软土地基PHC管桩倾斜缺陷对竖向承载力的影响.pdf

2008年11月出版【作者简介】黄仁武（1973-），男，工程师，项目总工程师。联系地址：上海南汇区周浦镇年家浜路 437 号（201318）。【收稿日期】20081007BUILDING CONSTRUCTION建 筑 施 工第 30 卷第 11 期Vo130 No11地基基础软土地基 PHC 管桩倾斜缺陷对竖向承载力的影响黄仁武（中建二局有限公司（沪）201318）【摘 要】结合工程实例，介绍了 PHC 管桩施工低应变检测的局限性，采用视频更直观对质量进行分析，对缺陷桩的修补选择科学合理的方法既节约成本又能缩短处理工期，并分类做静载荷试验，以选取缺陷桩的承载能力，为补桩设计提供根据。【关键词】PHC 管桩桩身缺陷低应变检测视频查看倾斜分类清孔填芯修补竖向承载力【中图分类号】TU753.3/文献标识码B【文章编号】1004-1001（2008）11-0945-05Impact of Tilted Defect of PHC Pipe Pile on VerticalLoad-Bearing Capacity in Soft Soil Foundation1实例工程概况1.1工程概况上海某大型商业广场包括：3 幢 28 层公寓式酒店，1 幢11 层公寓式酒店，2 幢 30 层办公楼（框架结构），以及 35层裙房（框架结构）。高层 A、B、C三座均选用 PH C-A 500 管桩，桩身混凝土C80，桩长根据桩顶标高而有所变化，大部分为 38 m，桩端入持力层-1层粉砂 12 m，壁厚有 120 mm和 100 mm两种，单桩竖向承载力设计值为 2 300 kN，极限承载力的3 680 kN。A座塔楼共 407 根管桩，B、C座各 288 根管桩。1.2工程地质情况拟建场地属滨海平原型沉积土层，且为古河道沉积地段，缺失第 6 层暗绿色硬土层，主要由粘性土、淤泥质粉性土和砂性土组成。1.3桩质量现状在基坑开挖后，发现 A、B、C三幢楼的管桩均出现了不同程度的倾斜，经低应变检测判定部分桩为缺陷桩，严重影响管桩的正常使用，为确保后期建筑物的正常使用，必须对A、B、C三幢楼的桩基基础进行处理。1.4原因分析（1）上海南汇地区属于典型的软土地基，土质情况较差，由于该工程工期紧、沉桩速度过快，淤泥质粘性土低渗透性，土体高灵敏性，土体受扰动后土体强度大大降低，空隙水压力未能及时消散，受扰动土体休止期不够，未能有效的固结就开挖是桩偏斜和折断的主要原因。（2）高层部位桩数较多，桩位密集（1.7 m2 m），压桩又较集中，土体受扰动仍呈流动状态，挤土效应明显，后施工的桩对前施工的桩在过程中有可能已经对桩造成了损伤，土体隆起容易造成桩头位置的脱节，开挖后的卸载又加剧了桩损坏。（3）降水时间过短，（需要达 21 d 以上），软土地基土质差，渗透系数非常小，抽水比较困难。（4）大面积的土方开挖卸土后应力集中释放，往往在软、硬土交界处出现土体滑动，至使桩体出现偏斜和断裂。（5）接桩焊接质量不好，焊好后没有按规定停留 710 min。（6）该工程基坑围护结构为水泥搅拌桩重力坝形式，土方开挖至坑边时，重力坝变形较大，坑外土体下沉达60 cm，土体从坝体下绕流至坑内致使桩身偏斜，桩身在第4、5 层土软硬相交处被剪断。2缺陷桩桩身质量检测低应变动测法是目前检测桩身完整性常见的一种方法，其基本原理为：在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面(如：桩底、裂缝、断桩和严重离析等部位)或桩身截面积变化(如缩径或扩径)部位，将产生反射波，经接收放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此判断桩身的完整性，推断缺陷的类型及其在桩身中的位置。