淺議靜壓預應力管樁在昆明施工中常見的幾個問題

【摘 要】本文總結(jié)了近幾年昆明地區(qū)預應力混凝土管樁的施工經(jīng)驗，對造成各類質(zhì)量問題的原因進行了分析，并提出解決、預防質(zhì)量問題的措施，以便更好地指導管樁在昆明地區(qū)的應用。

【關鍵詞】 管樁；擠土；裂縫；硬夾層；焊接；基坑開挖

1. 前言

自1920年發(fā)明離心制管工藝以來，先張法預應力管樁在國際工程界受到空前的重視。由于其為工廠化生產(chǎn)，具有質(zhì)量易為保證，單樁承載力高，貫入性能好，接樁容易， 造價低，工期短，環(huán)保好，抗震性能好等優(yōu)點，而被世界各國廣泛地用于港口、公路、橋梁、市政、鐵路、水利、工民建等基礎工程中。我國自60年代起由鐵道部率先在國內(nèi)生產(chǎn)使用PC樁。從80年代末至.90年代，管樁在東南沿海地區(qū)得到了迅猛的推廣與應用。昆明地區(qū)在2000年7月7日，首先由三合地基基礎有限公司從外省購進九根400，壁厚7.0mm，長7.0米的管樁于嚴家地村方舟綜合樓工地打了三根試樁。其采用的打樁機械為DZ-110靜壓樁機。間隔15天后，做了靜載試驗，起到了預期的效果。此后二年，管樁在昆明地區(qū)得到了廣泛的認可和應用，生產(chǎn)管樁的廠家如同雨后春筍般地在昆明地區(qū)出現(xiàn)了十多家。下面就本人在管樁施工中碰到的一些問題做一淺述。

2. 擠土上浮

管樁的擠土現(xiàn)象雖然沒有預制方樁嚴重，然而由于“管塞效應”，進入樁管內(nèi)的土是很有限的，據(jù)本人測試，管徑400mm，壁厚80mm的管樁在金蘭小區(qū)工程及云南省旅游局綜合樓工程中，進入管樁內(nèi)的土層高度只有1.4-2.0米，大部分的土層還是被擠到了周圍。昆明金蘭小區(qū)工程設計為PC-A400（80）型管樁基礎，樁長為10、18、30米三種?？倶稊?shù)1601棵。施工中發(fā)現(xiàn)大部分樁被抬升了8cm，部分達到12cm。離施工場地西部7.0米的一堵圍墻被擠裂，為此組織有關專家對此進行了分析。該工程地質(zhì)情況如下：

①耕植土厚0.4米；

①-1人工填土厚0.4～3.0米；

②硬塑粘土厚1.6～2.4米 ；

②-1軟塑粘土厚0.4～1.4米；

③流塑泥碳質(zhì)土厚0.7～2.2米；

④淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土厚1.0～2.9米；

⑤粉土厚1.0～6.1米；

⑤-1粉砂厚0.9～6.5米；

⑥粉質(zhì)粘土厚0.6～4.1米；

⑦粉土厚2.2～5米⑧可塑粘土厚1.1～2.2米；

⑧-1粉土厚0.4～1.9米；

⑧-2泥碳質(zhì)土厚0.3～2.5米；

⑨粘土厚1.6～4.9米。

樁基的持力層為⑦層粉土和⑨層粘土。由此看來，第⑤-1層為含水層，上下兩層為隔水層，地下水類型為空隙潛水，在此地質(zhì)條件下，短時間內(nèi)，大量樁體擠入含水飽和的砂土中，砂土中的水無處排泄，形成巨大的超靜空隙水壓力，水壓力向上及四周傳遞，形成土體及樁身位移，造成樁頂上浮及圍墻錯位變裂。

為了將變形破壞控制在最低限度，經(jīng)討論后，得出以下幾點處理措施：

（1）在管樁施工前，先打入塑料排水板樁，或袋裝砂井，數(shù)量為管樁的一半其長度應穿入潛水含水層中。

（2）在管樁位置處，先用直徑比管樁小10-15cm的鉆機或長螺旋機進行引孔，引孔深度宜穿過潛水含水層。（3）合理安排施工順序，先大樁徑后小樁徑，先靠近建筑物后空闊地。樁密集時，先里后外，先長樁后短樁。

