚满足设计要求时就停压，桩尖遇到落实的粉土或粉细砂层时，会产生

“假凝”现象，也很可能造成极限承载力不够。

1.2针对沉桩达不到设计控制要求的主要应对措施是:

1.2.1通过认真的试桩过程而后合理设计。由于影响桩承载力的因素多而

复杂，且各地的土质情况变化又很大，所以先通过打试桩后做静载试验

来确定单位竖向承载力，应该说是最基本而且较合理的，目前也是最普

遍的应用方法。试桩可验证地质报告的准确性，检验该地质条件下某一管

桩型号的适用性，为合理设计提供最为可靠的依据。在认真深入研究地质

勘探报告的基础上，合理选择桩径、合理布置桩位，可大大地避免出现沉

桩达不到设计控制要求的现象。对于一些地质情况相对较为复杂的地基，

建议选用抗弯性能相对较高的B型管桩。

1.2.2遇到地质情况异常时如果是静压施工，可通过预引孔的方法解决；

如周围环境允许，可选用锤击施工，因为锤击穿透能力比较强，可以穿

过厚度较大的硬隔层。如海口市海秀路禧福新城工地，第五层是比较硬的

铁质结核层，标贯达到30多，原先设计采用静压施工，因不能穿透，后

来改用锤击施工即穿透第五层达到设计持力层，

1.2.3.选用的桩机能量大小应与设计要求、桩径、桩长与地质情况相匹配,

即桩机选型、配重应符合施工要求。

1.2.4制定合理的施工方案，并根据桩的入土深度不同而采取不同施工

流水线，宜先长后短、先高后低。

•若桩较密集，且距建筑物较远，场地开阔时，宜从中间向四周进行:

・若桩较密集，场地狭长，两端离建筑物较远时，宜从中间向两端进行;

•若桩较密集，且一侧靠近建筑物时，宜从相邻建筑物的一侧开始，由

近向远进行；

・桩数多于30根的群桩基础，应从中心位置向外施打；

・承台边缘的桩，待承台内其他桩打完并重新测定桩位后，再插桩施打；

•有围护结构的深基坑中的管桩，宜先打桩后再做基坑的围护结构，

1.2.5如产生“假凝”现象时，应使终压值大于设计极限承载力的1.2〜

1.5倍，间隔一段时间以后可继续打下去，这样就会满足要求。

2.0锤击沉桩桩身破坏

2.1桩身在沉桩过程中发生破坏的现象比较常见，现有统计资料表明，其

发生的几率一般在5%以上，占沉桩质量事故的比例可达50%以上，锤击沉

桩桩身破坏的主要因素是：

2.1.1桩的制作质量差。一般来说，由于PHC管桩是工厂流水化生产的,

质量检验比较严格，桩身质量大多数是有保障，但也不能说保证桩身质

量绝对不会出问题，事实上，不少极限承载力达不到设计要求的桩正是

由于桩身质量问题所导致的。主要表现为：

・制桩原材料质量差；

・制作工艺不符合规范要求，离心密实操作不当；

・配合比不当，水灰比控制不严，混凝土强度达不到要求；

・蒸汽养护时蒸养制度不当引起混凝土脆性破坏；

•管桩制作时，桩头严重跑浆，形成空洞等。

2.1.2锤击沉桩时，操作不规范，主要是：

・打桩锤选用不当，倚重倚轻，或将桩头击碎或疲劳破坏；

・施打时桩锤、桩帽和桩身轴线不能保持在同一中心线上，产生偏心锤

击；

・桩帽太小、太大、太深或与桩头尺寸偏差太大，所以应选择合适桩帽；

・桩帽衬垫材料太薄或未加衬垫，或未与时更换;

•遇到孤石、硬岩面时继续猛打;

•在厚粘性土层中停置间歇时间太久再重新施打。

2.2解决锤击沉桩桩身破坏的主要办法：

・施工过程中应先加强对桩身原材料的检查验收。

・严格执行沉桩操作规范，正确施打。

・如果桩头被击碎，桩基承载力经验证满足设计要求即可，否则要补驻；

・如果是桩身被打断，只有通过补桩。

3.0静压沉桩桩破损

3.1PHC桩在施工中，桩破损有桩身破损与桩端破损两种形式，或两者的

组合型破损（包括断桩、破桩、碎桩等），一般表现为桩顶端头爆裂和桩

身混凝土爆裂。

3.2破损原因分析。

•与送桩器相接触不良的桩顶端头爆裂;

・压桩时操作不当而引起的桩身横向剪断;

・桩身尺寸超差和缺陷而引起的桩身断裂。

3.3抱压式桩机的压入过程中，桩处于3向受力状态（既有横向压应力又

有竖向压应力），桩损坏多出现在桩压入的最后阶段，不仅与桩本身的质

量有关，更与静力压桩机夹桩器的结构与钳口的特性、现场施工的工作方

式有关。

3.3.1端面破损原因分析。桩端面主要承受压桩时的反力，在接桩处的桩

端面或送桩端面，若两节桩端面平行且纵向轴线无错位，则处于对混凝

土预制桩有利的纯压应力受力状态，此时桩端面上的应力分布均匀；若出

现两节桩端面不平行或有错位时，则在桩端面上形成应力集中，除了压

应力外还存在剪应力，特别是在压桩力较大时，这时桩端面容易出现破

损现象。

3.3.2避免桩端面破损的方法是：

・控制压入桩的垂直度：第一节桩在压入前的垂直度调整，是靠机身调

平来实现的，应特别注意；

・接桩时微调行走机构，小幅度移动机身，使两节桩端面对齐;

•在桩端面加一个均压平衡桩帽，使接桩时桩端面受力均衡;

•在压桩的最后阶段，要用特制送桩器送桩，禁止使用预制桩送桩，以

减少压桩不均匀受力对被送桩的破坏。

3.3.3桩身破损原因分析。抱压式桩机是依靠径向抱夹桩身产生的静摩擦

力来克服桩压入时的压力，为此，桩身必须承受大于抵抗压桩反力而产

生的桩身径向受力。

•当对桩身的夹持力大于预制桩的抗压强度时，桩身会夹裂；

・当上、下两层夹桩油缸产生不对中的夹持力时，桩身会受到剪切而破

坏；

•当夹桩器在压桩台中摆动时，桩身也会受剪切；

・当4个压桩缸不同步压下时，桩身会受挠由而破坏；

•当同时作用夹桩力与摩擦力这种复杂受力状态产生的大主应力高于预

制桩混凝土的强度时，桩身会因强度不足而破损。

3.3.4控制桩身破损的方法:

•改变钳口材料与高强度预制桩身的材料配对，增加摩擦系数，从而减

少夹桩器对桩身作用的正压力；

・改变桩身的应力分布情况，采用二层或多层夹持式的夹桩器，使之均

匀受力，避免应力集中；

•在同一平持面上增加受力点，采用多液压缸、多点在同一桩段上的夹

持，降低每层夹持钳口的应力；

•在每层的每个钳口上采用弹性浮动夹紧技术，补偿由于桩的直径尺寸

误差与圆柱度误差而引起的桩身单点或几点受力，使每个钳口至少芍几

十个受力点，且每点对桩身的压力相近；增大每个钳口对桩身的夹紧面积,

降低桩身上单点的应力；

•同层的多个钳口在夹紧缸的作用下采用同步驱动技术，根据钳口对桩

身的力反馈进行微调，使同层钳口对桩身夹桩过程的受力均衡；

•采用夹桩力与压桩力