预应力混凝土管桩使用问题的处理探究.pdf

l 5 2 四川建筑科学研究 S i c h u a n Bu i l d i n g S c i e n c e 第 3 9卷第 4期 2 0 1 3年 8月 预应力混凝土管桩使用问题的处理探究 龚模松， 舒宣武， 陆 兢 ( 华南理工大学建筑设计研究院， 广东 广州5 1 0 6 4 1 ) 摘要： 预应力混凝土管桩现已在建筑基础工程中被广泛应用， 针对如何很好地处理其在应用中出现的各种问题 ， 本文在吸收了很多工程经验教训的基础上 ， 做了一些有益的探究， 值得相关工程技术人员借鉴和参考。 关键 词 ： 预应力混凝土管桩 ； 桩问题 ； 处理 中图分类号 ： T U 3 7 5 文献标 志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 3 ) 0 41 5 2 04 1 问题提 出 建筑桩基 础形式各式各样 ， 它们的特点也各不 相同， 而预应力混凝土管桩以其强度高 、 质量稳定可 靠、 工厂化批量预制生产 、 施工绿色环保等特点 ， 在 建筑行业中， 备受广大业主、 设计、 施工、 监理等单位 的青睐 ， 仅广东省其应用量就逐年大幅增长， 到 目前 为止 ， 还未发现由于管桩 的质量问题而引起基础的 破坏造成建筑物重大事故 的实例 ， 全 国很多地方 也在逐年增多地使用预应力混凝土管桩。 然而， 在预应力混凝土管桩的施工及设计 过程 中， 或多或少的会出现一些问题 ， 如 ： 坏桩、 偏桩 、 浮 桩、 承压与抗拔桩如何兼顾、 同承台下管桩顶高低不 一 、管桩打压方式选 择、 地下室桩基础先后施工选 择、 桩大偏位的设计复核验算、 地下室侧壁的桩基布 置 、 桩型选择、 管桩长度的预估等问题。如何正确处 理好这些问题 ， 做到既结构安全可靠 ， 又经济合理 ， 还不至于耽误施工工期， 是值得探究的。 2 坏桩处 理 预应力混凝土管桩在打( 压) 施工过程中， 出现 断桩现象多数与地质复杂因素有关 ， 如遇孤石断桩、 或持力层 陡峭变化 使桩端 滑移断桩 、 或桩 顶被 打 ( 压 ) 爆无法再继续施工 、 静压桩局部夹坏桩等。对 于坏桩处理的一般性原则： 坏一根桩补两根桩。 对于常用 的 16桩 承台出现坏桩时作如下处 理 ： 1 ) 对于单 桩承 台， 坏一桩补两桩 ， 补两桩 的 中 心与坏桩重合 ； 单桩承台改为两桩承台。 2 ) 对于两桩 承台， 当第 1根桩坏时 ， 可将 承 台 收稿 臼期 ： 2 0 1 2 4 3 4 1 8 作者简介 ： 黄模松( 1 9 6 5一)， 男 ， 四川梓潼人 ， 结构 工程硕士 高级工 程师 ， 一级注册结构工程帅 ， 研究方 向为建筑结构设 计。 E ma l l ： ms g o n g s c u t e d u c n 旋转 9 O 。 ， 即坏一根补一根 ； 当第 1根桩成功后而第 2根桩坏 时， 补两根 桩， 所补两桩 的中心与坏桩重 合 ； 两桩承台改为 3桩承台。 3 ) 对于 3 桩承台， 当第 1 根桩坏时， 可将承台旋 转 6 O 。 ， 即坏一根补一根； 当第 1根桩成功后 而第 2 或第 3根桩坏时 ， 坏一根桩补两根桩 ， 所补两桩的中 心与坏桩重合 ； 3桩承 台改为 4桩承台。 