3. 管樁裂損

在昆明金蘭小區(qū)施工中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)管樁被夾處出現(xiàn)縱裂、斜裂、環(huán)裂、外皮破壞、混凝土被夾碎等情況發(fā)生，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的原因如下：

(1)樁機夾持板與管樁不匹配，施工場地共有二臺靜壓樁機，一臺為武漢建機廠產(chǎn)的YZY500型，一臺為廣西建機廠產(chǎn)的YZY700型。施工當日，YZY500型樁機就有二根樁在夾持處損傷。經(jīng)仔細檢查，該樁機雙夾持架有八塊夾持板，其中七塊是400樁夾持板，一塊是500樁夾持板。在500樁夾持板接觸處樁身嚴重損傷，后經(jīng)改用與樁身相匹配的夾持，樁身不再被夾持夾壞。

(2)樁外徑不圓，形成橢圓樁，導致應力集中在夾鉗夾持部位，致使該處產(chǎn)生縱裂，環(huán)裂或破壞。管樁的成品外形尺寸的控制，現(xiàn)行國標《先張法預應力混凝土管樁》（GB13476-1999）做了明確規(guī)定，管樁進場時，應嚴格驗收，杜絕不合格產(chǎn)品的使用。此外，《建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50202-2002）也做了樁徑允許偏差±5mm的規(guī)定。

(3)管樁有效預應力損失過大或樁身強度偏低。壓樁遇較高壓力時，每一個施壓行程后，松夾時由于土體和樁身的彈性變形使樁身出現(xiàn)拉應力若是樁身有效應力不足或強度偏低，則易出現(xiàn)環(huán)向裂紋。經(jīng)到產(chǎn)家調(diào)查發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)家對管樁蒸氣養(yǎng)護時，因蒸養(yǎng)時間不夠或蒸汽不足，會導致拆模放張時強度偏低，樁身縮短30-50mm，這樣一來樁身有效預應力損失估計要達到30%-40%。在施工中如同一廠家，同一規(guī)格丈量樁段的相對長度偏短時，應予以退貨。

(4)因樁機不水平或管樁不垂直：樁機夾持油缸與夾持板間一般都以萬向球頭連接，使壓樁力任何時候都垂直向下，若樁身不垂直，那么壓進過程中，樁身會產(chǎn)生一個附加彎距，易造成斜向裂紋，嚴重時造成斷裂。因此，樁在入土1米前，須嚴格調(diào)整樁身的垂直度，土層淺部有障礙物，須將其清除后再壓。

(5)送樁時未用特制的送樁器，造成用來送樁的管樁被夾裂，夾破，因此當最終壓樁力小于2000 KN 時，可不用送樁器，超過2000KN 時，須采用送樁器送樁。

4. 穿越硬夾層受阻

在施工金蘭小區(qū)1幢號西北角時，部分樁壓至11米左右時，壓樁力超過2000KN，而其他部位普遍只到800KN ，因此造成了部分樁被壓裂，壓斷，樁機被頂起等現(xiàn)象的發(fā)生。參看地質(zhì)報告，11米左右正處于⑤1層粉砂中，該處的粉砂層厚度較大，標貫擊數(shù)較其他區(qū)域高，屬于地層的不均勻分布，設計有效樁長為30米，顯然不能將樁端放入此層中，經(jīng)討論研究后，得出以下解決措施：

(1)增加配重，加到額定重量，這是一種最直接的辦法，但其弊端也是顯而易見的，首先施工場地須堅實，表層土承載力須達到150~160KPa，否則樁機難以運行，而金蘭小區(qū)的場地是沒有經(jīng)過處理的耕植土，其次當壓樁力較大時，易造成樁身壓裂壓斷。

(2)采用鉆探、長螺旋鉆機引孔穿越硬夾層：鉆頭直徑宜比樁徑小10~15cm，因為引孔直徑過小，夾層土體未被剪壞，起不到引孔的作用，孔徑過大造成樁周摩阻力損失，引孔應做到隨引隨打，避免孔壁坍塌，阻塞孔洞。

