1、1简析类 PHC 管桩的成因及加固补强处理方法简析类 PHC 管桩的成因及加固补强处理方法关键词： PHC 管桩、水平裂缝、加固补强 一、 工程概况 海沧育才小学二期工程综合楼位于海沧石塘村育才小学内，四层钢筋砼框架结构，建筑面积 4567.92平方米。基础设计为静压 C80、PHC400A-95 预应力钢筋砼管桩，管桩设计数量为 195 根，管桩桩端持力层为强风化花岗岩层，单桩承载力设计值为 1100KN。压桩机械选用 GZY600 型高效全液压桩机，管桩选用福建省坚实水泥有限公司生产的“坚实”牌 PHC 管桩，桩身砼强度等级 C80。 1.1 工程地质情况 根据建设单位提供的“海沧育才小学
2、二期工程岩土工程勘察报告” ，场地地层结构较为复杂，根据钻探揭露，场地土层地质情况自上而下为： 1、素填土：层厚 0.70m-4.70m，松散、稍密状，密实度及均匀性较差，力学强度低； 2、砂质粘土：层厚 0.50m-3.3m，可塑，成分由粘、粉粒和砂粒组成，力学强度低； 3、淤泥质土：层厚 0.60m-1.50m，流塑状，高压缩性土，工程性能不良； 4、粉质粘土：层厚 0.50m-0.70m，软塑状，粘性好，属高压缩性土，力学强度低； 5、含泥粗砂：层厚 0.40m-4.80m，稍密状，颗粒级配较好，力学强度较高； 6、粘土：层厚 1.30m-6.00m，硬塑状，粘性好，属中压缩性土，力学强
3、度较高； 7、残积土：层厚 0.80m-12.75m，分为残积砂质粘性土，硬塑状为主，属中压缩性土，力学强度较高， ；脉岩残积粘土，脉状分布，硬塑状，属中压缩性土，在天然状态下力学强度较高。这两种土均具泡水易软化、崩解、强度降低的不良特性。 8、强风化岩：层厚 0.10m-6.40m，厚度变化大，岩面总体由东向西倾伏，力学强度较高； 9、微风化花岗岩：揭露层厚 3.0m-5.10m，岩体较完整，为块状结构，属坚硬岩，力学强度很高。 1.2 桩基施工情况、基桩静载及低应变检测情况 1.2.1 工程于 2003 年 9 月 30 日开始试打桩 123 号桩，配桩长度 17m=10+7m，砍桩 5m
4、，入土深度 12米，压桩力 2240KN，复压三次，累计沉降量 1mm，最后一次无沉降。10 月 1 日正式开始压桩，10 月 11日完成桩基施工。在桩基施工过程中，曾出现断桩现象，共断桩 7 根，根据工程地质勘察报告，地下土层岩石斜坡较大是造成断桩原因。同时取消 4 根桩。压桩数量 205 根，有效工程桩数量 198 根。1.2.2 基桩单桩竖向抗压承载力检测方法采用静载荷试验。共抽查 4 根工程桩，现场测试时间为 2003年 10 月 22 日至 2003 年 10 月 28 日。检测结论是 4 根工程桩的单桩竖向抗压承载力均不小于 1850KN，2大于设计规定的最大试验荷载 1850KN
5、。 1.2.3 基桩桩身完整性及砼质量检测方法采用了低应变动力检测。共抽查 100 根工程桩，检测时间为2003 年 11 月 5 日至 7 日。检测结果为类桩 68 根，类桩 29 根，类桩 3 根。类桩分别为 88 号、100 号、167 号桩。 经过检查这三根桩的施工记录，其主要施工参数如下表所示：88 号桩焊缝位置与描述的水平裂缝位置比较接近，存在水平裂缝位置为焊缝位置的可能。100 号桩及 167号桩可以肯定排除上述可能性。 由上表还表明，由于在压桩过程中，沉桩的终压力数值均达到 2250KN，数值没有变化，说明管桩没有出现断桩现象，管的水平裂缝不是由于压桩过程中产生的。 二、类管桩
