静压预应力管桩质量问题分析及处理探讨

静压预应力管桩质量问题分析及处理探讨
皮春生
摘要：预应力管桩以其对地质条件适应性强、承载力高、单位承载力造价低、施工速度快、工期短、监理难度小、检测方便等特点而被广泛运用于基础工程中。本文结合工程实例，就管桩施工中的常见质量问题进行分析，并提出相应的防治措施与处理方法。
关键词：预应力管桩；施工问题；处理方法
1 工程概况
某住宅小区工程总建筑面积38200m2，为 5～7 层多层住宅，结构形式为钢
筋混凝土框架结构本工程采用静压预应力高强度混凝土管桩（PHC），其中 5#楼基础 PHC 管桩共 347 根（ZH-1.3）桩型号： PHC-400 (95)-AB-CB-C80-L（桩长），配十字型桩尖，具体力学参数见表1。桩端持力层为⑤层粉质粘土层，桩进入⑤土深度不小于6.0m，试桩报告提供的单桩承载力特征值为1000kN。
表1 静压预应力高强度混凝土PHC-400 管桩参数
桩编号壁厚（mm）截面模量 W （106mm3）配筋率（%）抗裂弯矩 Mk(kN • M) 极限弯矩 Muk(kN • M)
PC.A400(75) 75 5.326 0.58 52 77
PC.AB400(75) 75 5.326 0.82 63 104
PTC.400(60) 60 4.776 0.55 39 55
2 预应力混凝土薄壁管桩常见质量问题分析
预应力混凝土薄壁管桩在桩压入过程中，以桩基本身的重量和配重作为反作用力，克服压桩过程中的桩侧摩阻力和桩端阻力，当管桩在竖向静压力作用下沉入土中时，桩周土体发生急速而激烈的挤压，土中孔隙水压力急剧上升，土的抗剪强度大大降低，桩身很容易下沉。
静压管桩基础的施工质量虽然较沉管灌注桩锤击桩等施工方法稳定，但由于其工序多涉及面广，在全过程中，稍有不慎或把关不严，就会造成质量事故或质量隐患，教训也是屡见不鲜的影响桩基施工质量的因素有多方面，如：地质勘探资料的局限性地质情况的不可预见性桩身的高脆性桩身材料预制或压桩施工管理不完善等。
因此，静压管桩桩基工程的施工应全面考虑各种可能影响因素，细致地做好各项事前控制工作，将隐患扼杀在摇篮中，同时也有利于工程进度和造价的控制。
3 静压高强预应力管桩施工技术及质量控制
3.1 静压管桩施工工艺流程
定桩位（测量、编号、复核）→桩机到位（确定型号、标定技术参数）→ 吊桩、对中（控制吊点、直度）→ 焊桩尖（查焊接）→ 压第一节桩（确保桩垂直度）→ 焊接接桩（查电焊工资质、焊条、焊序、焊接层数、质量、自然冷却时间等）→压第N节桩（进行全过程测量、调控）→ 送桩、终桩（对送桩压力与标高进行双控）→ 移机（地压耐力、压桩顺序）→ 截桩（锯桩器截割）→记录核查压桩及桩基检测相关资料。
3.2 静压高强预应力管桩施工
施工单位安排1台 YZ-160 型静力压桩机和 QY-16 t 吊车各1台，并配置2台二氧化碳气体保护电焊机进场施工。施工管理人员和作业工人配制齐全并全部就位。主和监理成立5人监督小组，对压桩过程进行全程跟踪，并对每根桩的桩身质量、沉桩和收桩过程进行旁站检查。
桩过程中，粉质粘土层中有一层 1m 左右厚含砾中粗砂，当桩头进入后，力表读数便快速上升，并且机身开始抖动，有少部分桩出现断桩。后来通过加大桩机配重，并在遇砾砂层时及时调整静力，采取忽停忽压的冲击施压法，使桩缓慢下沉穿透砾砂层。另外，有一部分场地⑤ 层土起伏较大，当桩头遇岩层压力加大。使桩的侧向受力加大时，侧向受力会造成桩头突然折断针对这种情况，施工人员采取相应措施，要求主机在桩头接近⑤层土时放慢沉桩速度，当压力表值快速上升时及时调低压力，用较小压力反复压平桩头土层，待桩头进入⑤ 层土后，再加压力值至终压值。
3.3 静压高强预应力管桩施工质量控制措施
3.3.1 压桩前的质量控制
1）审核施工方案。主要看其施工人员配备及持证上岗情况；选用的压桩机型是否符合场地地质情况、是否符合设计图纸中选用的管桩规格及单桩竖向极限承载力的要求；压桩顺序安排是否符合建筑桩基有关技术规范要求；质量、安全、控制措施是否到位等。