4 ) 对于 4桩 ， 当第 1根桩坏时 ， 可将 承台旋转 4 5 。 ， 即坏一根补一根 ； 当第 1 根桩成功后而第 2及 以后的桩坏时 ， 坏一根桩补两根桩 ， 所补两桩的中心 与坏桩重合 ； 4桩承台改为异形 5桩承台。 5 ) 对于 5桩承台， 当第 1根桩坏时， 可将承台旋 转 4 5 。 ， 即坏一根补一根 ； 当第 1根桩成功后 而第 2 及 以后的桩坏时， 坏一根桩补两根桩 ， 所补两桩的中 心与坏桩重合 ； 5桩承台改为异形 6桩承台。 6 ) 对于 6桩 ， 当第 1根桩坏 时， 可将 承台旋转 9 0 。 ， 即坏一根补一根 ； 当第 1 根桩成功后而第 2及 以后的桩坏时 ， 坏一桩补两桩 ， 所补两桩的中心与坏 桩重合 ； 6桩承台改为异形 7桩承台。 当遇到贯人度剧变， 桩身突然发生倾斜 、 位移或 有严重 回弹、 桩顶或桩身出现严重裂缝、 破碎等情况 时 ， 应暂 停 打 ( 压 ) 桩 ， 并 分 析 原 因， 采取 相 应 措 施 。 对于补桩之后若再坏桩， 不应马上补桩， 应先认 真分析出坏桩的产生原因： 地质条件复杂所致 、 桩身 质量所致、 施工方式选择不 当所致、 管桩的承载力是 否取得过高所致等等。 3 偏桩的分 类及原 因 管桩偏桩分三类情况 ： 第一种是桩身未倾斜， 但 桩顶定位有偏差； 第二种是桩顶定位无偏差 ， 但桩身 有明显倾斜 ； 第三种情况就是桩顶定位有偏差 ， 桩身 也有倾斜。 规范 要求桩身垂直允许 倾斜为 1 ， 同时要 龚模松， 等 ： 预应力混凝土管桩使用问题的处理探究 1 5 3 求桩顶允许偏差如下 ： 1 ) 排或双排条形桩基： 垂直于条形桩基纵向 轴的桩允许偏差 1 0 0 ， 平行于条形桩基纵向轴的 桩允许偏差 1 5 0 ； 2 ) 承台桩数为 1 3根的桩允许偏差 1 0 0； 3 ) 承 台桩 数 为 41 6根 的周 边桩 允许 偏 差 1 0 0 ， 中间桩允许偏差 1 5 0或 d 3两者中较大者。 当管桩偏位大于规范允许值 时， 施工单位应 报请设计人员按本文第 9点说明进行处理。 管桩偏位较大的主要原 因是 ： 1 )地质条件复杂， 存在软弱土层或孤石或填石 等 ； 2 ) 桩基施工放线不够 精准或者未使 用先进 的 放线仪器设备 全站仪所致 。 4 浮桩处理 对于群桩 ( 9桩及 以上承台) ， 在施工时易 出现 浮桩现象 ， 即管桩在施工过程中会产生挤土效应 ， 后 面施工的管桩使得前面已施工的管桩产生一定的上 浮量或桩顶偏位值 ， 从而降低上浮管桩 的承载力 。 浮桩的处理办法 ： 1 ) 首先在群桩施工过程中， 对前面已打 ( 压 ) 好 的管桩 的桩顶标高及偏位应进行监测 ； 2 ) 若一旦出现个别桩上浮现象时， 对已打( 压) 好的管桩应进行全面复打( 或复压 ) ， 以确保管桩的 承载力和减少管桩基沉降量。 另外值 得 注 意 的是 ： 管 桩 是 否 上 浮， 应 边 打 ( 压) 边监测 ， 以便及时发现及时复打 ( 压) 。若等管 桩打( 压 ) 设备不在该承 台位置时才发现管桩上浮 时 ， 设备再重新行走一遍 ， 势必对原有管桩产生挤压 而造成偏位 、 倾斜甚至破坏 ， 故建议施工及监理单位 应及时监测出相邻管桩是否出现上浮现象 ， 若出现 ， 应马上对相邻的所有管桩进行复打 ( 压) ， 然后再施 工下一承台的管桩。