2.1偏斜情况统计与分析根据现场实际情况，能清孔测斜的桩全部检测，A栋407 根桩测斜 358 根，占该栋总桩数 87.9%；B栋 288 根桩测945 建筑施工第30卷第 11 期11/2008黄仁武：软土地基 PHC 管桩倾斜缺陷对竖向承载力的影响斜 275 根，占该栋总桩数 95.5%；C栋西侧未浇筑底板区共 91根桩测斜 78 根，占该区总桩数的 85.71%。偏斜斜率统计如表1。从表 1 看出，B栋桩身倾斜度较 A、C栋严重，基本与现场直观查看一致。2.2低应变检测统计与分析根据上海中测行工程检测咨询有限公司提供的低应变检测速报，各栋楼的检测结果如表 2：从低应变检测表明 A栋缺陷桩最为严重，而 A栋桩头倾斜外观看较 B栋直，但缺陷桩的比例比 B栋高，怀疑 A栋桩上下节焊缝接头位置有裂缝脱节的缺陷。2.3锤击试验结果对于 A栋表面看偏斜较大，而小应变结果判定为完整桩，鉴于小应变检测的局限性，因此决定挑选了 4 根偏斜量较大完整桩进行锤击试验，而锤击结果均为缺陷桩，且沉降量较大，锤击试验采用 3 t 锤，落距 600 mm，具体结果见表3。从锤击试验与低应变结果对照分析，低应变判定为缺陷桩的基本为缺陷桩，低应变判定为完整桩的不一定就是完整桩，因此需要用其他方法进一步去核实，决定采用视频设备对桩身进行查看。2.4清孔视频检测分析为了弥补低应变检测的局限性，进一步观察桩内部情况，采用视频设备对桩孔内进行查看并录像。用专业设备把管桩内的泥冲洗干净，包括桩内壁清洗干净，孔内水抽干后下视频设备，一边缓慢旋转下去，一边查看并录像，观察到缺陷部位时要记录缺陷情况、缺陷部位到桩顶距离等。PH C管桩低应变检测波速可以比较准确判定，一般对接桩以上部位缺陷容易识别，而对接桩面附近缺陷反射与接桩焊接面反射易产生混淆，检测过程应具体分析，观察时域曲线反射位置、幅值大小、波列特征，结合施工工艺、地质情况加以判断。视频查看的重点是查看低应变检测为完整的桩，低应变检测为怀疑的桩到底有无缺陷；另外就是查看低应变检测为缺陷桩缺陷具体情况。分出几种缺陷状况：（1）桩身有轻微裂缝，裂缝为环形状；（2）桩身有裂缝，裂缝呈锯齿形，裂缝较宽，在弯折点一侧或整个环形裂缝明显有泥水渗入；（3）上下节桩头连接处裂缝，接头焊缝部分裂开，部分还连接在一起，裂开处有泥水渗入；（4）上下节桩头连接处裂缝，接头焊缝全部裂开，上下节桩完全脱开，有大量的泥水渗入；（5）桩身断裂，或接头脱开，并上下错位。A栋共视频查看 311 根桩，B栋共视频查看了 270 根桩，C栋共视频查看了 70 根桩。视频查看具有一定的局限性，它只能查看桩的内壁情况，而接桩的焊缝却在桩的外侧，因此不能看到焊缝的情况；另外视频查看只能查看到冲孔出来的部位，整根桩长近40 m，清孔工作非常困难，因此查看第一节与第二节桩较容易，视频查看不能给予桩的质量进行定性，仅辅助检测单位与设计更直观了解桩身缺陷情况。3缺陷桩修补方法该工程桩缺陷部位大部分在 713 m处，根据视频查看的具体情况，定制钢筋笼，在缺陷部位进行钢筋加强和混凝土填芯处理。