某項(xiàng)目PHC管樁工程施工質(zhì)量事故分析及補(bǔ)救方案

溫先謙，何 源

（南寧市建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530002）

0 引言

20世紀(jì)60年代，國(guó)外首先研制預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度水泥離心管樁（又稱PHC管樁）[1]并得到成功應(yīng)用。1944年，我國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)離心鋼筋水泥管樁（RC樁）[2]。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)預(yù)應(yīng)力砼管樁的生產(chǎn)和應(yīng)用均取得較大的進(jìn)展，PHC管樁規(guī)格系列已較為合理，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）[3]將PHC管樁按外徑分為300 mm、400 mm、500 mm、550 mm、600 mm、800 mm、1 000 mm 7個(gè)規(guī)格的管樁，在建筑行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，對(duì)提升施工質(zhì)量的效果越來(lái)越好。管樁的制作是在工廠完成的，因此質(zhì)量比較可控，進(jìn)場(chǎng)后通常采用機(jī)械化施工，大大縮減了施工工期。但與此同時(shí)，一些項(xiàng)目因施工單位疏忽未制定合理的施工組織方案，導(dǎo)致工程樁存在缺陷甚至出現(xiàn)廢樁。本文結(jié)合實(shí)際工程案例，以國(guó)標(biāo)《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（GB13476—2009）[4]和《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）為設(shè)計(jì)依據(jù)，解決施工過(guò)程出現(xiàn)的樁基驗(yàn)收不合格問(wèn)題，使項(xiàng)目高效率推進(jìn)。采取的補(bǔ)救辦法一致獲得建設(shè)單位好評(píng)。

1 工程概況

工程項(xiàng)目地址位于廣西南寧市五象新區(qū)，城市交通主干線—平樂(lè)大道邊上，北面靠近豐威路，南面靠近華豐路，總建筑面積約22萬(wàn)m2，該工程地上層數(shù)為4層，地下一層，其中地下室還存在部分夾層，主樓對(duì)應(yīng)地下室層高5.4 m，純地下室層高3.1 m，主樓建筑一層層高3.6 m，兩層及以上層高3.3 m，地下室主樓外填土厚1.5 m左右。設(shè)計(jì)參數(shù)為主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)；場(chǎng)地設(shè)防烈度為7度（0.1 g），場(chǎng)地類別為Ⅲ類，地震分組為一組，抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)為丙類；基本風(fēng)壓0.35 kN/m2，項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)型式為框架結(jié)構(gòu)，抗震等級(jí)為三級(jí)。

2 工程地質(zhì)情況

南寧市市區(qū)位于南寧盆地的中西部，四周為低山丘陵（標(biāo)高一般200～400 m）圍繞。邕江自市區(qū)西南呈“之”字形蜿蜒穿過(guò)，整個(gè)市區(qū)展布于邕江多級(jí)階地上，其中以標(biāo)高為70～80 m的一、二級(jí)階地的面積最大，占市區(qū)總面積的80%以上，顯示出市區(qū)中心區(qū)較為平坦的地勢(shì)。錯(cuò)落有致的各級(jí)階地，環(huán)繞盆地的低山丘陵，緩緩流過(guò)市區(qū)的邕江，構(gòu)成南寧市地貌的總格架。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，南寧在地質(zhì)歷史發(fā)展中主要經(jīng)歷了加里東期、海西期和燕山-喜山期3個(gè)發(fā)展階段，沉積有寒武系、泥盆系、石炭系、白堊系、古近系和第四系地層。

擬建場(chǎng)地及周鄰地段原始地貌為山地，原場(chǎng)地地勢(shì)有一定起伏；場(chǎng)地?zé)o活動(dòng)斷裂構(gòu)造，無(wú)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)跡象，區(qū)域穩(wěn)定性較好，場(chǎng)地部分已整平，局部覆蓋填土，填土深度較厚，為周邊場(chǎng)地開(kāi)挖堆填吸納場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)地標(biāo)高為125.24～134.94 m，高差約10 m。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告顯示地層巖性及巖土層分布特征見(jiàn)表1。

表1 主要巖土層物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)建議值

通過(guò)此次勘探揭示，目前擬建的土壤覆蓋層主要是第四系填土層、第三系（Q）黏性土，下伏基巖主要是石炭系地層灰?guī)r（C3）。第三系和石炭系土壤巖層之間呈角度的不整合接觸。現(xiàn)將場(chǎng)地內(nèi)各巖土層劃分與形態(tài)特征分述如下。

