0020珠海地区软土管桩质量事故分析及处理校样稿2011917.doc

珠海软土地区管桩质量事故分析及处理彭立才，林奕禧，黄良机(珠海市建设工程质检站，广东 珠海 519015)摘 要：预应力管桩适合用于深厚的软弱黏土地基，用管桩作为建筑物的基桩在技术和经济指标方面都有明显的优势。由于管桩本身质量、地质条件、设计、施工及管理等种种原因，也曾导致管桩基础出现桩身破裂、倾斜、承载力偏低、沉降量过大、接桩焊缝不良等质量问题。本文通过多个工程实例，结合该地区的岩土工程特性及PHC管桩的特点，综合基桩高应变、低应变、静荷载试验和孔内摄像法的检测结果，对管桩质量事故产生原因进行初步探讨，并提出预防和处理措施，以供参考。关键词：软土；管桩；质量事故；处理中图分类号：TU435 文献标识码：A 文章编号：10004548(2011)S2作者简介：彭立才(1978 )，男，工学博士，高级工程师，主要从事软土地基试验研究和桩基检测工作。E-mail: licaipeng。Analysis and treatment of quality accident of pipe piles in soft clay area of ZhuhaiPENG Li-cai, LIN Yi-xi, HUANG Liang-ji(Zhuhai Center for Supervision and Inspection on Quality of Infrastructure Engineering, Zhuhai 519015, China)Abstract: The prestressed high strength concrete pile (PHC pile) is suitable for deep soft clay soil. Using the PHC piles for foundation pile has significant advantages of technical and economic indexes. Because of quality of the PHC piles, geological conditions, design, construction and management problems, some quality problems of foundation piles may be aroused, i.e., rupture and inclination of pile shaft, low bearing capacity, large settlement, bad welding seam of the pile lapping. Based on the geological characteristics and construction of PHC piles, the causes of pile quality accident are analyzed from the results of high strain tests, low strain tests, static loading tests and video monitoring through the holes combined with engineering examples. The preventive and treatment measures are provided.Key words: soft clay; pipe pile; quality accident; treatment0 引 言收稿日期：20110802珠海地处广东省中部沿海、珠江三角洲的南部前缘，层状地貌特征明显，除山地、丘陵及台地外，地貌单元以冲积平原和海积平原为主。沉积物以淤泥层为主，软土分布范围广泛，占陆地总面积的50%60%，厚度一般在840 m之间，最大厚度大于67.4 m，软土分布区原始地貌较低，建设场地填土约需35 m1。管桩适合用于深厚的软弱黏土地基，用管桩作为建筑物的基桩在技术和经济指标方面都有明显的优势。据有关统计数据，PHC管桩占珠海地区建筑桩基工程总数的90%以上2，已成为该地区最主要的建筑桩型。但由于管桩本身质量、地质条件、设计、施工及管理等种种原因，也曾导致管桩基础出现桩身破裂、倾斜、承载力偏低、沉降量过大、接桩焊缝不良等质量问题。本文通过多个工程实例，结合该地区的岩土工程特性及PHC管桩的特点，综合基桩高应变、低应变、静荷载试验和孔内摄像法的检测结果，对管桩质量事故产生原因进行初步探讨，并提出预防和处理措施，以供参考。