(3)采用特制錐體樁尖：眾所周知，壓樁時，樁身受到四周的摩阻力及樁土體的抗剪切力。因此在壓樁時，在樁端部焊一個長30~40cm的樁尖，其頂板直徑比管樁直徑大3~4cm，將能有效地減少入土阻力。

5. 焊接中的問題

管樁的連接，目前常用的方法有焊接法、機械連接法，昆明地區(qū)多用手工焊接法。焊接的自然冷卻停歇時間，GB50202-2002《建筑地基基礎工程質(zhì)量驗收規(guī)范》中規(guī)定為≥1min，而O3SG409《預應力混泥土管樁》圖集中規(guī)定為8 min，在實際施工中，施工操作人員為了片面地追求速度和利益，焊接往往是敷衍了事，焊接完，立馬沉樁，停歇時間往往也就是1min，這樣給施工質(zhì)量帶來隱患。因昆明地區(qū)大部分地層為湖沼相沉積，淤泥、軟弱層厚度較大，高溫焊逢遇水引起脆裂，導致焊逢漏水，而使管腔慢慢進水，樁尖附近土體遇水軟化，加大樁基沉降量，引起樁基承載力達不到設計要求。管樁焊接是管樁施工中的重要環(huán)節(jié)，因此焊接停歇時間應統(tǒng)一控制不小于8min。

6. 基坑開挖

隨著土地資源的匱乏，高層建筑在昆明如火如荼，基坑也是越挖越深。很多建設、施工單位盲目搶工期，在管樁施工中，邊打樁，邊進行基坑開挖；甚著，圍著基坑周邊，一次將基坑開挖到基底，從而引發(fā)管樁質(zhì)量事故。這樣的事故在昆明是不乏其例的。昆明某工地，設計樁型為PC-A600（110）-36～46，設計±0.00為1897.10，設計樁頂標高為1889.17～1890.77，基坑平均深度為6.5米，樁基持力層為⑧-1層粉土層，整塊場地分布有3～6厚軟塑～流塑狀態(tài)的泥炭土，及硬塑堅硬狀的黏土，中密～密實狀的粉砂。施工中，雖采取了長螺旋鉆機引孔的措施，但大部分樁仍有4米左右送不到設計樁頂標高，為了搶工期，建設方要求施工方先打基坑周邊的樁，并邊打邊開挖，從而使管樁向東邊傾斜，經(jīng)小應變檢測，大部分樁在樁頂下6.0米左右處斷裂。所以挖土過程中必須采取以下措施:

(1)嚴禁邊壓樁邊開挖，開挖宜在基樁全部完成并至少隔15天后進行。

(2)合理安排挖土施工順序，挖土應延基坑長邊由一端開始隨挖隨運隨修。

(3)挖土宜逐層均勻進行，樁周土體高差不宜超過1m或按l：1放坡處理。

(4)為了減少挖土機械、運輸車輛對基底土產(chǎn)生擾動，挖土前應將挖機、運土車輛行進路面采用碳渣、磚塊填實；盡可能采用小型挖土機械、運輸車輛。

(5)注意保持基坑圍護結(jié)構(gòu)或邊坡土體的穩(wěn)定；基坑頂部周邊不得堆土或堆放其他重物。

7. 結(jié)語

本人經(jīng)歷的昆明地區(qū)的管樁工程除遇到上述所提及的問題外，還有管樁的強度問題、管樁的最終壓力值的確定問題，這些問題還須不斷從工程實踐中進行總結(jié)，從而形成理論，指導施工?？傊?，先張法預應力管樁在昆明地區(qū)的施工，施工單位須精心組織、精心施工，才能保證管樁的施工質(zhì)量。

［文章編號］1619-2737（2008）12-04-064

［作者簡介］孫維濤（1971.10-）男，1994年畢業(yè)于云南民族學院計算專業(yè)，工程師，就職于云南官房地基基礎有限公司，公司經(jīng)理，現(xiàn)從事地基與基礎工程管理。