静压预应力管桩在软土地基工程施工中的断桩原因分析与处理

'谢华伟摘要：本文结合工程实例和工程地质状况，运用低应变动测对软土地基工程中预应力管桩施工效果进行了分析，在此基础上对偏桩断桩产生的原因进行了详细阐述：并针对性地对施工过程中偏桩断桩预防和补强加固处理措施进行了深入的探讨，并得出了具体结论。关键词：静压预应力管桩；软土地基：断桩：低应变动测：处理措施+中图分类号：TU473.13文献标识码：B文章编号：1008-0422(2009)05-0228-021前言由于成本低、易制作、桩身质量可靠与完整性较好、施工对周围环境扰动较少等优势，预应力管桩在软土地基工程中得到了广泛使用。但在软土地基中采用此类管桩时，应对沉桩施工的挤土效应、对桩及周边环境的影响有充分考虑，以避免因基坑开挖不当引起预应力管桩的破损和倾斜。 2工程概况湖南某工程项目为15层框架结构及多层框架结构住宅为主，大部分工程桩采用静压式预应力混凝土空心管桩，桩型分别为PHC－5D0(100)设计承载力特征值为1100kN；PHC-600(100)设计承载力特征值为‘1450kN；PHC-400(75)设计承载力特征值为800kN；以⑥c粉质黏土层作持力层，桩端进行持力层深度不少于100cm；其余部分高层住宅采用钻孔灌注桩。依据该场地岩土工程勘察资料，场地的表层为2～3m厚的新松杂填土及塘泥，其下为③层10～15m厚流塑状淤泥质粘土，再以下为O2含砾粉质黏土层等性状较好的土层。3静压预应力管桩施工效果分析 3.1土体开挖前静载测试分析该工程打桩工作完成28d后，在基础土体开挖前，对部分桩作了静载试验。56#试桩设计承载力特征值为1450kN，试验最大荷载为2900Kn，在最大荷载下的累计沉降为1630mm，试验表明该试桩的单桩竖向抗压极限承载力不小于2900kN，56#。2.2用反射法对偏位倾斜桩的低应变动测结果该项目4#楼设一层地下室，基坑开挖深度达3～5m时4－1～4-9轴/4－A～4-H轴即出现大量预应力管桩偏位倾斜情况，偏位比例占总桩数的10％～60％。而偏位桩达60％的集中在场地南侧中部，相当一部分工程桩有不同程度的桩顶偏位和断裂情况；具有代表性的断桩和偏位桩的实测曲线(曲线中Vmax为波形的最大绝对值)。同时经现场测量检查，最大偏位达1.95m，大部分偏位在1.0m左右；经对4#楼95根基桩的低应变检测后发现，其中60根桩为断桩，断裂面除个别在距桩顶3～4m处，其余大部分在距桩顶10m左右处。3.3静力压桩工程断桩偏桩的原因分析1)场地土质差是重要的原因之一，根据勘察资料，本场地表面分布为2～3m的回填土，土质差，成分杂乱，回填土 下的③层是淤泥质土，厚度为10～15m，呈流塑状，对桩的侧向位移限制能力差。2)静力压桩工程是对场地的要求最为严格的桩基工艺，场地表层或浅层内不能有十分软弱的淤泥质土，因为淤泥质土会使自重大而与地接触面积相对较小的静压桩机“陷机”，总重即达百t甚至数百t的静压桩机极易破坏浅表层的土体结构，加上埋深仅1～3m左右的高地下水位，造成严重的无法进行正常施工的“橡皮士”现象，这样施工时一方面机身容易倾斜，压桩时使管桩不能垂直受力，造成抗弯剪能力很差的管桩断裂，另一方面自重极大的静力压桩机行走时产生的水平挤应力极易转递或直接作用于管桩桩身上部，其剪力随着桩顶面与地面的减小而增大，从而使送桩较浅的管桩上部断裂，造成质量问题。3)静压桩为挤土桩，在持力层即可挤密的粉土、粉砂层中，先压入桩体对桩周土越挤越密，作用范围也越来越大，即使先压入桩体能达到预定标高，后压入则越来越难，以致于桩顶标高不一，而对于多桩承台，因为桩位分布较密集，桩下沉时所产生的超静定孔隙水压力和挤土效应更为显著，所以承台桩问题更为严重。