总之 ， 打 ( 压 ) 管桩设备在各 承 台间不应走 回头路或重复路 ， 从 而消 除设备因走 回 头路或重复路造成对既有管桩产生的损伤、 损坏。 5 承压 与抗拔桩 如何兼顾 现在带地下室工程很多 ， 经常需做整体或部分 抗浮设计 ， 本着节省工程投资 ， 对 于常规柱 距 ( 9 m 圾 以下) 的地下室， 建议抗拔桩和承压桩结合使用， 即将管桩集中布置在柱下 ， 使得每一根管桩 既能承 压又能抗拔。 对于较大柱距 ( 9 m 以上) 的地下 室， 在柱距 中 间位置的底板下适当设置抗拔管桩 ( 或抗拔 钢筋锚 杆 ) ， 以减少底板抗浮跨度 ， 使得底板所需抗浮配筋 为构造配筋或接近构造配筋。 抗拔管桩的抗拔承载力设计值 Q o r A， or 为 管桩混凝土的有效预压应力值， A为管桩混凝土的 截面面积。 抗拔管桩与承台的两种常用连接方式 ： 1 ) 抗拔管桩通过桩顶填芯混凝土 内放置连 接 钢筋和承台连接 ， 填芯 昆 凝土深度 可由广东省标 准 D B J T 1 52 2 -2 0 0 8 ( ( 锤击式预应力混凝土管桩 基础技术规范 中的5 3 2公式计算求得， 并不小 于 2 0 r n ， 其连接 的钢筋长度应与桩顶填芯混凝土 深度相同， 锚人承台的长度不得小于 4 0 d ； 2 ) 先将抗拔 管桩 的桩 顶端 部混凝 土人工凿掉 ( 严禁使用大锤敲打) ， 将其桩身 中的高强预应力钢 筋保 留下来并伸人承 台内， 满足预应力钢筋的最小 锚固要求 。 6 同承台下管桩顶高低不一处理 由于地质层面起伏和各岩土层厚薄及其物理力 学性能等变化 ， 因此在打 ( 压) 桩施工结束后 ， 会 出 现同一承台下的各管桩长度不相同， 各管桩顶标高 存在高低不一现象。 对管桩顶高低不一的处理办法是 ： 1 ) 对于高出设计标高 的管桩应采用 电动锯桩 器进行截割桩头， 不宜采用手工截桩 ， 严禁采用大锤 敲击等 ； 2 ) 对于低 于设计桩顶标高在 0 5 m以 内的管 桩建议采用局部或整体加厚承台方式进行处理；对 于低于设计桩顶标高在 0 5 m以上的管桩应采用焊 接管桩头方式进行处理。 7管桩的锤击、 静压方式选择 1 ) 施工所处地理位置及周边环境是第 一影响 选择因素 ： 城市市区和人 口密集的郊区及城镇只能 选用静压桩而不容许选用锤击桩 ， 因为打桩会产生 巨大噪音扰 民， 只有人 口稀少 的郊 区或其他偏远地 区方可采用锤击桩 ， 静压桩不会产生巨大噪音 ， 施工 符合绿色环保要求。 2 ) 施工场地表面土质软硬程度是第二影 响选 择因素 ： 即当施工场地表面土质较松软时 ， 应选用锤 击桩 ， 不应选静压桩 ， 因为静压设备很重 ， 场地松软 时会使压桩设备陷机 ， 使其无法行走 和压桩。打桩 设备相对较轻 ， 一般不至于出现设备陷机现象。 