预应力管桩断桩事故的预防与处理

预应力管桩断桩事故的预防与处理

作者：段英丽

来源：《城市建设理论研究》2013年第04期

[摘要] 高强预应力管桩已成为沿海地区一种广泛应用的基础形式，并取得了显著的技术、经济和社会效益。但因多方面的原因，预应力管桩断桩等质量问题时有发生。本文从设计和施工等方面总结了预应力管桩的断桩原因，并提出了针对性的预防措施，并通过典型的工程实例介绍了简单实用的断桩加固方法。

[关键词] 预应力管桩；断桩；预防；加固

中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：

1．前言

预应力混凝土管桩是一种采用先张法预应力工艺和离心成型法制作的预制桩。其中

PHC(高强度) 管桩是经过高压蒸汽养护设备生产的,其桩身混凝土强度等级为C80 (或超过C80) ,按管桩的抗弯性能和抗裂度,可分为A、AB、B、C 型。管径从φ300～1000mm 不等,长度为7～15m。PHC 预应力管桩以其桩材质量好、强度高、耐施打、穿透能力强、工程地质适应性强、设计选用范围广、容易布桩、经济快捷、检测方便等优点而被广泛应用于各类建筑物和构筑物的基础工程中。但是PHC 预应力管桩亦有使用柴油锤施工噪音大,震动剧烈,挤土效应大,

送桩长度有局限,深基坑开挖后截桩余量多等缺点。沿海地区多采用锤击沉桩法和静压法进行施工。在锤击沉桩法施工中,由于受成桩工艺、机械设备、地质条件、施工人员素质等因素的影响而容易产生一些质量通病，出现断桩、烂桩现象。在工程实践中，探讨如何避免预应力管桩的断裂以及对已断裂的管桩采用费用低廉、切实可行的加固处理方法，具有较强的工程应用价值。

2．预应力管桩断桩的原因

2.1 桩身质量问题引起断桩、烂桩

由于在预应力管桩的生产过程中质量控制不严而造成桩身质量缺陷,即混凝土混合料制备、钢筋加工、钢筋骨架制作、预应力张拉、浇灌混凝土、离心成型、养护等工序的质量控制不足,造成桩身质量缺陷。主要有以下几种情况:

2.1.1 桩身混凝土抗压强度达不到规定指标要求。原因主要是: ①过分考虑节约水泥,不严格执行砼设计配合比；②原材料(水泥、石子、砂) 质量差,或质量波动大 ; ③搅拌质量差; ④减水剂质量差或减水剂偏少；⑤养护制度不严格,特别是普通蒸汽养护没有严格按“静停、升温、恒温、降温”四个过程进行,放张强度偏低,蒸压养护时恒温温度偏低或时间偏短等。

2.1.2 钢材(螺旋筋) 质量不符合要求。冷拔低碳钢丝强度低,可焊性差。预应力工艺控制不好,比如张拉时预应力损失,镦头点焊时钢筋强度损失等。

2.1.3 造成桩身质量问题的其它原因有：管桩外形弯曲削弱承载能力；管桩在脱模、起吊、运输中颠簸,工地上拖桩、翻动而产生环向裂缝；砼收缩引起拉应力超过抗拉强度时产生纵向裂缝等等。

2. 2.地质条件影响导致断桩、烂桩

2.2.1 地勘不详。施工场地内有地下孤石、旧基础等障碍物未清除干净,桩入土后,把桩尖挤向一侧造成弯桩、断桩。

2.2.2 施打中遇到硬夹层或岩层软硬突变而无过渡层,稳定性不足或岩层界面倾角引起打滑导致弯桩、断桩。

2.2.3场地地表土地耐力较差，桩机在沉桩过程中下陷，无法有效控制桩身垂直度；接桩焊接不当；桩机移动措施不当，或没有合理安排沉桩流程、沉桩速度，没有设置应力释放孔、沉桩监测，由于挤土效应，产生了后续施工对已完成的桩产生偏位和断桩。