设计中未采用PHCC80及以上、抗弯剪性能稍强的AB型、壁厚9cm的高强管桩，也加剧了裂缝、断裂现象的发生：桩偏长增加了压人持力层的难度，减小了可施工性。 4静压预应力管桩断桩预防与处理措施从以上断桩偏桩的原因分析可以看出，发生断桩的主要原因在于土质及施工方法，其断桩预防与处理措施如下：4.1静压预应力管桩断桩、偏桩预防措施目前，多层建筑采用较多的预应力混凝土管桩是(p400～600，这类桩桩身抗变形能力较弱，其抗裂弯矩是39～50kN〃m，极限弯矩是55～86KN〃m，由于此地区浅层土体性质较差，主要为流塑状的淤泥或淤泥质粘土，抗剪强度极低，基槽开挖或沉桩挤土引起的土体位移极易使管桩发生倾斜或断裂，所以，预防断桩应从设计和施工方面采取积极预防措施：1)提高混凝土管桩的抗折刚度。如通过对基坑周围的薄壁管桩进行灌芯来提高管桩的截面模量；通过加强土体位移方向的地梁刚度，从而加强管桩间的相互连接。2)控制布桩密度，以减少大面积挤土引起的土体位移对管桩的水平挤压。3)合理安排打桩路线。如采取先施工场地中间，再施工周边等顺序，可以使挤土效应向四周均匀释放。4)保证预应力混凝土管桩接桩时的焊接质量，避免因焊 接质量问题引起的桩身缺陷。5)合理确定桩架配重。如沉桩中由于桩架配重不足，产生抬架，极易引起桩身失稳，从而使管桩折断或开裂。6)基槽开挖至桩顶约1.0m左右时，用人工开挖代替机械操作，以免机械操作不当引起桩身折断。4.2预应力管桩纠偏和补强加固措施预应力管桩断桩可分为折裂断桩及错位断桩，一般工地中通过处理可重新利用的大多为折裂桩断柱。经测量，桩顶位移a均在1.0m以上，倾斜角度a=14°～19°。经计算，折断部位大部分在桩顶下3～10m处。本工程静压预应力管桩纠偏复位及补强施工在监理单位全程监控下进行。按照《建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB50202-2002)》要求，结合管桩倾斜断裂情况，采取钻孔掏土，桩顶水平向推顶牵拉的纠桩工艺。然后采取桩孔内插钢筋笼浇捣混凝土的补强措施，通过掏土应力释放孔桩顶拉扶正，采用钻清孔至缺陷位臵下3m，放臵钢筋笼，浇注高标号C40混凝土补强：对于断裂深度在10m左右的桩，在满足上述的前提下，还必须确保清孔至④a层面以下50cm。纠偏补强以控制清孔深度、确定补强深度、管桩断裂处的错位量和桩位偏差为主。清孔深度应断断裂面下不小于3.5m，管桩断裂处错位量不大于1.5cm。桩顶标高偏差不大于5cm， 桩身倾斜在满足桩顶偏位作为纠偏参考。对于桩顶偏位过大的桩则有可能折断、错位，应采取补桩措施。4.3纠偏效果分析挑选补强前低应变动测较严重的一根桩经纠偏补强后进行静载试验，在最大荷载2900kN下的桩顶累计沉降为15.80mm，试验表明该试桩的单桩竖向抗压极限承载力不小于2900kN。5结论从以上对偏桩和断桩的检测和补强措施可以看出，在流塑状淤泥质软土较厚的场地，预应力管桩的应用要注意不能布桩过密、沉桩过快，同时在沉桩前应布打适量的应力释放孔；沉桩时还要有合理的施工流程线路。对基坑土方开挖要坚持分层、均匀、对称的原则，并注意坑中土的堆放高度与放坡率过陡，施工中要加强监测工作，尽可能避免因桩偏斜、损裂、折断所造成的损失。 参考文献：[1]JGJ106-2003,建筑基桩检测技术规范[S]。[2]建筑地基处理技术规范，JGJ79-2002[s]，北京，中国建筑工业出版社，2002，。[3]既有建筑地基基础加固技术规范JGJl23-2000，北京，中国建筑工业出版社，2002。[4]建筑地基基础工程施工质量验收规范，GB50202-2002[s]。'