3 ) 工程场地 的地质条件是是第 三影 响选 择 因 素 ： 如砂层较厚时， 静压桩很难压穿较厚砂层 ， 而锤 击桩就可以打穿较厚砂层 ； 另外 ， 石灰岩地 区宜采用 静压桩， 因为石灰岩地区的岩土层软硬变化突然， 因 l 5 4 四川建筑科学研究 第3 9卷 为微风化石灰岩层上一般不存在强风化或全风化的 中间过渡层 ， 桩尖一旦过粘土层后就接触到微风化 石灰岩 ， 锤击桩就会把桩尖打碎 ， 而静压桩通过逐渐 加大载荷而无 冲击力作 用， 即使桩尖接触到中微风 化岩， 一般不会轻易把桩尖压坏 ， 但须留意液压表上 压力值 的快速攀升及下降情况 ， 应稳住压力值攀升 不超过设计规定的上限值即可。 4 ) 障碍物边界限制是第四影响选 择因素 ： 静压 设备重和大， 管桩距离障碍物边界需要有 5 m 的距 离方可压桩 ， 35 m距离只能采用边桩器压 ， 但边 桩器压桩 的承载力需减半 ， 距离再 小就无法压 了。 而打桩设备相对轻和小些 ， 在管桩距离 障碍物边界 3 m左右基本可以施工 ， 承载力不会减半 。 5 ) 施工费用是第五影 响选择 因素 ： 若不计管桩 的材料费时 ， 静压管桩的施工费 比锤击管桩的施工 费贵大约 8 0 ； 若计 管桩材料等综合 费， 静压管桩 的工程造价比锤击管桩贵大约 1 5 。 6 ) 其他因素 ： 对于检测 出的废桩 ， 宜采用锤击 桩来补管桩 ； 对于在桩基施工结束后因业 主功能要 求等改变需要加桩时， 宜选用锤击桩来施工 ， 因为捶 击桩设备较为轻巧和灵 活， 而静压设备很难再进退 场。 8 地下室桩基础先 、 后施工选择 8 1 条件具备时应先开挖 地下室基坑后再施工管 桩基础 所谓的条件具备， 就是指开挖地下室基坑后 ， 基 坑底部 的土质较坚硬 ， 能提供足够 的地基反力满足 施工桩基设备进退场要求。局部条件不具备时， 可 采取必要的置换 ， 清掉软弱土和淤泥， 更换为坚硬土 或级配砂碎石或开 山片石等。当然 ， 若需大量置换 则就花较大代价 ， 从而变为条件不具备的情况。 先施工管桩 ， 后挖地下室基坑的坏处如下。 1 ) 造成必要 的截桩浪费。一般 打( 压) 桩时送 桩深度大约 1 01 5 r n ， 最多送 1 52 5 m， 因此 送桩深度远小于地下室的深度 ， 则大多数桩顶标高 远高于设计标高， 待地下室基坑开挖后必然要截割 所有高出基坑的管桩 ， 浪费实在太大。 2 ) 管桩顶端偏位加大。由于管桩施工 时或多 或少会有的一定倾斜， 假定桩身倾斜度为 l ， 那么 对 5 m层高的地下室 ， 就会增多 5 0 0 01 = 5 0 m m 的偏位量。 3 ) 增 大管桩 的报废率。地下 室基 坑开挖时多 数采用机械设备挖 土， 由于送桩后使得很多管桩在 开挖前看不见 ， 挖土机经常碰损或碰坏一些管桩 ， 即 使未坏桩 ， 小应变检测 时也 会出现一些管桩受损。 另外 ， 管桩周边若未均衡挖土时 ( 特别是 软弱地下 室基坑开挖时) ， 还会造成管桩倾斜甚至报废 ， 最后 还需进行补桩 ， 既是补桩 ， 软弱地基上也很困难 。 8 2条件不具备时宜先施工桩基础再开挖地下室 基坑 所谓的条件不具备 ， 就是指开挖地下室基坑后 ， 基坑底部土质较软弱， 不能提供足够的地基反力满 足施工桩基设备进退场要求。基坑底部一般为软弱 土层 ， 如淤泥质土层或淤泥层等。 对于先施工管桩后挖基坑的情况 ， 施工及监理 单位应特别注意以下事项： 1 ) 送桩应尽可能地深人 ； 2 ) 桩顶定位需更加精准 ， 管桩 的倾斜度应更加 严格控制 ； 3 ) 送桩后应在地面做好标记 ， 以提醒挖土机不 得碰到管桩 ， 并要求在管桩前后左右保持均衡开挖。 