1 工程实例1.1 实例一（1）工程概况某住宅小区工程主体32层，总面积15270.83 m2，设计采用PHC-500（125）A型管桩，静压成桩工艺施工，接桩方式为端板焊接。总桩数224根，桩长为3537 m，设计单桩承载力特征值为2400 kN。根据该工程ZK131孔勘察资料表明,，（中文半角）地层自上而下主要分为：杂填土（松散，层厚3.30 m）；淤泥（流塑，层厚7.40 m）；粉质黏土（可塑，层厚2.10 m）；砂质黏性土（可塑硬塑，层厚2.80 m）；全风化花表1 静荷载试验结果Table 1 Results of static load tests桩号桩长/m桩径/mm最大沉降量/mm残余沉降量/mm回弹率/%单桩极限承载力/kN#183437.050050.9743.8613.94320#196835.050080.2468.3914.83840#190735.050036.7817.1353.44800岗岩（坚硬，层厚4.20 m）；强风化花岗岩（坚硬，层厚10.20 m，管桩的桩端持力层）；中风化花岗岩。（2）检测结果工程桩施工结束后，随机抽取3根桩进行了静载荷试验（如表1）。试验结果表明，有两根桩极限承载力达不到设计要求，如图1，其中#1834桩在试验过程中，当累计荷载加载至第10级（4800 kN）时，出现了异常沉降，累计沉降量达50.97 mm，单桩极限承载力值取为4320 kN，#1968桩在试验过程中，当累计荷载加载至第9级（4320 kN）时，出现了异常沉降，累计沉降量达80.24 mm，单桩极限承载力值取为3840 kN。经有关各方研究决定，在这两根工程桩周边各再抽取2根桩进行静荷载试验，试验过程正常，累计荷载加载至4800 kN时未出现异常，单桩竖向抗压极限承载力满足设计要求。另外，为了弄清这两根桩的桩身完整性情况，对#1834桩和#1968桩分别进行高应变、低应变检测。低应变检测曲线如图2，结果表明：#1834桩桩身完整，完整性评价为类桩；#1968桩桩身在6.0 m处存在明显缺陷，完整性评价为类桩。高应变检测曲线如图3，结果表明：在进行1834#桩高应变测试过程中发现，高应变测试第一锤信号可看出此桩有严重缺陷，但在后面的几锤信号中缺陷却有闭合趋势，综合几锤信号，判定该桩桩身在17.6 m处存在明显缺陷，完整性评价为类桩；#1968桩桩身在23.0 m处存在明显缺陷，完整性评价为类桩。图1 静荷载试验曲线Fig. 1 Curves of static load tests图2 低应变试验曲线Fig. 2 Curves of low strain tests图3 #1834桩高应变实测波形Fig. 3 High strain test curves of pile No. 1834（3）原因分析单桩承载力包含桩身结构的承载力和地基土对桩的支撑力两重意义，通过对勘察报告进行分析，桩长达到35 m后，地基土对桩的支撑力应能达到设计要求。反过来说，单桩竖向极限承载力偏低，只极可能是桩身结构本身有缺陷。通过对静荷载试验曲线形态分析可知，两根桩Qs曲线为陡降型，而且残余沉降量很大，回弹率很低，都表明桩身结构有缺陷。通过对高、低应变检测结果的综合分析也表明，#1834和#1968桩桩身都存在明显缺陷。#1968桩深层缺陷位置为接桩位置。图4 #1968桩高应变实测波形Fig. 4 High strain test curves of pile No. 1968结合该工程地质条件、施工方法、基桩检测等因素，分析产生桩基事故的原因有：a）工程施工过程中，管桩进入施工现场无法合理解决卸桩、堆桩位置和沉桩路线问题，沉桩前反复搬运磕碰造成管桩裂缝。b）工程沉桩结束后由挖掘机进行地下室和基坑开挖，开挖过程中挖掘机行走和挖掘的侧向推力以及抓斗对在基坑内管桩的推拉是基桩截桩后存在浅部裂缝的主要原因3。（4）结果处理检测结果表明，承载力不足主要是由于桩身存在明显缺陷造成的，排除了地基土对桩支撑力不足的情况，因此有关各方决定，对剩余工程桩全数进行低应变检测，对有缺陷的桩进行灌芯处理，在以后的施工和使用过程中应加强沉降观测。1.2 实例二（1）工程概况某厂房扩建工程，2层框架结构，总面积6149.4 m2，设计选用PHC-500（125）AB型管桩，锤击法成桩，施工采用6.0 t柴油锤，最大冲击力50008000 kN，有关方面确定收锤标准为最后三阵（每阵10击）锤平均贯入度不大于30 mm。总桩数143根，桩入土深度为3645 m，设计单桩承载力特征值为2200 kN。