3.1总体施工流程（图 1）图 1施工流程表 2低应变检测结果统计（根）栋号 完整桩或基本完整桩 怀疑有缺陷桩 明显有缺陷桩 完整桩比例A8453472%B443215918.7%C 西5265844.8%表 3锤击试验结果桩号 锤击数累计下沉值（mm）备注856658734748115桩头已坏771断桩表 2测斜统计项目测斜率分类1%13%35%57%79%9%A栋测试桩数1375132100335占总桩比例 3.631%20.95%36.87%27.93%9.22%1.39%B 栋测试桩数1963706270占总桩比例 0.36%3.27%22.91%25.46%22.54%25.46%C 栋测试桩数614361750占总桩比例 7.69%17.95%46.15%21.79%6.41%0业主、检测单位监理、施工单位桩们偏移桩顶标高分类咨询单位分类桩的检测检测单位桩身冲孔桩身洗孔桩身检测数握收集对桩基进行填芯处理处理后的桩检测检测报告向设计提供补桩依据桩体缺陷位置确认桩体测斜补灌注桩施工9462008年11月出版3.2桩基处理措施（1）冲孔。所有的桩冲孔深度按 16m 深进行控制。冲孔泵应保证有足够的压力，能够确保将桩孔内泥浆由冲散到顺水冲出桩孔。冲孔到计划深度后，仍要坚持继续冲孔 10min 以上，以确保桩孔内泥浆在停止冲孔之时（沉淀之前）能够流出桩孔。（2）洗孔。洗孔采用污水泵与洗孔器相结合的办法进行。具体为冲孔达到要求后，利用泥浆还未沉淀时，迅速放下污水泵，将桩孔内泥浆水抽出桩孔。洗孔器适用于污水泵放不下去的桩内洗孔。（3）检测。冲孔、洗孔完毕后，应马上进行桩孔内视频观测（桩身缺陷确认）及视频录像，并做好冲孔深度及桩缺陷处位置的记录及桩倾斜的检测工作。桩身缺陷观测、视频录像、冲孔深度、桩倾斜检测应专人负责，及时做好记录。（4）填芯。填芯钢筋笼：钢筋笼的加工根据检测中心桩基检测结果和视频查看情况，具体按照设计院出具的钢筋笼制作图纸进行加工。填芯混凝土：填芯混凝土采用掺加 10%H EA的微膨胀 C45 混凝土。由于填芯深度达到 10 余 m深，填芯混凝土必须分层下料，每次分层厚度不大于 1 m，并及时进行振捣，振捣器必须采用 15 m长振捣器，振捣棒应做到快插慢拔。填芯时管理人员必须进行全程旁站，并做好旁站记录。4模拟实际工作状态的静载荷检测根据设计方、建设方要求，对低应变检测结果为类、类及斜率大于 1%的处理后的桩，按不同斜率分类进行单桩竖向抗压静载荷试验，按 3%5%、5%7%、7%9%共计 9组试验。静载荷测试以模拟桩基的实际工作状态进行，为了保证静载荷试验最大限度符合桩基实际工作状态，加大垫层的厚度和刚度，因桩身偏斜，以垫层来约束桩基横向受力变形。4.1现场试验4.1.1试桩的处理如试桩桩头破损应采用切割机把低于原桩身混凝土强度的上部割除，用 1 cm壁厚 50 cm高的钢套（略高于切割平面 3 cm并保持水平）把整个桩身包围，其中加环氧树脂和干净的中砂混合体，并在钢套上加盖法兰。垫层与钢套之间用油毡隔开（图 2）。4.1.2地基加固处理应以试桩为中心，浇注一块 8m8m见方的混凝土垫层，厚度为 20 cm，混凝土强度不低于 C40，并在混凝土内设置 10 200 mm双向钢筋网，在试桩部位应采取隔离措施（1 m1 m的后浇带），使试桩与混凝土脱开，但又能竖向移动，混凝土垫层顶标高应低于试桩顶标高 15 cm左右，混凝土垫层强度须达到 20 M Pa 后方可进行静载荷试验。4.1.3工程桩的保护措施图 2桩头处理为了保护试桩两侧路基板下压的工程桩，在混凝土垫层上用灌装好的砂袋整场铺设，铺设的砂袋高出工程桩桩顶35 cm。4.1.4测试方法及设备试验依据上海市工程建设规范建筑基桩检测技术规程（D G J08-218-2003）相关规定进行，试验方法采用慢速维持荷载法，试验加载采用油压千斤顶加载，本工程根据设计要求进行单桩竖向抗压静载荷试验，加载装置分别采用压重平台反力装置（俗称堆载法）。压重平台反力装置由主梁、辅梁及支墩（1.5 m6 m的路基板，根据现场实际情况确定数量）组成一个加载平台，压重的总重量根据设计要求的最大加载量的 1.2 倍确定。