9 桩大偏位的设计复核验算 个别桩管的大偏位( 超出桩基规范限制值) 只 有等到桩承台施工放线时才能被发现， 若要重新打 ( 压 ) 桩 ， 施工非常困难 ， 设备需重新进退场 ， 所 以补 桩 的单价非常高 ， 另外所补的桩也需要进行桩基检 测 ， 势必大大延误施工工期。 笔者认 为， 施工单位在桩基施工前应尽量放准 桩位 ， 施工后应反复检查是否存在大偏 位桩( 若监 理单位能独 立跟踪测量和检查就更好 ) ， 所有补桩 工作应尽量在桩基设备退场前完成 ， 因为一旦桩基 设备退场后 ， 除非万不得已， 一般就不再 回来了。 若真是个别管桩出现大偏位该怎么办呢?就需 要看能否从设计方面着手解决问题 了。 1 ) 通过查柱底 内力， 看偏位桩的承载力是否用 满 ， 若多桩承台提供的承载力远大于该柱底内力时， 经设计复核计算 ， 大偏位桩处的各桩一般可 以满足 承载力要求 。 根据下列公式计算最大管桩所承受的荷载 ： Ni=N n M L iNE L iM v L i NEy Ly i 其中 ， 和 E 表示桩承台几何形心与柱截 面几何 形心分别在 Y轴及 y轴上的偏差值 ； L ； 和 L ； 表示桩 到承台几何形心在 轴及 ， 轴上 的距离 ； N、 M 、 M 表示柱底轴力 、 绕 轴弯距 、 绕 l ， 轴弯矩 的标准值 ； n为桩个数。 2 ) 若多桩承 台提供的承载力与该柱底 内力相 当 ， 设计只能通过增大柱截面 ， 使得增大后的柱截面 几何形心与多桩承台的几何形心偏差控制在桩基规 范允许值以内。当然 ， 增大柱截面处理方式还需征 得建筑师等的同意方可。 龚模松， 等： 预应力混凝土管桩使用问题的处理探究 l 5 5 3 ) 若桩承台提供的承载力既无富余， 且建筑师 等又不同意改变柱截面时， 只能将与该柱传力有关 的墙体材料更换为轻质材料 ， 或通过轻质装修隔断 处理 ； 一般不主张改变与该柱传力有关 的房 问使用 功能来减轻荷载， 因为这种改动会影响或限制 以后 正常使用。 1 0地下室侧壁的桩基布置 地下室侧壁的管桩应尽量布置成若干个单桩承 台 ， 除局部受力较大外 ， 尽量不要布置多桩承台， 理 由是 ： 1 ) 单桩 承台配筋 属于 构造 型， 承 台也 厚度 最 薄 ， 两个单桩承台大约是一个两桩承台造价的一半 ； 2 ) 地下室基坑支护计算深度通常取地下室侧 壁桩基承台底部深度 ， 因为单桩承台最薄 ， 故基坑计 算深度就浅很多， 从而减低基坑支护费用 ； 3 ) 地下室侧壁的扶壁柱 ， 即使该 柱受力计算需 要一个两桩承 台， 也可以改设为两个单桩承台， 因为 地下室侧壁本身就可以视为很高的深梁或支托侧壁 柱的转换梁。 1 1 桩 型选择 1 ) 抗 震烈 度 6度 及 7度地 区可选 用 国标 G B 1 3 4 7 6 -2 0 0 9 ( 先张法预应力混凝土管桩 中的各型 号预应力混凝土管桩。 2 ) 抗震烈度 8度地 区可选用 国标 G B 1 3 4 7 6 2 0 0 9 先张法预应力混凝土管桩中的 A B型 、 B型、 C型预应力混凝土管桩 ， 不宜选用 A型管桩 。 