某项目PHC管桩工程施工质量事故分析及补救方案
时间：2023-07-01 15:30:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
温先谦，何 源
（南宁市建筑规划设计集团有限公司，广西 南宁 530002）
20世纪60年代，国外首先研制预应力高强度水泥离心管桩（又称PHC管桩）[1]并得到成功应用。1944年，我国开始生产离心钢筋水泥管桩（RC桩）[2]。改革开放以来，我国预应力砼管桩的生产和应用均取得较大的进展，PHC管桩规格系列已较为合理，《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）[3]将PHC管桩按外径分为300 mm、400 mm、500 mm、550 mm、600 mm、800 mm、1 000 mm 7个规格的管桩，在建筑行业中的应用越来越普遍，对提升施工质量的效果越来越好。管桩的制作是在工厂完成的，因此质量比较可控，进场后通常采用机械化施工，大大缩减了施工工期。但与此同时，一些项目因施工单位疏忽未制定合理的施工组织方案，导致工程桩存在缺陷甚至出现废桩。本文结合实际工程案例，以国标《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476—2009）[4]和《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）为设计依据，解决施工过程出现的桩基验收不合格问题，使项目高效率推进。采取的补救办法一致获得建设单位好评。
工程项目地址位于广西南宁市五象新区，城市交通主干线—平乐大道边上，北面靠近丰威路，南面靠近华丰路，总建筑面积约22万m2，该工程地上层数为4层，地下一层，其中地下室还存在部分夹层，主楼对应地下室层高5.4 m，纯地下室层高3.1 m，主楼建筑一层层高3.6 m，两层及以上层高3.3 m，地下室主楼外填土厚1.5 m左右。设计参数为主体结构设计使用年限50年，结构安全等级为二级；
场地设防烈度为7度（0.1 g），场地类别为Ⅲ类，地震分组为一组，抗震设防分类标准为丙类；
基本风压0.35 kN/m2，项目主体结构型式为框架结构，抗震等级为三级。
南宁市市区位于南宁盆地的中西部，四周为低山丘陵（标高一般200～400 m）围绕。邕江自市区西南呈“之”字形蜿蜒穿过，整个市区展布于邕江多级阶地上，其中以标高为70～80 m的一、二级阶地的面积最大，占市区总面积的80%以上，显示出市区中心区较为平坦的地势。错落有致的各级阶地，环绕盆地的低山丘陵，缓缓流过市区的邕江，构成南宁市地貌的总格架。根据区域地质资料，南宁在地质历史发展中主要经历了加里东期、海西期和燕山-喜山期3个发展阶段，沉积有寒武系、泥盆系、石炭系、白垩系、古近系和第四系地层。
拟建场地及周邻地段原始地貌为山地，原场地地势有一定起伏；
场地无活动断裂构造，无新构造运动迹象，区域稳定性较好，场地部分已整平，局部覆盖填土，填土深度较厚，为周边场地开挖堆填吸纳场，现场地标高为125.24～134.94 m，高差约10 m。根据地质勘察报告显示地层岩性及岩土层分布特征见表1。
表1 主要岩土层物理力学指标参数建议值
通过此次勘探揭示，目前拟建的土壤覆盖层主要是第四系填土层、第三系（Q）黏性土，下伏基岩主要是石炭系地层灰岩（C3）。第三系和石炭系土壤岩层之间呈角度的不整合接触。现将场地内各岩土层划分与形态特征分述如下。
（1）填土①（Q4ml）：棕红色、棕剔黄、褐色，稍湿，疏松状，局部稍密，主要为素填土，局部夹杂填土层，主要成份为黏性土，含有少许碎石粒，颗粒粒径主要为20～30 mm，最高至100 mm，均匀性较差；
局部夹带着少许的植物根茎、建筑废弃物和生活废物；
为新近填筑物，经多年堆积，未完成的自重固结，具有高度压缩，为高度压缩土[7]。
（2）含砾黏土②（Q3el+dl）：褐红色，或褐黄、黄色，硬塑状，部分较硬，略湿，主要成份是泥土，也含圆砾、角砾，还有一些砂岩碎块，分布不一致，含量多为20%～40%，但部分含量变动很大，部分含砾量少于10%的局部夹薄层的黏土，但部分含砾量达到百分之50%～60%，呈现坚硬状态。常见粒径为20mm～30mm，最大粒径可达120 mm。结构比较紧密，黏性很好，无摇振反应，干硬度和弹性较高。各层区域内都有分布，钻孔的揭露层厚度为2.00～48.80 m，层顶高程为105.20～134.22 m，属中压缩性土。
（3）黏土③（Q3el+dl）：褐红色、黄褐，硬塑态，略湿，主体成分是黏土，局部变相为粉质砂土，结构比较紧密，黏性好，整体土质也比较均匀，土芯成柱形，手压略有印痕，切面较细腻，无摇振反应，干硬度和弹性较高。局部区域内含有少许圆砾、角砾，含量为5%～10%，各层区域内均有分布，并与含砾黏土互相交夹，但分布并不一致。