6、裂缝成因分析 经过工程建设各方主体的综合分析，管桩的水平裂缝成因主要有以下几种可能性。 2.1 工程地质情况的复杂性产生了水平裂缝。 由工程的地质勘察报告可知，本工程的地质情况变化较大，土层厚度变化明显，特别是残积土层局部地段孤石较发育，均匀性较差，给成桩带来一定的困难；强风化岩及微风化花岗岩层土层局部地段岩面起伏较大，给成桩的稳定性带来一定的困难。在沉桩过程中，由于桩尖体积小，容易发生偏位现象。压桩时，虽然没有造成断桩现象，但是，在桩身的表面已经形成了表面微裂缝，这种微裂缝虽然对桩竖向抗压极限承载力没有明显影响，所以，桩的压桩终压力数值上无法体现，但是在桩低应变法检测桩身完整性时则显示出水平
7、裂缝的存在。在桩基施工过程中，曾出现 7 根断桩现象，既证明了工程地质情况的复杂性，又证明了在这种情况下产生这种微裂缝的可能性是存在的。 2.2 接桩位置产生的水平裂缝。 本工程的接桩方法采用了 CO2 保护焊的接桩方式，焊接工人均是持证上岗。PHC 管桩如果采用焊接方法进行接桩，要求管桩焊缝需冷却足够长的时间，以避免焊缝遭遇到地下水立即冷却收缩，产生脆断，焊缝位置造成水平裂缝。根据 广东省管桩技术规程规定，其冷却时间要求不小于 8min。经过检查这三根桩的施工记录，除 88 号桩存在这种可能性外，100 号及 167 号桩可以肯定排除上述可能性。 2.3 压桩时 “挤土效应”产生的水平裂缝。
8、 由于地质情况的复杂性，管桩在压桩过程中，容易造成邻桩因为“挤土效应”而产生了水平剪力；另外，管桩在沉桩后，由于桩周土体已经受扰动，当重达3约 600 吨的桩机在桩顶表面行驶时，极易产生土压力从而引起水平力的产生。而 PHC 管桩抵抗水平能力较差，容易在这两种水平力的组合作用下，导致桩身表面水平裂缝的产生。这三根桩都存在这种可能性。 2.4 施工造成的水平裂缝。 压桩过程中，桩的垂直度控制不当，造成垂直度偏差，发生断桩现象。从桩的终压力数值可以肯定排除这种可能性。 送桩过程中，桩偏心，而压桩力较大，发生断桩现象。同样可以肯定排除这种可能性。 桩的运输过程中发生的断桩现象。本工程在每批次管桩进场
9、时，均有专职质检员及监理工程师进行验收，包括桩身表面验收，可以肯定排除这种可能性。 土方开挖时造成的水平裂缝。本工程桩基承台基本上中三桩或四桩承台，由于桩数量多，桩间间距小，净距为 800mm；同时，由于配桩长度不合理，造成管桩接桩数量多，长度长，土方开挖深度较深，从而桩的竖向悬臂长度大；在土方开挖施工时，没有采用分层开挖，分段截桩的施工方法，挖掘机稍微碰到桩顶就容易产生较大的弯矩，从而对桩产生了较大的水平剪力，造成了水平裂缝的产生。这三根桩都存在这种可能性。 三、类管桩处理方案的优选 根据上述水平裂缝的产生原因分析，可以采取以下处理方法。 3.1 静载荷试验方法来检测这三根桩的实际竖向承载力
10、是否满足设计要求。通过桩静载检测方法可以判断水平裂缝是由于断桩现象造成的，还是水平裂缝仅仅是桩身表面的微裂缝。对于这三根桩是否具有设计要求的竖向承载力，这是最直接的一种检测方法。但是，由于工程现场已经进行了土方开挖，整个施工现场没有完整的通道供大型机械通行。经各方建设主体研究，决定不采取这种处理方法。 3.2 补桩法。 采取这种处理方法的前提条件是已经认定了管桩已经断桩，无法满足桩的实际竖向承载力要求。同样是上述原因，桩机已经退场，现场无法通行，决定不采取这种处理方法。 3.3 高应变法。采用高应变法可以检测出水平裂缝的宽度，可以确切水平裂缝是表面的微裂缝，还是断桩现象造成的水平裂缝。但是，高