（1）填土①（Q4ml）：棕紅色、棕剔黃、褐色，稍濕，疏松狀，局部稍密，主要為素填土，局部夾雜填土層，主要成份為黏性土，含有少許碎石粒，顆粒粒徑主要為20～30 mm，最高至100 mm，均勻性較差；局部夾帶著少許的植物根莖、建筑廢棄物和生活廢物；為新近填筑物，經(jīng)多年堆積，未完成的自重固結(jié)，具有高度壓縮，為高度壓縮土[7]。

（2）含礫黏土②（Q3el+dl）：褐紅色，或褐黃、黃色，硬塑狀，部分較硬，略濕，主要成份是泥土，也含圓礫、角礫，還有一些砂巖碎塊，分布不一致，含量多為20%～40%，但部分含量變動(dòng)很大，部分含礫量少于10%的局部夾薄層的黏土，但部分含礫量達(dá)到百分之50%～60%，呈現(xiàn)堅(jiān)硬狀態(tài)。常見(jiàn)粒徑為20mm～30mm，最大粒徑可達(dá)120 mm。結(jié)構(gòu)比較緊密，黏性很好，無(wú)搖振反應(yīng)，干硬度和彈性較高。各層區(qū)域內(nèi)都有分布，鉆孔的揭露層厚度為2.00～48.80 m，層頂高程為105.20～134.22 m，屬中壓縮性土。

（3）黏土③（Q3el+dl）：褐紅色、黃褐，硬塑態(tài)，略濕，主體成分是黏土，局部變相為粉質(zhì)砂土，結(jié)構(gòu)比較緊密，黏性好，整體土質(zhì)也比較均勻，土芯成柱形，手壓略有印痕，切面較細(xì)膩，無(wú)搖振反應(yīng)，干硬度和彈性較高。局部區(qū)域內(nèi)含有少許圓礫、角礫，含量為5%～10%，各層區(qū)域內(nèi)均有分布，并與含礫黏土互相交夾，但分布并不一致。

（4）礫巖④層（E）：灰褐色、棕紅色、棕黃色，強(qiáng)烈風(fēng)化作用，為礫質(zhì)構(gòu)造，塊態(tài)構(gòu)造，石芯比較破碎，多數(shù)成碎塊態(tài)，少部分塊狀，塊徑為2～5 cm；砂石成分主要是圓礫，含量為40%～50%，而母巖成份主要是硅質(zhì)和石英質(zhì)巖，粉砂石因填隙膠結(jié)，為發(fā)軟巖，巖體比較破碎，巖體的基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ類。

（5）灰?guī)r⑤層（C3）：構(gòu)造較完整，以灰白為主，局部為紅褐色，中風(fēng)化性，較堅(jiān)固，主要成份以CaCO3、白色方解石為主，隱晶細(xì)顆粒狀構(gòu)造，以鈣質(zhì)膠結(jié)，性脆，細(xì)節(jié)理裂隙比較發(fā)育，其間常充填方解石，按巖石的基本質(zhì)量分級(jí)為Ⅲ類。

3 預(yù)應(yīng)力管樁特性

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC樁）[4]：俗稱管樁，一般采用靜壓沉樁，如果采用錘擊沉樁則需加樁靴（格外增加成本）。管樁的優(yōu)點(diǎn)是單樁承載力高、成樁質(zhì)量容易控制及相比混凝土預(yù)制樁更節(jié)省材料；缺點(diǎn)是受擠密效應(yīng)作用遇到強(qiáng)度高的巖土層或厚度大的砂礫層時(shí)難以穿越，施加壓力過(guò)大易對(duì)樁身造成破壞，并且為取得更高的承載力時(shí)需做引孔（本項(xiàng)目根據(jù)地質(zhì)情況需做引孔）。該樁以②含礫粘土為樁端持力層，以貫入度決定樁端持力層位置，樁端持力層承載力較高，能夠滿足要求且其經(jīng)濟(jì)性明顯。

建筑單位要求設(shè)計(jì)院進(jìn)行基礎(chǔ)比選，方案一為CFG地基處理；方案二為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC樁）。根據(jù)如下方案比選列表，最后討論選出比較經(jīng)濟(jì)合理的方案二，即項(xiàng)目采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC樁），管徑為500 mm，型號(hào)為PHC500AB125，樁間距為1.8 m×1.8 m，呈正方形布置，充分利用樁身承載力，樁入②含礫黏土約11 m，承載力特征值Ra取1 800 kN，計(jì)算樁長(zhǎng)21～25 m，采用錘擊式施工[6]。

