Ⅲ类PHC管桩加固补强处理方法

Ⅲ类PHC管桩-加固补强处理方法
简析Ⅲ类PHC管桩的成因及加固补强处理方法
简析Ⅲ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、PHCФ400A-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GZY－600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，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，大
于设计规定的最大试验荷载1850KN。

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Ⅰ类桩68根，Ⅱ类桩29根，Ⅲ类桩3根。

Ⅲ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、Ⅲ类管桩裂缝成因分析
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。

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、Ⅲ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Ⅲ类管桩处理方法后，项目经理部会同设计单位的结
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Ⅲ类管桩处理方法：灌桩芯砼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5—31.5mm，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Ⅲ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Ⅲ类桩后，经过综合考虑、研究Ⅲ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Ⅲ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
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。