11、应变法的风险是检测过程中，由于桩锤的重量重，动能大，而管桩桩径小，极易造成桩顶及桩身的破坏，形成废桩现象。决定不采取这种处理方法。 3.4 补强加固法。 采取桩灌芯法和在承台施工时预留锚杆桩相结合的处理方法。 经过比较以上的处理方法，结合这三根桩的设计参数；同时，由于工程工期紧，工程建设各方主体的综合分析，决定采用补强加固处理方法。 四、处理方案的实施、效果验证。 4.1 补强加固方案编制及设计确认 工程建设各方主体在一致同意采用补强加固进行类管桩处理方法后，项目经理部会同设计单位的结4构设计师经过详细的讨论、研究、验证；以及在工程检测中心工程师的大力支持下，最终确认了类管桩处理方法：灌桩芯砼
12、处理和预留锚杆静压桩孔，并按以下步骤予以实施。 4.1.1 清除桩芯孔内淤泥、积水，检查水平裂缝处桩轴线上下是否同心。由于孔内淤泥仅仅存在桩的顶部，可以采用人工方法清除。桩芯孔内的积水利用“虹吸法”原理进行抽除干净。在将桩内积水、淤泥清除干净后，采用一根足够长的高强钢丝穿过一个圆钢球的中心，慢慢放入桩内，检查水平裂缝处桩轴线上下是否同心。 4.1.2 将 10 号工字钢放入桩内。工字钢的焊接部位要求避开管桩的焊接处及水平裂缝上、下各 2 米。焊缝部位要求均匀、饱满、焊缝长度及焊缝高度符合设计要求，焊缝表面焊渣清理干净。 4.1.3 桩芯砼的浇筑。 桩芯砼设计强度等级 C30 的微膨胀细石砼，砼
13、配合比如下所示： 水灰比 砂率 水泥 水 砂 石 掺合料(F) 外加剂 CEA 0.38 0.40 471 205 673 1010 67 8.20 41 水泥为“建福”牌 P.O.325R，石子颗粒级配 531.5mm，掺合料为二级粉煤灰，外加剂为 NF 缓凝高效减水剂，膨胀剂为 CEA。 由于桩孔径小，在砼浇筑管桩下部分过程中，采用细长的 8mm 圆钢伸入桩内，仔细认真插捣，以确保砼浇筑密实；当砼浇筑至管桩上部分时，采用细直径的砼振动棒振捣，以确 保砼密实度。 4.1.4 预留锚杆静压桩孔。 在三根类管桩桩芯砼灌注后，在承台施工时预留锚杆静压桩孔。同时在这三根桩的承台柱子位置上增设沉降观测
14、点，设计要求如果沉降量超过 10mm 时应进行锚杆静压桩施工。 4.1.5 这三根类管桩于2003 年 11 月 18 日经过加固实强处理后，第一次的沉降观测时间 2003 年 12 月 8 日，最后一次观测时间为 2004 年 7 月 20 日，一共观测了 9 次。88 号桩、100 号桩及 167 号桩累计沉降量分别为3mm、1mm、1mm，累计沉降量数值均较小，根据设计要求规定，没有进行锚杆静压桩施工。同时，在今后建筑物使用过程中，将继续做好沉降观测记录。 五、几点心得体会。 在管桩施工过程中出现了类桩后，经过综合考虑、研究类桩的成因及桩的设计参数，采用了桩芯灌注型钢砼和预留锚杆静压桩的
15、方法作为补强加固的处理措施，并经过工程实际的检测，证明了这种加固补强的处理措施确实起到了真正的作用，一方面工程成本减少了较大的投入，另一方面避免了工程工期受到较大的影响，从而取得了较好的效果，达到了预期的目标。通过这次类桩的加固补强处理，对今后同类管桩基础施工时，要吸取教训，首先对压桩机械要有所选择，要求尽可能选用具有双层抱压器的压桩机械，抱压器之间间距较大，可以保证压桩时桩的垂直度；其次，桩的连接采用机械连接方法，减少管桩焊5缝停滞时间，加快施工进度，经济效果佳；另外，为了避免压桩的“挤土效应” ，要求控制压桩顺序和压桩量，同时，宜加强施工过程中的监测工作；最后，在土方开挖施工过程中，要求合理选用适宜的开挖机械，有专人现场指挥土方开挖工作，尽可能避免由于开挖机械碰撞管桩而造成的质量问题。
