PHC管樁施工中常見質(zhì)量問題及防治措施

王 飛 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230032）

1 引言

近年來，隨著我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，PHC管樁憑借其單樁承載性能高、造價低以及施工周期短等眾多優(yōu)點在高層建筑、碼頭、高速公路的建設中得到了廣泛的應用[1,2]。但由于我國幅員遼闊，不同區(qū)域的地質(zhì)存在較大的差異，致使PHC管樁在施工時容易遇到不同的質(zhì)量問題。在安徽硬黏土地區(qū)，PHC管樁在壓樁過程中會產(chǎn)生擠土效應，易導致樁身傾斜、斷樁等工程質(zhì)量問題的發(fā)生[3]。因此，分析管樁應用時易產(chǎn)生的質(zhì)量弊病并有針對的提出相應的防治措施是極為有必要的。本文對PHC管樁在安徽硬黏土地區(qū)施工易發(fā)生的質(zhì)量問題和處理措施做詳細介紹，并結(jié)合典型案例，分析管樁樁身斷裂以及上浮的原因，最后提出了相應的處理措施，希望能為相關從業(yè)人員提供參考。

2 PHC 管樁的應用現(xiàn)狀

PHC管樁是采用先張預應力離心成型工藝，并經(jīng)過蒸汽養(yǎng)護制成的一種空心圓筒型混凝土預制構(gòu)件，其樁身混凝土強度等級一般高于C80，標準樁長為10m。在國外，混凝土樁已有接近百年的歷史，PHC管樁亦有30多年的歷史。在國內(nèi)，PHC管樁發(fā)展到現(xiàn)在已有接近30年的歷程，從1987年生產(chǎn)量尚不足50萬m3發(fā)展到了2018年的生產(chǎn)量突破3億m3。PHC管樁的適用條件很廣，軟土、粘性土、粉土、砂土等地層條件均可以使用管樁，因此在工業(yè)與民用建筑、碼頭、橋梁、公路等工程中均可以看到PHC管樁的身影[4]。近年來，管樁被廣泛應用在安徽硬黏土地區(qū)高層建筑的樁基工程中，取得了良好的效果，極大的節(jié)約了工程的造價，縮短了工程的建造周期。與此同時，管樁在使用過程中也出現(xiàn)了一系列質(zhì)量弊病，諸如樁身上浮（圖1）、樁身開裂（圖2）、樁身傾斜（圖3）等問題，嚴重影響了管樁在硬黏土地區(qū)的推廣應用。

圖1 樁身上浮

圖2 樁身開裂

圖3 樁身傾斜

3 PHC 管樁施工時常見的質(zhì)量問題

3.1 樁身出現(xiàn)移位

樁身移位可以分為樁身傾斜和樁頂移位這兩種類型。樁身傾斜會影響單樁的承載力，特別是水平承載力，樁頂移位則會致使樁基礎除了承受上部分結(jié)構(gòu)豎直方向傳遞來的荷載以外，還要額外承受一個彎矩，降低了樁基礎的承載力。一般來說，樁身出現(xiàn)位移的原因可以從以下幾個方面來考慮。

①施工時樁身未完全垂直于地面，樁身樁帽未在同一水平線上；

②施工步驟不正確，導致樁身應力分布不均勻，特別是深基坑的承臺，承臺密集度過高會造成先施工的一側(cè)出現(xiàn)孔洞，當進行后一側(cè)施工時，樁身易發(fā)生滑動；

③沉樁時遇到堅硬的塊石，將樁身擠到另一側(cè)；

④樁設置的過于密集，沉樁時擠土效應明顯。

3.2 單樁承載力不足

單樁承載力達到設計要求是保證建筑物上部結(jié)構(gòu)施工穩(wěn)定和安全的前提，單樁承載力不足的原因主要有以下幾點。

①管樁施工前的準備工作不夠完善，勘察結(jié)果不準確，無法保證施工后管樁的單樁承載力達到設計要求；

②管樁的樁身長度及深度達到了規(guī)范要求，但是最低端未深入至地基持力層；

③施工過程中樁身出現(xiàn)斷裂。

3.3 樁身上浮

管樁樁身上浮的原因主要有以下幾個方面：

①壓樁時產(chǎn)生的擠土效應對深層壓實土壓密的同時，造成周邊土體向上隆起，最終出現(xiàn)樁身上浮的問題；

②壓樁時速度過快致使樁周土應力狀態(tài)發(fā)生變化，樁土界面產(chǎn)生較大的孔隙水壓力；

③在硬黏土中沉樁時，樁側(cè)土體受樁的擠壓及向下摩擦作用會產(chǎn)生變形和超孔隙壓力水，此時樁側(cè)土體變形包含彈性變形和塑性變形兩部分，表現(xiàn)為彈塑性變形。壓樁完成后，超孔隙壓力水和土體變形未能充分消散，樁側(cè)土體卸壓，在超孔隙水壓力作用下，土體的彈性變形部分恢復，恢復過程中樁身被抬起，產(chǎn)生回彈，樁尖脫離持力層。