（4）砾岩④层（E）：灰褐色、棕红色、棕黄色，强烈风化作用，为砾质构造，块态构造，石芯比较破碎，多数成碎块态，少部分块状，块径为2～5 cm；
砂石成分主要是圆砾，含量为40%～50%，而母岩成份主要是硅质和石英质岩，粉砂石因填隙胶结，为发软岩，岩体比较破碎，岩体的基本质量等级为Ⅳ类。
（5）灰岩⑤层（C3）：构造较完整，以灰白为主，局部为红褐色，中风化性，较坚固，主要成份以CaCO3、白色方解石为主，隐晶细颗粒状构造，以钙质胶结，性脆，细节理裂隙比较发育，其间常充填方解石，按岩石的基本质量分级为Ⅲ类。
预应力高强混凝土管桩（PHC桩）[4]：俗称管桩，一般采用静压沉桩，如果采用锤击沉桩则需加桩靴（格外增加成本）。管桩的优点是单桩承载力高、成桩质量容易控制及相比混凝土预制桩更节省材料；
缺点是受挤密效应作用遇到强度高的岩土层或厚度大的砂砾层时难以穿越，施加压力过大易对桩身造成破坏，并且为取得更高的承载力时需做引孔（本项目根据地质情况需做引孔）。该桩以②含砾粘土为桩端持力层，以贯入度决定桩端持力层位置，桩端持力层承载力较高，能够满足要求且其经济性明显。
建筑单位要求设计院进行基础比选，方案一为CFG地基处理；
方案二为预应力高强混凝土管桩（PHC桩）。根据如下方案比选列表，最后讨论选出比较经济合理的方案二，即项目采用预应力高强混凝土管桩（PHC桩），管径为500 mm，型号为PHC500AB125，桩间距为1.8 m×1.8 m，呈正方形布置，充分利用桩身承载力，桩入②含砾黏土约11 m，承载力特征值Ra取1 800 kN，计算桩长21～25 m，采用锤击式施工[6]。
根据现场施工方反馈情况，开挖S1#基坑过程中发现问题：管桩缺陷位置在设计桩顶标高下1.60～2.90 m，倾斜值为0.89%～1.59%，部分桩倾斜值大于规范规定值1%；
现场截桩破桩头发现管桩缺陷位置在设计桩顶标高下0～1.50m，桩头破裂。经检测单位检测此两部分桩定义为Ⅲ类。
表2 桩基选型成本测算比选
结合建设方提供给设计院的预应力混凝土管桩施工记录、勘察报告及结合现场开挖情况，分析Ⅲ类桩产生的原因主要如下：①倾斜发生在桩身上段处，此范围土层位于填土①（Q4ml），尚未完成自重固结，具高压缩性，并且开挖S1#（二层地下室）时，基坑侧壁回填土未设置临时挡板。加上近日南宁市连续下雨，土体饱和，16#上方也有少量堆土，在没有支护的情况下，基坑侧壁连同上部堆土一起发生整体破坏，土体滑入基坑，管桩发现倾斜。②关于桩头破裂情况，现场让施工单位把桩周围土清走裸露桩身（做好的砖胎膜也被凿除），直到往下挖厚桩身表面光滑平整，桩头破裂裂缝仅0.5 m，暂评估为施工人员暴力截桩。综合检测单位所提供的低应变检测曲线及桩身倾斜测量结果，形成Ⅲ类桩的主要原因为上部桩侧土存在回填土、基坑开挖和侧方堆土没做好支护造成挤土及施工单位暴力切割桩头。
对于发生倾斜的桩，倾斜度不满足规范要求的桩，目前常规处理办法有灌芯补强、人工挖孔接桩及补静压桩等方法。结合建设困难程度、施工工期、工程造价等多方面综合比较，与建设方沟通采用灌芯补强方法最佳。该法主要是通过在管桩内灌注钢筋混凝土芯进行补强处理。
对于桩头破裂的桩，目前常规处理主要有沉井法、接桩等方法[5]。也考虑周围垫层砌筑砖胎膜等综合因素情况，本次采用沉井法；
沉井法主要工艺：先把破损桩身切割凿除，承台下放至桩身往下100 mm，同时施工单位发工程联系函告知建设单位及设计院，设计人员参与复核计算并提供加大承台截面及配筋的方案。
施工单位在监理单位的见证下根据标准处理方法完成施工，再对原工程桩身实行低应力强度试验、单桩竖向耐压静承载力试验，根据检测单位提供的检测报告结论：桩身完整性及桩承载力满足设计规范要求。最后项目报监理单位，监理和施工方自检完成，上报建设单位，由建设单位组织各方参加验收。
（1）PHC管桩应用发展迅速，桩的制作因在工厂制作，桩身质量有把控，施工工期短，深受市场的青睐。
（2）施工单位安排人员上岗施工前须进行PHC管桩相关知识的培训。在进行管桩施工时，应及时总结工程经验，明确管桩的优缺点，减少桩基工程质量事故。
（3）在基础施工区等高压缩力土层工作面上沉桩施工时，应注意并采取相应的保护措施，避免引起桩体完整性倾斜，甚至断桩、废桩等事件。
（4）施工单位在完成水平切削桩头之前，用切削机在桩顶面完成水平切削，平面进刀与桩身相同，尽量采用水钻等非暴力破除措施，以免损坏桩身。
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