2. 3. 施工因素造成断桩、烂桩

2.3.1 桩锤的选择不合理：例如用D40 锤打φ500mm 的桩,承载力难以保证；反过来,用D60 锤打φ400mm 的桩,尽管能保证桩的承载力满足设计要求,顺利或基本顺利将桩下沉到设计深度,但收锤标准则较难控制,且桩锤对桩身冲击压应力超过桩身混凝土极限强度的50 % ,导致断桩、烂桩,这种情况常出现是因为有些施工单位图方便不严格选锤,使用同一种锤施打多种桩型或不同直径的桩。

2.3.2基坑施工不当：

基坑开挖时，大型挖机挖铲转动时不慎碰到桩头，造成断桩；基坑内土方开挖程序未严格按照设计要求分层、分段开挖；在淤泥质土较厚地区，土体本身的流动性大，加上其中积聚的沉桩挤压力、土层中孔隙水压朝开挖方向释放，进而加剧了淤泥向开挖方向流动，又因预应力管桩对水平力的抵抗能力小，随着土体的位移而向开挖方向倾斜，如果一次开挖过深就会引起管桩的偏位、严重的产生断裂；围护不当产生边坡失稳，边坡一旦失稳，基坑壁侧向移动，将严重破坏工程桩倾斜、断桩，通常是土钉支护等支护形式容易出现这种问题。

2.3.3 桩施打时,技术处理不当。如稳桩不垂直,压入地下一定深度后,再用走架方法校正,使桩身产生弯曲；两节或多节桩施工时,连接处表面没有清理干净,留有杂质、水分、油渍等,焊接时连接件不平,有较大的间隙,造成焊接不牢；焊缝不连续,不饱满,焊缝中有夹渣等；冷却方式不对,冷却时间不够。相接的两节桩不在同一轴线上,产生了曲折,打入时接桩处局部因产生集中应力而破坏连接,造成桩身断裂。

2.3.4送桩处理不注意。送桩器与桩头衔接不好,送桩深度超过2m ,施打时仍按原收锤标准控制。

2. 4. 设计方面的原因引起断桩、烂桩

2.4.1 管桩的布置间距过小,群桩作用,桩挤压,使土体升高,导致桩拔起,出现拉断现象。

2.4.2 桩端进入持力层深度值没有根据不同的土质取,而是盲目选取,当强风化层太厚时,由于施打疲劳导致烂桩。

2.4.3 最后贯入度值取得太小, 每阵小于 20mm。锤击数量过大,大于 2000～2300 锤击导致烂桩。

2.4.4 设计中如选用桩径不当、间距过密，也容易出现断桩现象。长径比大于 100 ,接头数量过多亦易引起断桩。

2.4.5 桩型选择不当，主要是场地地质复杂时选型不当，如在硬夹层或孤石、障碍物较多的软土地区选用预应力管桩作基础，很容易碰到孤石等，施工过程中无法进入到到持力层而又不及时调整桩长就容易断桩。

2.4.6 持力层选择不当，如没有正确选择持力层或要求桩基进入持力层的深度过大而无法送桩到设计深度，或持力层岩面起伏较大而桩长不灵活调整等。

3. 预应力管桩断桩的预防

通过上述分析，结合工程实践经验，笔者认为从以下三方面采取措施可以预防断桩情况发生：

3. 1. 预应力管桩桩身质量的控制

选择信誉较好,具备生产资质,有完善质保体系的管桩厂购买管桩,管桩进场时,不仅要检查管桩的合格证、检验报告等资料是否齐备,还要进行外观质量检查,尺寸偏差检查,发现桩身开裂超过有关验收规定的,或桩身弯曲超过规定的(L/ 1000 且≤20mm) ,要坚决退掉。严格控制桩身结构强度，确保工程桩质量的合格是顺利沉桩的前提。为了确保桩身质量，要求管桩出厂前应至少有14天龄期的自然养护时间，在桩材的起吊、运输、堆放等过程中严格按照相应的施工规范要求执行，每批桩进场必须提供相应的质量保证书，桩材进场时应由桩基施工专职质检人员配合监理单位对桩身进行验收。

3. 2. 加强设计合理性