3.4 樁身斷裂

硬黏土地區(qū)管樁在施工過程中常會發(fā)生樁身斷裂的問題，且該問題前期不易發(fā)現(xiàn)，一般都是在完工后通過工程檢測獲悉。該問題出現(xiàn)的主要原因為管樁廠商在生產(chǎn)管樁時，未按照規(guī)范要求使用合格的原材料，造成管樁樁身的承受力較差，在打樁時，樁身承受不了擊打時的沖擊力，造成樁身斷裂。

4 防治措施

4.1 擠土效應的防治措施

擠土效應是管樁在硬黏土地區(qū)應用時發(fā)生質(zhì)量問題的重要影響因素[5]。因此，減小擠土效應對管樁施工的影響是極為必要的。擠土效應產(chǎn)生的原因往往是布樁密度過大，對于該種情況，可以采用預鉆孔沉樁的方法來處理密度較大的管樁，控制好沉樁的速度，不宜過快也不宜過慢。沉樁順序要確定好，先壓持力層較深的管樁，后壓持力層較淺的管樁。

4.2 樁身移位的防治措施

①靜壓樁樁機在施工前應對機械設備進行檢修，防止設備中途出現(xiàn)故障；

②施工過程中應嚴格控制樁身垂直度，垂直度偏差不應超過樁長的5%，保證樁身、樁帽以及送樁桿處于同一直線上；

③盡量減少接樁，預制管樁接頭不宜超過3個，接樁宜在樁尖進入硬土層后進行。

4.3 樁身斷裂的防治措施

①加強對管樁生產(chǎn)原材料的管控，確保生產(chǎn)管樁的原材料符合相關規(guī)范的要求。當管樁樁身混凝土強度達到70%時再進行脫模，達到100%時才可以進行施工，運樁時應防止發(fā)生碰撞；

②確保管樁混凝土的養(yǎng)護時間達到規(guī)定要求，樁頭應設置鋼帽、樁尖設置鋼樁靴；

③提高樁的圧入精度，避免強力矯正。

5 工程案例

5.1 工程概況

某病房樓A座建筑面積約8.8萬m2，共22層（地下二層）。目前病房樓A座形象進度為樁基工程完成。日前因病房樓A座負二層管樁樁身完整性及單樁豎向抗壓承載力不滿足設計要求，急需對樁樁身完整性及豎向抗壓承載力不滿足設計要求的原因進行檢測分析。

5.2 檢測方法

對病房樓A座具備檢測條件的管樁，采用低應變法進行樁身完整性檢測。本次檢測采用的低應變動態(tài)測試方法為“應力波反射法”，檢測過程嚴格遵循《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）[6]。

5.3 檢測結(jié)果

①病房樓A座負二層經(jīng)低應變法檢測的管樁共686根，根據(jù)單樁樁身完整性評判標準，Ⅰ類樁346根，占全部被檢樁數(shù)的50.4%；Ⅱ類樁104根，占全部被檢樁數(shù)的15.2%；Ⅲ類樁214根，占全部被檢樁數(shù)的31.2%；Ⅳ類樁22根，占全部被檢樁數(shù)的3.2%。

圖4 Ⅳ類樁典型低應變法實測曲線

②檢測發(fā)現(xiàn)管樁樁身露出地面部位有挖機磕碰的痕跡，現(xiàn)場抽取3根管樁對其樁身進行破碎法檢測，部分樁身螺旋筋直徑小于規(guī)范要求。

5.4 原因分析及處理措施

①根據(jù)病房樓A座負二層5根管樁的豎向抗壓靜載試驗報告，結(jié)果表明加載至1920kN時，Q-s曲線發(fā)生陡降，5根樁在樁頂沉降量約達40mm至80mm后，沉降值收斂趨于穩(wěn)定。經(jīng)檢測分析，豎向抗壓承載力不足是管樁上浮引起的。

②病房樓A座負二層送樁深度為8m～9m，送樁較深，會增加擠土效應，取土后，基底土層回彈，容易造成管樁樁身上浮，并可能造成樁身斷裂。

③根據(jù)委托單位提供的資料，病房樓A座土方第一、二和三次開挖深度分別為3.4m、3.45m和4.0m，管樁樁頭有挖機磕碰痕跡，在距樁頂以上20cm～30cm的土體未采用人工開挖，不符合《先張法預應力混凝土管樁技術(shù)規(guī)程》（DB34/T1198-2010）[7]中6.1.5條的規(guī)定，并易導致樁身斷裂。

根據(jù)上述分析結(jié)果，建議對該場地發(fā)生上浮的完整管樁進行復打或復壓，并通過靜載試驗確定其單樁極限承載力。

6 結(jié)論

隨著PHC管樁在硬黏土地區(qū)的廣泛使用，相應的質(zhì)量問題開始頻繁出現(xiàn)。因此在施工過程中應充分意識到管樁在硬黏土地區(qū)使用時可能引發(fā)的工程質(zhì)量問題，采取必要的防治措施來對此進行預防。隨著研究人員對PHC管樁理論研究和工程實踐水平的不斷積累，PHC管樁必將在越來越多的地區(qū)使用，為工程帶來更大的經(jīng)濟效益和社會效益。