2）现场检查压桩机是否安装调试好，油压表是否按期检测，配重是否满足大于 1.2 ～1.5倍单桩竖向极限承载力的要求，是否会产生沉机、走位等现象；边桩角桩是否有足够压桩位置和是否会对邻近建筑物产生侧向挤压影响；施工现场架空和地下障碍物是否已经处理。
3）管桩进场时应检查其出厂合格证检验报告和产品说明按不同规格长度及施工顺序合理堆放在坚实平整的地上（般宜单层堆放，叠层堆放时不得超过4层），并采用可靠的防滚、滑措施。
表2 不同持力层及压桩力的静压桩参数
桩号桩长（m）持力层压桩力（kn）
70# 24.1 ⑤e 粉质粘土夹粉砂 1358
96# 34 ⑤e 粉质粘土 593
218# 34 ⑤e，粉质粘土 844

4）检查电焊条、焊丝、桩尖等其他进场材料质量证明文件，并现场核对实物。
5）复核轴线、桩位、控制标高的准确性。桩位复测允许存在偏差值，单桩为10mm，全桩为20mm桩位可用打人短钢筋、系上红色胶带和洒一圈白石灰水来做醒目标志。
6）正式压桩前应组织设计、地质、建设、监理、质监和施工等单位在现场共同进行工艺性试压桩，以确定持力层强度、桩长、终压值、复压次数和复压时沉降量等收桩标准的重要参数。
3.3.2 压桩过程中的质量控制
1）桩在起吊时应保持平稳，保护桩身质量，避免砸、撞、拖造成断裂，起吊时同时检查桩身有无裂纹，是否完好，对断裂桩进行报废处理，桩在现场翻运后堆放平整。
2）应严格按照施工方案及有关技术规范的要求进行施工施工顺序应考虑群桩的挤土效应，一般不同的桩基应先深后浅、先大后小、先长后短；同一单体建筑或全桩承台应先施压场地中央的桩，后施压周边的桩；当毗邻其他建筑物时，由毗邻建筑物向另一方向施压；如周围为基坑的支护时，其支护结构应在主体桩施工完成后再行施工。
3）第一节桩吊桩到位后应核对其桩心是否对准桩位中心，若地面土体被桩机碾压变形导致桩位标识位移时，应重新拉轴线确定桩位。
4）当管桩插入地面 1m 左右或接桩时施工人员应利用桩机驾驶室现地面垂成 90。的侧面进行观察，调整好桩的垂直度，垂直度偏差不宜大于0.5% 在施压桩过程中决不允许用桩机拖桩来调整桩位和垂直度，以免造成桩倾斜、折断，从而影响成桩的质量。
5）为防止由于桩管内水渗入至持力层使其风化岩岩体软化，发生管桩承载力下降、沉降加大的现象，焊接桩尖时焊缝应饱满连续，并在第一次接桩前向下节管桩内灌人 1.2m ～1.5m高的素混凝土。
6）管桩对接前应用钢刷将上下端板清刷干净，用导向箍引导上节管桩就位，使上下节顺直后才开始施焊、焊接时，宜先在坡口圆偶周上对称点焊4～6 个点固定，拆除导向箍后再行施焊，焊接层数不得少于二层，并且焊缝应饱满连续，焊好后应自然冷却 8min 以上方可施压，严禁用水冷却和焊接后立即施压。
7）沉桩过程中应根据地质资料和设计图纸要求进行控制沉桩速度不能过快，一般控制在每分钟 1.8m 左右为宜；沉桩过程中，当桩尖遇到硬土层或砂层而发生沉桩阻力突然增大时，可采取忽停忽压的冲击施压法，使桩缓慢下沉直至穿透硬土或砂层。遇到持力层岩面起伏较大时，可采用调整静压力或反复施压法使桩尖逐渐进入岩层内，然后再加大静压力，这样就可以避免桩头侧向受力较大而发生断桩现象沉桩过程中除接桩停留外宜连续施压，接桩停留时间也不宜大于30min。
8）在沉桩过程中如果压力值突然下降、沉降量突然增大或桩身污染倾斜、跑位，可能是断桩，对于配置封口型桩尖的管桩，可通过吊线垂丈量桩长或吊低压照明灯直接观察来判断是否断桩。沉桩过程中如有断桩、桩身混凝土出现裂缝、地面隆起、邻桩上浮或压桩至设计桩长但仍未达到收桩的终压值要求，或终压值满足收桩要求但桩长不能达到设计要求时，应与设计地质等有关单位人员联系，分析原因采取相应措施处理后方可继续压桩、压桩时如遇地下障碍物，可根据其深度分别采用除障、引孔、避让等措施解决。
10）压桩过程中应采用水准仪定点、定入定仪器，对已完成的桩点标高及时测量，待压桩全面完成后，再行复测，如两次测量差大于20mm，表明浮桩较严重，必须复压