试桩桩顶根据预估加载量安置千斤顶，由油压千斤顶提供动力支持；荷载的大小由压力传感器通过 RS-JY B桩基静载荷分析系统控制，反力装置布置图见图 3。图 3压重平台反力装置设备示意图4.1.5加载分级试桩最大加载量根据设计要求确定为 3 600 kN，荷载按十级划分，逐级等量加载，首级（第 1 级）荷载取两倍级差加载，每级荷载在维持过程中保持数值的稳定。加载分级按表4 进行。4.1.6沉降观测基准桩设置在离试桩中心距离 2 m外的地方，以消除试桩对基准系统的影响，确保测试验的准确性；基准梁架设在打入地下 1.5 m的 40 mm钢管上，一头固定在钢管上，另第 11 期11/2008表 4试桩加载分级表加载分级 12345678910荷载（kN）720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600级差（kN）720 360 360 360 360 360 360 360 360黄仁武：软土地基 PHC 管桩倾斜缺陷对竖向承载力的影响947 建筑施工第30卷一头可前后活动，以消除温度变化对基准桩的影响。所有位移传感器均安置在基准梁上。沉降测读时间：每级荷载施加后按第 5、15、30、45、60 min 测读桩顶沉降量，以后每隔 30 min 测读一次，当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，施加下一级加载。沉降相对稳定标准：沉降量不大于 0.1 mm/h，并连续出现 2 次。4.1.7终止加载条件（1）试桩在某级荷载作用下的沉降量，大于前一级荷载沉降量的 5 倍；（2）试桩在某级荷载作用下的沉降量，大于前一级荷载沉降量的 2 倍，且经 24 h 未能稳定；（3）达到设计要求的最大加载量且沉降达到稳定，或已达到反力装置提供的最大加载量或桩身出现明显破坏现象；（4）根据设计要求，累计沉降量达到 20 mm40 mm时；以25 mm为标准，根据试压过程进行调整。4.1.8卸载及卸载沉降观测每级卸载量取加载量的两倍。卸载等级见表 5：卸载时，每级荷载维持 60 min，按第 5、15、30、60 min 测读沉降量。卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，测读时间5、15、30、60 min，以后每隔 30 min 测读一次，一般维持 3 h。4.1.9整理资料试验结果依据现场原始数据，经整理绘制成 Q S曲线和 S1gt 曲线以及其他一些辅助判析曲线，依据各种曲线综合评定试桩的极限承载力。5对缺陷桩的设计取值5.1静载荷试验情况3 栋高层 PH C管桩经过经过清孔，填芯处理后，这些缺陷桩承载力到底有多少？需经过静载荷试验后，根据试验数据进行分类取值（表 6）。5.2单桩竖向承载力取值分析5.2.1完全脱开桩的承载力分析试验表明，133#桩加荷至 780 kN时，即出现第 2 拐点或累计沉降到 7.93 mm，单桩竖向极限承载力为 600 kN和800 kN。133#桩倾斜率为 6%，通过对桩身视频查看，该桩在一二节有脱节现象。从加载情况来看，到第四个拐点时荷载达到 1 300 kN，之后的每级加载沉降都在 3.2 mm左右，就是加载到第 4 级时上下节桩已经碰上，竖向承载力理论上影响不大。B栋 99#桩第 2 级加载到 780 kN累计下沉 8.68 mm，第3 级加载到 1040 kN累计下沉达到 31.48 mm，到第 4 级加载到 1 300 kN后的第 5、6、7、8、9、10 级每次沉降都在 3.2 mm左右，后面的第 410 级加载累计下沉量为 24 mm。