根据该工程ZK7孔勘察资料表明,，地层自上而下主要分为：杂填土（松散，层厚2.90 m）；淤泥（流塑，层厚12.0 m）；粉质黏土（可塑，层厚7.80 m）；全风化花岗岩（坚硬，层厚8.30 m）；强风化花岗岩（坚硬，层厚5.0 m，管桩的桩端持力层）。图5 孔内摄像结果Fig. 5 Results of video monitoring through hole（2）检测结果基桩施打完毕，选取了8根桩进行高应变检测，检测结果如下：类桩2根，类桩3根，类桩2根，类桩1根,，同时还发现缺陷位置都较深，都在桩身的中下部。在高应变动测中发现桩身有异常的桩,， 进一步采用孔内摄像法进行检测。管桩孔内摄像结果如图5所示，2根类桩在高应变检测缺陷部位均存在明显的环状裂缝，类桩桩身局部破碎。对类桩进行静载荷检测其竖向抗压极限承载力，其最大承载力只达到设计要求极限承载力4400 kN的0.6倍、为2640 kN。 鉴于低应变测试方法其本身的局限，在检测多节PHC 管桩桩身完整性时，受土阻力、接头等影响较大，故无法测得桩身中下部缺陷，有关方面决定采用高应变法对未检测的135根桩作完整性检测，结果如下：类桩55根，类桩37根，类桩31根，类桩10根，2根桩因场地条件限制无法检测按类桩处理。、类桩占总桩数的32.2%。（3）原因分析该工程地处珠江三角洲冲淤积平原，整个场地除薄层人工填土外，均有10 m以上的软弱地层，其下是厚度较大的粉质黏土层，还有较厚的全风化岩层，再下就是强风化岩层，桩侧摩阻力很大，在这样的地质条件下打桩，一旦桩尖接触到硬岩层，贯入度立即变小，再继续打时，桩身混凝土就可能破碎。本场地确定的收锤标准为最后三阵锤平均贯入度不大于30 表2 高应变检测结果表Table 2 Results of high strain tests桩号桩径/mm桩长/m承载力特征值/kN动测承载力/kN摩阻力/kN端阻力/kN拟合分析桩顶最大位移/mm桩身完整性评价主要土参数Qs/mmQt/mmJsJt#232500122300108421786723桩身完整1.6210.10.1#252500132300156865391527桩身完整1.85.80.10.1#28850018230030041303170121桩身完整2.9130.50.2#30450022230028371445139219桩身完整4.1110.70.3#31350022230025141316119820桩身完整1.05.90.30.3mm，在这样的贯入度要求下，桩尖已无法再切入下面的岩体，冲击压力不断反弹回来，从而造成桩身下部破损。若是该工程贯入度放宽到4080 mm，将会取得较好的经济效益。（4）结果处理根据检测结果，考虑到场地浅层偏软，不能深挖处理，对于类桩确定采用纠偏扶正和混凝土填芯补强处理方案；对于类桩确定采用补桩处理方案。补强处理14 d后，选取5根处理桩进行了高应变法检测，检测结果表明桩身原先缺陷严重程度得到了明显改善，处理效果较好，满足设计要求。1.3 实例三（1）工程概况某花园住宅工程，27层框架结构，总面积88613.68 m2，设计选用PHC-500（125）A型管桩，静压成桩工艺施工，接桩方式为端板焊接。总桩数353根，桩长为14 m，设计单桩承载力特征值为2300 kN。根据该工程ZK9孔勘察资料表明，地层自上而下主要分为：杂填土（松散，层厚2.10 m）；淤泥（流塑，层厚11.50 m）；全风化花岗岩（可塑硬塑，层厚2.90 m）；强风化花岗岩（坚硬，层厚1.70 m）；微风化花岗岩。（2）检测结果基桩施打完毕，选取了5根桩进行高应变检测，检测结果见表2。由表中可知，此五根桩动测承载力为10843004 kN，明显低于设计极限承载力4600 kN的要求。有关方面想对这批桩进行复压，进行复压处理的难点有二个：一是场地地面较软弱，若不经处理，压桩机定将可能会陷机，陷机就往往会推斜推断或推断附近的基桩的危险；二是送桩太深，复压时找顶头很困难。后经专家反复论证，决定先对这5根桩进行复打，贯入度控制为20 mm/阵，复打过程中，#232和#252被打断，过了休止期后，对复打桩进行高应变检测，其中#288和#313两次高应变的检测结果如图6和图7，#288桩经复打后动测承载力有所提高，为3776 kN，而#313桩经复打后动测承载力基本不变。图6 某工地第一次高应变检测结果Fig. 