3 ) 从管桩 生产 厂家的市场实际生产 量角度 出 发 ， 建议广大设计人员慎用 B型和 C型管桩 ， 特别 是 C型管桩 ， 因为 B型和 C型管桩在实际工程选用 较少， 大多数管桩厂家从追求最大利益角度出发， 都 愿意生产最常用的 A型 、 A B型管桩 ， 而且一般都有 现货库存， 而 B型用量较少， C型管用量极少， 厂家 一 般不愿意多生产， 无库存现货 ， 除非建设或施工单 位提前预付定金， 且 c型管桩单价相当高。由此看 来， 广东省标准 D B J T 1 5 2 2 2 0 O 8 锤击式预应力 混凝土管桩基础技术规范 表 3 0 4中的常用管桩 及国标 G B 1 3 4 7 6 - - 2 0 0 9 先张法 预应力 混凝土 管 桩 中的常用管桩说明需修改为： 最常用桩型为 A 型、 A B型管桩， 次常用桩型为 B型管桩， 不常用桩 型为 C型管桩 。 4 ) 由于各桩型 的抗弯 承载力不 同， A型管桩 的 抗弯承载力最弱 ， C型管桩 的抗弯承载力最强 ， 因此 A型、 A B型管桩适合于以竖 向承受力为主的工程管 桩 ， B型、 C型管桩适合于以水平抗 弯为主的基坑支 护管桩 ， 尽 管 B型 、 C型管桩实际上不太常用 ， 单价 较高 ， 但也 比同直径的现浇混凝土灌注桩便宜一半 。 1 2管桩长度的预估 在工程未作试打 ( 压 ) 桩基之前 ， 仅通过地质勘 察报告 ， 很难给出较为准确 的桩长预估值。原因是： 1 ) 地质勘 察报告是每隔一定间距布置一个勘 探点 ， 大约 2 0 m左右 ， 不可能每柱或每桩布置一勘 探点 ， 即使 同一柱下的几根管桩的长度常常不完全 相同， 有时相差甚远； 2 ) 地质勘察报告所提各岩土层分布状况及物 理力学指标也有一定 的取值变化范 围， 给 出的各设 计所用的标准值未必准确。 为此， 建议设计人员尽量不给出桩长的预估值， 只给出桩端所入的持力层。如果建设单位因招标要 求需设计单位提供设计 桩长， 那么建议设计人员一 定要在 图纸上注明： “ 在作试打( 压 ) 桩基之前 ， 所提 供 的桩 长预估值 不准 ， 应 以施工 时的实 际桩长 为 准” 。否则 ， 若 实际施工完成的桩长与设计 预估桩 长值 出入较大时 ， 个别建设单位会找设计人员 的麻 烦 ， 将工程造价变更等有关责任推卸至设计人员。 建设单位招标时应要求施工单位提供打 ( 压) 管桩每米长度 的综合单价 ， 最后再按实际施工完成 的管桩长度进行结算。在桩基工程招标前 ， 个别建 设单位会希望设 计人员将管桩长度略估长点或 短 点 ， 一般来说是政府项 目或者政府投资项 目， 建设单 位希望将桩长估计长点 ， 而非政府项 目或者非政 府 投资项 目， 建设单位希望将桩长估计短点。 1 3 结 语 随着预应力混凝土管桩 的大量使用 ， 出现 的问 题也就越来越多 ， 本文在总结多年使用管桩工程经 验教训的基础上 ， 提出了一些对应的有效处理方法， 供相关技术人员借鉴和参考。 参 考 文 献 ： 1 D B J T 1 5 2 2 -2 0 0 8锤击式预应力混凝土管桩基础技术规范 s 2 J G J 9 4 2 0 o 8建筑桩基技术规范 s 3 J G J 1 0 6 -2 0 0 3建筑基桩检测技术规范 s