99#桩桩身倾斜率为 3.59%，通过对 99#桩的视频检查来看，该桩在上下接头处脱开 20 mm30 mm，且有泥水渗入，上下桩头没有损坏，而且上下节没有错位。从实验表明加载第 3 级时，上下节桩已经碰上，第 4 级以后桩基本为整桩正常工作，从理论上讲上下节桩碰上后竖向承载力影响不大。试验结果表明 B栋 99#桩与 A栋 133#桩相似，均为上下节桩脱开，桩身混凝土没有被破坏。上下桩碰上后具有一定的承载力。5.2.2断裂处混凝土损坏的承载力分析350#桩从实验效果看极其不好，初始加载为 520 kN，累计下沉 5.04 mm，加载第二级 780 kN累计下沉 38.13 mm，第3 级加载 1 040 kN，累计下沉 75.59 mm。从 3 次加载情况来看，该桩几乎没有承载力。该桩在距桩顶 8.1 m处断裂脱开严重，混凝土挤碎，有大量的泥渗入。从 350#桩的情况分析，断裂处完全断开，且混凝土压碎，该桩几乎是没有承载力，就是修补后效果也不大。5.2.3倾斜较大但桩身完好，无脱节桩承载力分析C栋的 85#、B栋的 142#、181#号桩倾斜分别为 4.39%、8%和 7%，桩头倾斜明显，该 3 根桩的静载结果非常不错，满足设计的竖向承载力要求。85#桩低应变检测为怀疑有缺陷桩（无视频查看）；142#，181#低应变判定缺陷桩，视频检查 142#桩在距地面桩头 9.9 m处有轻微裂缝，有水渗入，没有脱开现象；181#视频查看没有发现明显缺陷。通过对这 3 根桩的实验结果分析，PH C管桩在一定范围内倾斜，只要桩身混凝土没有破坏，接头有断裂没有脱开，桩还是具有一定的竖向承载力，设计可考虑打折使用。5.2.4倾斜较大但桩身完好，无完全脱节桩承载力分析A栋 211#、318#，B栋 37#桩从单桩极限承载力测定值分析，211#为 1943 kN，318#为 2345 kN，37#为 2845 kN。这 3 根桩低应变检测在 713 m处有缺陷为、类缺陷桩，经过修补后，其承载力比较理想。3 根桩的倾斜率检测情况，211#斜率为 4.92%、318#为4.62%、37#为 6.82%。视频查看情况，该 3 根桩在上下节桩接头处有折点，弯折点处一面脱开，一面没有脱开。表 5试桩卸载分级表卸载分级12345荷载（kN）2880216014407200级差（kN）720720720720720表 6静荷载试验数据汇总房号-倾斜度试验最大 最大沉 残余沉降 桩头不均匀 单桩极限承载 相应沉降备注桩号 No.荷载(kN)降量(mm)量(mm)沉降量(mm)力测定值(kN)量(mm)A-1336%286055.3141.571.587807.93/A-2114.92%260043.1421.291.00194325.00按设计要求的位移控制A-3184.63%260030.1017.592.56234525.00按设计要求的位移控制A-3505.56%104075.5969.4512.945205.04未达到稳定标准B-376.82%288025.7512.063.42284525.00按设计要求的位移控制B-854.39%312015.435.881.313120/C-993.59%288055.8644.361.717808.68/B-1428%312020.225.783.293120/B-1817%312017.744.931.743120/黄仁武：软土地基 PHC 管桩倾斜缺陷对竖向承载力的影响第 11 期11/20089482008年11月出版通过对 3 根桩的视频查看和静载荷的试验分析，对这种上下节桩接头处有裂缝，不是完全脱开，桩身混凝土没有破坏，只要填芯修补处理好，该类还是具有一定承载力，其承载力能达到设计值的 60%。