6 Curves of high strain tests at construction site for first time（3）原因分析从工程地质及打桩施工工艺的角度来看，该场地上覆地层中有十几米淤泥层，下部为3 m多的全风化花岗岩，而作为持力层的强风化花岗岩只有薄薄的1.70 m，直接覆盖在微风化岩层上，基岩面起伏不平，最大倾角超过30，属于典型的“上软下硬，软硬突变”的地质条件4。在这种地质条件下采用静压法施工预应力管桩会出现以下几个问题：桩长太短；桩端入岩深度太浅，稳定性差；管桩穿过淤泥层后，立即进入坚硬的强风化岩层，打桩的破损率会很高，因此，在这种地质条件下，其实不宜采用预应力管桩这种基础型式。另外，复打处理方法也不合适，一般来说, ，复打也是处理脱焊、浮桩等基桩问题的一种常用做法。但在桩周土体太软弱、桩端强风化岩层较薄，基岩面倾斜的情况下，复打可能会导致桩身的破损或断裂。图7 某工地第二次高应变检测结果Fig. 7 Curves of high strain tests at construction site for second .time（4）结果处理在这种软硬突变的地质条件下施工预应力管桩，不管如何注意打桩方法和改进打桩措施，都无法改变打桩破损率高的局面。另外，该场地还涉及到深基坑开挖，往往会引起桩身倾斜断裂，所以笔者及其同事们一致认为在这个场地不宜应用预应力管桩，必须改变桩型。根据该场地微风化花岗岩埋藏较浅的有利条件，建议采用冲孔灌注桩方案。后来，建设单位采纳了本建议，报废这批管桩基础，重新进行冲孔灌注桩施工，收到了良好的效果。2 结 论通过以上工程事故分析说明，尽管PHC管桩与其它桩型相比具有一定的施工优势和经济优势，但在实际应用中，若对管桩的特点及施工要点掌握不好，或为了片面追求施工进度和经济效益而放松了施工质量管理，必将会造成重大的质量事故。通过本文的几个工程实例，可以得出以下几个结论：（1）工程沉桩结束后由挖掘机进行地下室和基坑开挖，开挖过程中挖掘机行走和挖掘的侧向推力以及抓斗对在基坑内管桩的推拉是基桩截桩后存在浅部裂缝的主要原因。（2）在低应变动测中发现桩身有异常的桩, 可进一步采用高应变或孔内摄像法检测。（3）贯入度的选择要适当放宽些，施工异常现象要及时记录。（4）对于“上软下硬，软硬突变”的地质场地，不宜采用预应力管桩这种基础型式。参考文献：1 林奕禧, 艾康洪, 黄良机. 珠海地区软土的工程特性及工程建设问题J. 岩石力学与工程学报, 2006, 25(增刊2): 33723376. (LIN Yi-xi, AI Kang-hong, HUANG Liang-ji. Issues of engineering characteristics and engineering construction of soft clay in Zhuhai regionJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2006, 25(S2): 33723376. (in Chinese)2 黄良机, 李利荣, 张曙辉. 珠海地区预应力混凝土管桩工程主要质量问题及质量控制对策J. 工程质量, 2004(4): 4144. (HUANG Liang-ji, LI Li-rong, ZHANG Shu-hui. Major quality problems and countermeasures of prestressed concrete pipe pile construction in ZhuhaiJ. Quality of Civil Engineering and Construction, 2004(4): 4144. (in Chinese).3 黄良机. 某重力式挡墙基坑支护工程事故实例分析J. 岩土工程界, 2003, 6(12): 4446. (HUANG Liang-ji. Analysis of an accident example of the gravity wall for foundation pit supportJ. Geotechnical Engineering World, 2003, 6(12): 4446. (in Chinese)4 王 离. 管桩基础质量事故的几个典型案例J. 混凝土与水泥制品, 2006(5): 2630. (WANG Li. Some typical cases at quality accident of piles foundationJ. China Concrete and Cement Products, 2006(5): 2630.(in Chinese)（本文责编 黄贤沙）