預應力管樁引孔施工造成的質量問題探析

龔婷婷 （安徽省建筑工程質量第二監督監測站，安徽 合肥 230031）

1 概述

預應力管樁施工過程中，當遇到粘土層較厚或堅硬土層砂層，因其摩阻力較大，導致壓樁力達到設計要求，但樁端未達到設計要求，持力層深度、樁長未達到設計要求，或擠土效應明顯，為減少超孔隙水壓力的影響，多采用引孔沉樁的方法。其方法是先采用長螺旋鉆機或旋挖鉆機進行取土引孔再進行管樁壓入施工，但是這種方法可能會出現“超引”（引孔深度大于樁入土深度）的情況導致樁端形成孔洞、縫隙，出現“吊腳”問題，存在質量安全隱患。本文對案例中出現的吊腳問題和嚴重的樁身質量問題產生的原因進行了分析，并對樁身出現嚴重的縱向裂縫借助于低應變檢測與孔內攝像檢測進行綜合研判。

2 案例分析

2.1 設計情況

該工程設計采用預應力混凝土管樁，樁型為PHC 600 AB 130，設計單樁承載力特征值為2300kN，樁端持力層為④層強風化花崗巖，設計樁長為不小于6m，設計總樁數110根。

2.2 地基條件描述

① 層素填土（Q4ml）——灰褐色，雜色，稍濕～濕，松散狀態，以黏性土組成為主，含大量植物根莖、有機質。該層性質較差，具有高壓縮性，層厚0.20～6.00m，層低標高26.06～34.43m。

② 層黏土（Q3al+pl）——黃褐、褐黃色、褐紅色，硬塑狀態，含大量鐵錳質結核或氧化物及少量青灰色高嶺土團塊，切面光滑、有光澤，無搖振反應，干強度高，韌性高。該層在場地內普遍分布。實測標準貫入試驗錘擊數一般為13～20擊/30cm，平均為16.8擊/30cm。此層土屬于中等偏低壓縮性土。層厚9.00～15.60m，層低標高14.95～22.98m.

③ 層全風化花崗巖（γ）——褐黃色、褐紅色，密實狀態，表部已風化成砂壤，鉆機無水可鉆進，含長石、石英、少量云母等，風化程度不一，厚度變化較大。實測標準貫入試驗錘擊數一般為41～59擊/30cm，平均為51.7擊/30cm。此層屬于低壓縮性全風化較軟巖。層厚0.90～6.60m，層 底 標 高 13.55～19.95m。

④ 層強風化花崗巖（γ）——褐紅色、棕紅色，密實狀態，遇水易崩解、軟化，碎塊狀構造，主要礦物成分為長石、石英、云母等，干鉆可以鉆進。風化程度不一，厚度變化較大，局部夾有原巖碎塊。實測標準貫入試驗錘擊數一般為61～75擊/30cm，平均為68.4擊/30cm。此層屬于低壓縮性強風化較軟巖。層厚0.40～12.20m，層 底 標 高 1.84～17.84m。

⑤ 層中風化花崗巖（γ）——褐紅色、棕紅色，堅硬（密實）狀態，由長石、石英組成，結構部分破壞，層理清晰，鈣質結構，薄～中厚層塊狀構造，硅質膠結，錘擊聲脆，不易碎，該層未穿透，最大揭露厚度12.70m。巖石完整性一般，敲擊聲脆，取芯率約70～80%。巖石堅硬程度為較軟巖～較硬巖，巖體完整程度為較完整，巖體基本質量等級為Ⅲ～Ⅳ級，勘察過程中未發現軟弱夾層以及臨空面和球狀風化巖。

2.3 施工過程

現場預應力管樁施工采用靜壓法，在工藝性試樁過程中發現當壓樁力達到設計要求4600kN,有效樁長為4-5m不滿足設計要求，持力層為②層黏土。在工程樁的施工中采用的旋挖引孔的方式，引孔深度為6m，進入④層強風化花崗巖，引孔直徑為500mm，引孔后采用靜壓法施工配樁長度為6m。預應力管樁靜壓法施工過程中發現沉樁依舊困難，遂施工單位將壓樁力加大至5600kN，施工記錄顯示部分基樁壓樁深度小于引孔深度。

①現場檢測及發現的質量問題

該項目開挖后發現部分基樁高出樁頂標高1-2m，且樁身出現嚴重的縱向裂分（見圖1）。從圖片中可以看出縱向裂縫從樁頂延申至樁底，樁身混凝土出現嚴重破壞，預應力管樁樁身箍筋嚴重變形已經失效。

