２０１３年总第１７１期 第１期 第３９卷・１０５・ ２０１３年２月 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－４０１１．２０１３．０１．０４７ 浅析高强预应力混凝土管桩基础工程事故分析及处理 冷时斌 （中国建筑西南设计研究院有限公司，四川成都摘要：ＰＨＣ管桩（高强预应力混凝土管桩）由于具有 桩身成型质量好、混凝土强度高、单桩承载力大、耐冲击 ６１００４１） 性能好、穿透力强、价格便宜、施工快捷且采取静压施工 现桩身破裂甚至折断。 （６）场地基岩变化较大，基岩断面坡度较大。存在的 桩未打到地勘资料反应的标高。 时对周围环境影响小等优点而被广泛应用于多层及高层建 筑结构的基础工程中。但由于桩身为空心，其抗剪和抗裂 性能相对较差，受地质、施工工艺等因素影响，易出现桩 体偏位、倾斜、桩身断裂等事故，从而大大削弱了基础的 承载力，因此发生此种情况后如何对基础进行加固补强就 一 成为施工中急待解决的一个难题。笔者就此类问题进行事 ｎ 故分析，提出处理方案，供同行参考。“ 关键词：高强预应力混凝土管桩（ＰＨＣ管桩）；桩质量 缺陷 中图分类号：ＴＵ４７３．１ ４ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７２—４０１１（２０１３）Ｏ１—０１ｏ５一ｏ２ ． ｎ １工程概况 某工程为带底层商业网点的住宅楼，地面以上６层， 采用底部框架一抗震墙结构体系。场地属岷江Ⅲ级阶地， 为河谷坝地及浅丘陵地带，区域地层主要为中生界白垩系 和第四系，主要岩性为泥质砂岩夹少量泥岩、砂岩及第四 系松散层。场地地基土组成结构复杂，各土层层位变化较 大，地基土不均匀。场地地基土分层：素填土、粉质粘土、 淤泥质土、全风化泥质砂岩、强风化泥质砂岩、中风化泥 质砂岩及微风化泥质砂岩，地基土中素填土、淤泥质土层 厚很大。工程按抗震设防烈度７度第一组设计，设计基本 地震加速度０．１０ ｇ，设计特征周期０．３５ ８。建筑物为标准设 防类（丙类）建筑，结构安全等级为二级．地基基础设计等 级为丙级，底层框架一抗震墙结构中，框架及抗震墙的抗 震等级均为二级。基础方案经过经济、技术方案比较，采 用高强预应力管桩基础，管桩采用ＰＨＣ—ＡＢ４００（９５）一Ｌａ 或ＰＨＣ—ＡＢ５００（１００）一Ｌａ，以中风化泥质砂岩为桩端持力 层。试桩过程中未发现异常情况，但在大面积桩基施工过 程中，多次出现管桩移位、倾斜等异常情况。 ２管桩移位和倾斜原因分析 ２．１ 自然因素 （１）场地回填质量不高，填土内存在大直径的块石等 坚硬物。桩入土后桩尖遇到大块坚硬障碍物后造成桩体倾 斜。 （２）由于地基土上部土层均为新近填土，土体松散、 欠固结，土体强度及稳定性低。因此对桩身约束很小。 （３）土质较差，桩身范围有４Ｏ一７０％处于淤泥质粉质 粘土，淤泥质土抗剪强度低，属于高灵敏度、高压缩性的 土层，而且压桩时所产生的应力，以能量的形式存在土中。 （４）桩基施工扰动地基土，地基下部淤泥质土层灵敏 度高，受扰动后，上部填土强度明显下降。 （５）桩基施工时所产生的挤土效应，使得桩侧土的非 对称侧向推力增大。由于ＰＨＣ桩抵抗水平荷载能力差，在 侧向主动土压力作用下，发生侧向位移，情况严重时会出 ２．２人为因素 （１）施工方法及沉桩顺序不正确。不同深度的桩基应 先深后浅、先大后小；同一单体建筑，一般要求先施打场 地的桩，后施工周边桩；当一侧毗邻建筑物时，由毗 邻建筑物处向另一方向施工。 （２）未作好施工中的垂直度控制。当管桩插入地面和 接桩时施工人员要用两台经纬仪或线锤，在两个成９Ｏ。度的 侧面观察，调整好桩的垂直度，再开始沉桩，垂直度偏差 不宜大于０．５％，在施打过程中，不允许用桩机随意移动， 以免桩倾斜而影响桩的质量。 ３处理措施及方案 首先是进行桩的可用性评定，以便确定哪些桩可用， 哪些桩不可用，把损失减少到最低；然后本着保证质量、 技术合理、节约工期、经济合理的原则，从设计和施工等 方面研究分析采取何种补救措施，同时对未偏移的桩注意 保护，加强监控。 ３．１确定影响区域和影响程度 采用测定桩顶的水平偏移和垂直度偏差来确定影响区 域和影响程度。 ３．１．１测量桩的水平偏移 用全站仪将建筑物的轴线引至基坑内，根据桩的定位 图，用钢尺测量出所有偏位桩偏离轴线的方向和大小，标 注在桩位图上，并绘出管桩水平偏位图，作为依据之一。 ３．１．２测量桩的垂直度偏差 桩的垂直度偏差也是反映桩偏位程度的一个重要指标。 采用１ ｍ长的线锤间接测量垂直度；或通过测量桩顶平整 度等方法，然后换算成垂直度偏差。根据垂直度偏差和水 平偏移可大体估算出桩的断裂位置，初步确定影响程度。 ３．１．３桩身的完整性检测 采用基桩低应变检测，较为准确地反应偏斜基桩的桩 身完整性，确定桩破损位置，进一步分析桩的偏斜破损原 因，并对破损桩进行分类、处理。以及对合格桩的承载力 检测（对判定为Ｉ、Ⅱ类且桩身偏斜较大的桩也应设为检测 桩实测其承载力）。 ３．２处理措施的确定 根据以上测试结果以及现场的实际情况，经设计、施 工、监理、业主单位共同深入商讨及相关专家充分论证后 一致认为：①重新打入ＰＨＣ桩的方案不可行，不仅施工上 无法实现，而且即使实现也会对原有未偏位或未断裂的桩 产生挤压效应，造成更大的问题，且费用也会很昂贵；② 采用原ＰＫＣ桩补强、加强承台梁、钻孔灌注桩补强相结合 的方案在施工、技术以及经济上均可行，且不影响施工工 期，对外界无影响。 （下转第１０８页） ，，之 材 ・１０８・ ２０１３年第１期 第３９卷总第１７１期 ２０１３年２月 表３ 含水层渗透系数计算成果一览表 选用 公式 （２—１Ｏ） 试验 单井出水量 至边界距离 至边界距离 两侧边界和 影响半径 含水层厚度 静水头高度 动水头高度 Ｑ ｂｌ ｂ２ ｂ Ｒ０ Ｍ Ｈ ｈ 井号 （ｍ ／ｄ） （ｍ） （ｍ） （ｍ） （ｍ） （ｍ） （ｍ） （ｍ） ３．２ １４９．０４ １２．２ １２．９ ２５．１ ｌ２．２ ４．５０ ６．Ｏ５ ２．４６ 计算Ｋ值 （ｎＶｄ） ７．６Ｏ ３＿４ ２２８．２４ ３１．４ １４．５ ４５．８ ３１．４ ３．４５ ３．４５ Ｏ．９５ （２～１１） ６６．８ 渗处理，市政建设也曾采取过地下水防渗堵截措施。各种 ５本次试验影响因素的分析 经前述在建立本次试验的相关水文地质模型的基础上， 进行了相应的渗透的计算，计算结果分别为：Ｋ基坑 ：７．６０ ６结ｍ／ｄ，Ｋ 外＝６６．８ ｍ／ｄ。计算取得的渗透系数，与南昌地 工程建设引起区段内地下水含水层及地下水的补径排条件 的变化，存在导致区段内地下含水层渗透性降低的可能性。 论 区内同类含水层渗透系数８０—１００ ｍ／ｄ经验数据比较，相 对均偏小，分析认为主要受本次抽水试验下列因素有关。 （１）基坑内侧主孔抽水过程中，基坑土方已经开挖施 工、基坑内大面积管井降水已一个月有余，受场地下水的 ，试验期间其他降水管井也在进行施工降水作业，存 在着疏干地下水的过程，理论上基坑内水流量要比现今实 际抽水试验流量要大一些，水位降深也会相对较小，所以 本次基坑内通过试验计算所得的含水层渗透系数比实际情 ｈ．ｍ 况会偏小。（１）因本次试验正值赣江最枯时段，试验地段支护体 系止水帷幕虽存在局部渗漏通道，但试验期间的渗漏量、 渗漏速度与相关连通性表现为不甚明显，但至次年３—５月 份期间，赣江水位处于长期高水状态，且其最高水位较现 在上升可达１０ ｍ，丰水期间的常水位也在１７ ｍ左右，高出 现阶段河水位约达６ ｍ，基坑内外侧水头差将大大增加，存 在导致止水帷幕薄弱的段贯通的可能。因此在坑内降水的 （２）试验期间正值赣江枯水时段，同期内赣江河水位 同时，基坑外侧也宜设置相应数量的工程降水井点，备用 进行开挖期间的坑外降水。 （２）因止水帷幕存在局部通道，故基坑内降水不宜采 用固定储水量疏干开采设计模式，宜按有一定补给条件下 的渗透系数计算模式。 （３）综合上述分析，考虑不利条件下工程的安全性保 障，所以建议渗透系数取用值为：Ｋ 坑内＝４０ｍ／ｄ，Ｋ ＝ １００ｍ／ｄ。 ３．３．３承台梁加强 ｆＩＤ：７９１６１ 材 ． 标高在１１—１２ ｍ左右，与本次坑外试验井的水位（１１．８５ ｍ）较为一致，由于赣江水位低，造成含水层厚度变薄，以 至抽水试验降深偏大，主井出水量偏小，所以计算出的渗 透系数相对偏小。 （３）据调查访问，附近地段赣江大堤可能曾进行过防 （上接第１０５页） ３．２．１桩身加固 考虑用加强承台梁的方法来调节荷载在桩之间的分担。 对缺陷桩进行加固，主要是使桩身能抵抗附加弯矩， 加强桩身抵抗弯矩的能力。对于偏位不大的Ⅲ类桩或部分 Ⅱ类桩，采用以下加固处理。 原设计承台梁多为拉结作用梁，可考虑把拉结构件修改为 受力构件，调整承台梁的高度、宽度和配筋，这样通过承 台梁加强基础的整体刚度，起到一定的调节作用。 （１）在预应力管桩桩芯孔内灌注钢筋混凝土桩芯，对 于缺陷桩桩身发生倾斜所产生的弯矩由桩身与灌注钢筋混 ４处理效果 凝土桩芯或桩身与钢管混凝土桩芯承担。｝昆凝土内需掺人 定量的膨胀剂，使之与原混凝土管壁紧密结合。 一（２）对于管桩桩身倾斜不小于２％的缺陷桩还要采用 降低单桩竖向承载力的方法进行复核。复核原设计的单桩 竖向承载力的安全储备，若原设计的单桩竖向承载力的安 全储备能满足需降低后单桩竖向承载力的要求，只采用桩 芯孔内灌注钢筋混凝土桩芯的方法加固；否则除了采用钢 筋混凝土桩芯的方法加固外，还要新增加桩，保证满足原 设计基础承载力要求。 采用以上措施对管桩桩基进行处理后，取得了良好的 效果。通过桩身加固处理后的桩，经检测均达到Ⅱ类桩及 以上标准。混凝土钻孔灌注桩声波透射法进行检测，检测 结果为桩身结构完整性合格；其中３根桩进行了单桩极限 承载力静载试验，检测结果为合格。根据Ｘ号楼沉降观测 结果，结构封顶后最大沉降量经设计计算确认，ｘ号楼结 构封顶后沉降满足设计要求。投入使用后，至今未见异常。 ５结束语 经过近几年的实践，高强度预应力混凝土管桩（ＰＨＣ） （３）灌注钢筋混凝土桩芯。对影响区域内断裂的非废 桩内插入６０１８钢筋笼，钢筋笼延伸至桩顶承台内。根据低 应变数据，钢筋笼应插入断裂处以下２ ｍ，并用６ ｍｍ厚钢板 封底。采用压密注浆工艺灌入Ｃ４５微膨胀混凝土，并保证混 以其桩身混凝土强度高，适应性广，耐冲击性能好，穿透 力强，具有承载力高，抗弯抗裂性能好，施工快捷等优点， 但桩身混凝土韧性差，偏脆性。管桩内的配筋率也很低， 只作为预应力筋使用，因此管桩的极限弯矩也较低。在施 工过程易出现偏斜等情况造成Ⅲ类桩，经过综合考虑、分 析成因，采取补强加固的措施，并结合承台梁加强，并经 过了工程实际检测，说明这种补强加固措施是有效的。既 最大限度的减少了投资成本，也避免工期受到较大的影响。 ［ＩＤ：７８４７］ 参考文献： 凝土的和易性，混凝土坍落度为１８０～２２０ ｍｍ，水泥用量 不少于３６０ ｋｇ／ｍ 。处理后的桩均需不低于Ⅱ类桩要求。 ３．２．２补桩加强法 在偏位桩或Ⅲ类桩集中及偏位较大的部位进行补桩。 通过补桩分担原设计桩的荷载，降低原设计桩单桩承载力。 必要时还要在偏位的另一侧补上１—２根桩来弥补偏心问 题。某轴线墙下桩基偏移较大，处理时在墙下附近补设钢 筋混凝土钻孔灌注桩，桩径８００ ｍｍ。单桩承载力特征值为 １ ３５０ ｋＮ，扣除负摩阻后单桩承载力特征值８５０ ｋＮ，符合该 工程需求。 ［１］ＪＧＪ９４—２００８，建筑桩基技术规范［Ｓ］． ［２］ＤＢ５１／５０７０—２０１０，先张法预应力高强混凝土管桩基础技术规 程［Ｓ］．