11）压桩时应合理配制桩长，尽量使同一承台桩接头位置相互错开，并避免接桩时桩尖处于砾砂层内。截断后的短桩被重新利用时其长度不宜小于 3m，同时要认真检查其是否有裂缝，当需要送桩时，送桩深度不宜大于 2 m。
12）沉桩过程中应认真观察压力表读数，做好原始数据纪录。记录所压桩号、节数，每节配桩长度，每节桩压力表的读数和稳压时贯人度、终压值等，以判断桩的质量和承载力，防止错压、漏压现象发生。
13）收桩是整个压桩过程的关键，应严格按照工艺试桩确定的收桩标准要求进行，一般情况下，桩长应达到设计图纸要求，终压值略高于2 倍单桩承载力特征值，然后利用 2 倍单桩承载力特征值进行3～5 次复压，每次持荷时间1min ～2 min，其最后两次沉降量总和应小于设计要求或小于5mm。
3.3.3 基坑开挖阶段的质量控制
基坑开挖时可根据桩的分布密度，利用不同型号的挖掘机与人工挖土相结合的方法进
行。挖土过程中机械设备严禁靠近桩身；深基坑压桩完成 2 周以后才允许开挖，并应采取分层均匀、对称方法开挖，及时去除桩间土；严禁将土堆放在基坑边坡附近，以减少桩侧土的侧向位移，防止桩位移或折断。
3.4 桩基检测
桩基检测采用低应变法来判断桩身完整性，用单桩竖向抗压静载试验确定单桩竖向抗压极限承载力抽检数量应根据建筑物的重要性地质条件成桩质量可靠性和相关规范规定来确定一般先取20%以上且不得少于10 根有代表性的桩做低应变检测，对于3 桩或 3 桩以下承台抽检桩数不得少于1 根低应变检测完后，应根据其检测结果，选择有代表性的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类桩做静载；静载试验的检测数量不应少于 3 根，且不宜少于总桩数的1%，当工程总桩数在50 根以内时不应少于2 根；静载检测完后，用Ⅰ类优质桩Ⅱ类合格桩的静载试验结果来统计工程桩承载征值；对于Ⅲ类有问题的桩应进行验证后酌情处理； Ⅳ类不合格桩必须进行处理本工程打桩结束后，从现场选取3根不同持力层及压桩力（见表2）的工程桩进行抗压静载试验，最大检测荷载取二倍单桩承载力特征值，约 1500kN 根据Q--S试验曲线分析，单桩的抗压极限承载力均达到 1500kN，分析曲线见图 1，同时，抽取 13 根不同压桩力的桩进行高应变动测，极限承载力均达到设计要求。
4 静压管桩施工安全控制措施
建立健全的工程项目有关安全管理制度，对于所有进场施工人员进行上岗前的安全文明
教育和安全技术交底，并核对特种作业人员上岗证，具体安全措施如下：
1）桩机安装完成后，应组织相关人员进行检查验收。主要检查各部件在空载时运转是否自如，有无异常响声，有无振动破坏现象，配重铁块是否锁紧，并检查用电没备是否安装了漏电保护开关，电缆是否有乱搭、乱接及拖地现象等。
2）压桩作业时，非工作人员须离桩机 20m以外：施工人员应配齐各就各位不得随意串岗或进行与作业无关事情；起吊重物时需有专人指挥，且起重臂下严禁站人。
3）起重机其中范围不得超过起重性能规定的指标、起吊管桩时，索具应吊在管桩 0.3L （L为管桩长）以上位置，但离桩端必须大于 1m；起重机吊桩进入夹持机构后，在压桩开始之前，起吊钢丝绳必须放松，压桩时则随沉桩速度不断放松，使吊钩始终处于不受力状态，最后通过司索工人工脱钩，这样既可以避免拉断钢丝绳或拉弯起重机吊臂，又可避免因强行摆臂脱钩或过长的管桩倾斜造成管桩折断，从而发生断桩从高处倒下的意外事故。
4）接桩焊接用焊机操作时应加装防护罩，并没有专用有效地线；各种气瓶应作标识，气瓶距明火点10m以上，气瓶间距必须大于5m；气瓶必须加防震圈和防护帽，其使用和存放时严禁平放或倒放。
施工的桩头上面要加盖，以防行人或杂物等掉入。
5 结束语
综上所述，在静压高强预应力管桩施工过程中，应充分考虑各种影响因素，尽可能估计到可能发生的问题，在其应用过程中，只要严格落实现有各项技术规范、措施和有关经验，同时在施工过程中不断改进提高其技术应用水平，就可以很好地控制静压高强预应力管桩施工质量和施工安全。