圖1 現場縱向裂縫照片

②低應變法樁身完整性檢測結果

低應變法樁身完整性在一般情況下，能可靠地檢測到樁頂下第一個淺部缺陷的界面，但由于激振能量小，當樁身存在多個缺陷或樁周土阻力很大或樁長較長時，難以檢測到樁底反射波和深部缺陷的反射波信號，影響檢測結果準確度；難以識別縱向裂縫，能反映水平裂縫和接縫，但難以定量數據；分辨率有限，難以判別樁身的細小微裂縫，因此低應變檢測法相較于其他的檢測方法，存在明顯的適用范圍、試驗條件的局限性。低應變測試信號中主要反映樁身阻抗減小，缺陷的原因往往較難區分，就曲線而言可能會有多種解釋。目前，低應變檢測只能定性地反映混凝土樁身是否存在缺陷及缺陷的大概位置，至于對缺陷的性質和程度的定量描述，應采取開挖、高應變、孔內攝像法等其他檢測方法對比驗證。檢測人員應充分認識到低應變方法的局限性，尤其是對于不同檢測部位接收到的波形會有較大差異的，嚴禁單憑檢測信號定論。為此，必須采用綜合分析的方法，全面考慮工程地質狀況、沉樁工藝、沉樁過程異常情況、施工過程監督管理、基坑開挖過程及深度等方面的因素。

經低應變反射波法檢測及孔內攝像驗證的基樁共110根，根據單樁綜合評價標準，其中Ⅰ類樁74根，占被測總數的67.3%，Ⅳ類樁36根，占被測總數的32.7%。（部分Ⅳ樁曲線見圖2），從圖2中可以看出低應變法樁身完整性檢測因其原理對樁身的縱向裂分判定存在一定缺陷，其實測曲線無法準確描述裂縫的分布情況、缺陷程度，以及對于部分程度較輕的縱向裂分也無法采集到有效的缺陷反射。因此對于此類缺陷，除了進行低應變完整性檢測外，也應全部清空后采用孔內攝像驗證。采用低應變法、高應變法等在結構表面獲取信息的方式，對多重缺陷因為反射波的多次疊加，曲線非常復雜，無法準確判斷完整性；對豎向缺陷，基于應力波傳播的原理，反射波法檢測效果有限，而孔內成像法對任何方向的缺陷都可以識別，上一個缺陷絲毫不影響下一個缺陷的識別與判斷。通過現場觀察及后期逐幀成像分析，可識別樁身混凝土的缺陷位置范圍、缺陷的形式，據此判斷樁身的完整性并能準確定位。當使用低應變法檢測，缺陷反射較弱，但孔內攝像發現有裂縫的基樁，根據樁身完整性的判定原則，考慮其自上而下貫穿分布對于樁身結構承載力及耐久性有嚴重影響，應將其判定為Ⅳ類樁。

圖2 低應變現場檢測曲線

③質量問題原因分析

根據現場照片及低應變的檢測結果可以看出，該項目預應力管樁施工存在嚴重的質量問題。經分析主要產生原因為：該項目場地從東到西，東部④層強風化花崗巖埋深較淺，西邊較深，為滿足設計持力層及樁長要求，局部使用了引孔方案。引孔的孔徑小于樁身直徑，雖是通常做法，但該項目持力層為④層強風化花崗巖，該巖石為硬質巖，預應力管樁在豎向壓力作用下，無法在持力層中形成有效的擠擴作用，隨著壓樁力的加大，樁周巖石對樁端的擠壓力也隨之加大，最終導致樁身鋼筋混凝土破壞，也導致縱向裂縫延伸至樁頂，且樁端也未完全進入持力層，引孔深度大于有效樁長形成吊腳樁。這種自上而下的貫穿裂縫嚴重影響了樁身結構承載力，因引孔深度大于大于有效樁長，樁端存在空洞，經地表水延樁土間的裂隙長期滲漏樁端巖石軟化后樁端承載力也會大幅衰減。

3 總結

①在沉樁施工過程中樁端進入④層強風化花崗巖埋后，引孔孔徑小于樁徑，樁周巖石產生的擠壓力大于樁身結構承載力，是導致沉樁過程中樁身被擠壓破壞的主要原因。在硬質巖石中引孔應考慮巖石的強度，引孔后施工是否能順利沉樁。考慮到該項目樁端為④層強風化花崗巖埋其樁端阻力遠大于樁身結構承載力，應采用引孔與樁身相同直徑，如擔心沉樁后樁身與樁周土或巖石有縫隙導致樁端與樁側阻力下降，可采用壓力注漿工藝將縫隙填充。

②沉樁過程中發現沉樁困難或樁身破壞時，應及時停止施工分析原因，調整工藝，不應盲目加大壓樁力強行成樁，導致更大的經濟損失，也造成后期的加固處理的難度更大。

③低應變法完整性檢測在預應力管樁樁身縱向裂縫檢測中，存在一定的局限性，樁孔內攝像可較為清晰地反映缺陷的形式、位置、分布情況結果。預應力管樁的完整性檢測應根據除低應變法以外的淺部開挖，孔內攝像等方法綜合研判。

④預應力管樁引孔成樁雖是普遍采用的施工工藝，也應根據地質條件的差異進行分析，做好前期的設計、施工方案，避免類似質量事故的發生。