6结语PH C管桩在软土地区应用一定要注意软土的特性，桩基的选型、施工方法、工期安排都要科学合理。对管桩低应变的检测是一种最常规的检测方法，一般对接桩以上部位缺陷容易识别，而对接桩面附近缺陷反射与接桩焊接面反射易产生混淆，检测过程应具体分析，观察时域曲线反射位置、幅值大小、波列特征，结合施工工艺、地质情况加以判断，为了对管桩缺陷质量有更直观的认识可以借助视频设备进行查看。缺陷桩的修补选择科学的修补方式既能保证基坑的安全也能节约建设成本。管桩倾斜缺陷在 9%以内对竖向承载力在一定的条件下影响不大。【作者简介】乐平（1973-），男，岩土高级工程师，国家注册土木工程师（岩土）。联系地址：江西省南昌市北京东路 23 号（330029）。【收稿日期】20080924BUILDING CONSTRUCTION建 筑 施 工第 30 卷第 11 期Vo130 No11地基基础预成孔大口径全夯扩底桩施工技术在工程中的应用乐 平1刘献刚2邵忠心3（1.江西省煤矿设计院南昌 330029；2.江西中恒建设集团公司特种软基分公司南昌 330059；3.景德镇市建筑设计院 江西 333000）【摘 要】介绍一种在挖孔桩的基础上发展起来的新型桩基施工技术，即在大口径预成孔的桩孔内，采用新型柱锤强夯，使桩端持力层的端阻力加大，同时通过在桩身灌注过程中，不断进行夯击处理，使桩身侧面与桩周土体咬合紧密，使单桩侧阻力提高，最终取得扩底使单桩的极限承载力得以大幅提高的效果。【关键词】钻孔灌注桩预成孔新型柱锤强夯（置换）法扩底【中图分类号】TU753.7/文献标识码B【文章编号】1004-1001（2008）11-0949-03Construction Technology for Large Prebored and FullyCompacted Pedestal Pile Applied to Engineering1概述预成孔大口径全夯扩底桩施工技术系江西中恒建设集团公司特种软基分公司在原二项专利技术（全夯式扩底灌注桩施工技术和新型柱锤强夯（置换）法地基处理技术）的基础上，结合了两者的施工工艺和加固机理，即：采用特制的高锤(锤径 0.512 m,锤高 3.05.0 m，锤重 310 t),在预先成好的孔内，将柱锤提至一定高度，再自由下落，以产生巨大的冲击能对拟作持力层的地基土不断进行夯击，使孔底地基土体及周边土体的孔隙体积减小，土层受挤压密实，压缩系数变小，使得桩端持力层地基土的承载力得到较大提高；由于重锤的不断夯击，也使桩端部位的混凝土密实度较正常浇筑的混凝土有较大提高；由于柱锤对地基土和桩端混凝土的夯扩挤压，使其不但在纵向上即向下发展，同时亦会向四周即横向扩张，使单桩的扩大头面积得以增大；由于在桩身混凝土浇筑过程中，随着混凝土投料的进行，紧跟着用高锤进行全过程的夯击混凝土料，使得桩身混凝土亦较正常浇筑更加密实，同时，桩身混凝土与桩周土体咬合更加紧密，桩身混凝土呈锯齿形或糖葫芦形。经孔内深层强击夯实处理后，按照国家规范 JG J94-94中 5.2.9 条规定，基桩竖向极限承载力标准值（Rk=U psqsikLi+pqpkA p）可得到较大提高。上式中：若桩长 Li 值保持不变时，经处理后 qpk、A p、qsik值得到大幅提高，则在上部建筑物总荷载不变的情况下，总桩数 n 将减小；若在保持总桩数值 n 不变的情况下，基桩长 Li 或桩径 D则可得以减小。由上分析可知，不论是总桩数 n 值、桩长 Li 值或桩径 D的减少，均可达到在保证基桩承载力满足设计要求的情况下，降低工程造价的效果。2工程应用实例949