4 工程質(zhì)量事故的發(fā)生

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工方反饋情況，開(kāi)挖S1#基坑過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：管樁缺陷位置在設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高下1.60～2.90 m，傾斜值為0.89%～1.59%，部分樁傾斜值大于規(guī)范規(guī)定值1%；現(xiàn)場(chǎng)截樁破樁頭發(fā)現(xiàn)管樁缺陷位置在設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高下0～1.50m，樁頭破裂。經(jīng)檢測(cè)單位檢測(cè)此兩部分樁定義為Ⅲ類。

表2 樁基選型成本測(cè)算比選

5 管樁傾斜、樁頭破裂原因分析

結(jié)合建設(shè)方提供給設(shè)計(jì)院的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工記錄、勘察報(bào)告及結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖情況，分析Ⅲ類樁產(chǎn)生的原因主要如下：①傾斜發(fā)生在樁身上段處，此范圍土層位于填土①（Q4ml），尚未完成自重固結(jié)，具高壓縮性，并且開(kāi)挖S1#（二層地下室）時(shí)，基坑側(cè)壁回填土未設(shè)置臨時(shí)擋板。加上近日南寧市連續(xù)下雨，土體飽和，16#上方也有少量堆土，在沒(méi)有支護(hù)的情況下，基坑側(cè)壁連同上部堆土一起發(fā)生整體破壞，土體滑入基坑，管樁發(fā)現(xiàn)傾斜。②關(guān)于樁頭破裂情況，現(xiàn)場(chǎng)讓施工單位把樁周圍土清走裸露樁身（做好的磚胎膜也被鑿除），直到往下挖厚樁身表面光滑平整，樁頭破裂裂縫僅0.5 m，暫評(píng)估為施工人員暴力截樁。綜合檢測(cè)單位所提供的低應(yīng)變檢測(cè)曲線及樁身傾斜測(cè)量結(jié)果，形成Ⅲ類樁的主要原因?yàn)樯喜繕秱?cè)土存在回填土、基坑開(kāi)挖和側(cè)方堆土沒(méi)做好支護(hù)造成擠土及施工單位暴力切割樁頭。

6 工程質(zhì)量處理方案

對(duì)于發(fā)生傾斜的樁，傾斜度不滿足規(guī)范要求的樁，目前常規(guī)處理辦法有灌芯補(bǔ)強(qiáng)、人工挖孔接樁及補(bǔ)靜壓樁等方法。結(jié)合建設(shè)困難程度、施工工期、工程造價(jià)等多方面綜合比較，與建設(shè)方溝通采用灌芯補(bǔ)強(qiáng)方法最佳。該法主要是通過(guò)在管樁內(nèi)灌注鋼筋混凝土芯進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

對(duì)于樁頭破裂的樁，目前常規(guī)處理主要有沉井法、接樁等方法[5]。也考慮周圍墊層砌筑磚胎膜等綜合因素情況，本次采用沉井法；沉井法主要工藝：先把破損樁身切割鑿除，承臺(tái)下放至樁身往下100 mm，同時(shí)施工單位發(fā)工程聯(lián)系函告知建設(shè)單位及設(shè)計(jì)院，設(shè)計(jì)人員參與復(fù)核計(jì)算并提供加大承臺(tái)截面及配筋的方案。

7 處理后樁基檢測(cè)結(jié)果

施工單位在監(jiān)理單位的見(jiàn)證下根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)處理方法完成施工，再對(duì)原工程樁身實(shí)行低應(yīng)力強(qiáng)度試驗(yàn)、單樁豎向耐壓靜承載力試驗(yàn)，根據(jù)檢測(cè)單位提供的檢測(cè)報(bào)告結(jié)論：樁身完整性及樁承載力滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。最后項(xiàng)目報(bào)監(jiān)理單位，監(jiān)理和施工方自檢完成，上報(bào)建設(shè)單位，由建設(shè)單位組織各方參加驗(yàn)收。

8 結(jié)語(yǔ)

（1）PHC管樁應(yīng)用發(fā)展迅速，樁的制作因在工廠制作，樁身質(zhì)量有把控，施工工期短，深受市場(chǎng)的青睞。

（2）施工單位安排人員上崗施工前須進(jìn)行PHC管樁相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)。在進(jìn)行管樁施工時(shí)，應(yīng)及時(shí)總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)，明確管樁的優(yōu)缺點(diǎn)，減少樁基工程質(zhì)量事故。

（3）在基礎(chǔ)施工區(qū)等高壓縮力土層工作面上沉樁施工時(shí)，應(yīng)注意并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，避免引起樁體完整性傾斜，甚至斷樁、廢樁等事件。

（4）施工單位在完成水平切削樁頭之前，用切削機(jī)在樁頂面完成水平切削，平面進(jìn)刀與樁身相同，盡量采用水鉆等非暴力破除措施，以免損壞樁身。