王 飛 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230032）

1 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，PHC管樁憑借其單樁承載性能高、造價(jià)低以及施工周期短等眾多優(yōu)點(diǎn)在高層建筑、碼頭、高速公路的建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用[1,2]。但由于我國(guó)幅員遼闊，不同區(qū)域的地質(zhì)存在較大的差異，致使PHC管樁在施工時(shí)容易遇到不同的質(zhì)量問(wèn)題。在安徽硬黏土地區(qū)，PHC管樁在壓樁過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生擠土效應(yīng)，易導(dǎo)致樁身傾斜、斷樁等工程質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生[3]。因此，分析管樁應(yīng)用時(shí)易產(chǎn)生的質(zhì)量弊病并有針對(duì)的提出相應(yīng)的防治措施是極為有必要的。本文對(duì)PHC管樁在安徽硬黏土地區(qū)施工易發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題和處理措施做詳細(xì)介紹，并結(jié)合典型案例，分析管樁樁身斷裂以及上浮的原因，最后提出了相應(yīng)的處理措施，希望能為相關(guān)從業(yè)人員提供參考。

2 PHC 管樁的應(yīng)用現(xiàn)狀

PHC管樁是采用先張預(yù)應(yīng)力離心成型工藝，并經(jīng)過(guò)蒸汽養(yǎng)護(hù)制成的一種空心圓筒型混凝土預(yù)制構(gòu)件，其樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般高于C80，標(biāo)準(zhǔn)樁長(zhǎng)為10m。在國(guó)外，混凝土樁已有接近百年的歷史，PHC管樁亦有30多年的歷史。在國(guó)內(nèi)，PHC管樁發(fā)展到現(xiàn)在已有接近30年的歷程，從1987年生產(chǎn)量尚不足50萬(wàn)m3發(fā)展到了2018年的生產(chǎn)量突破3億m3。PHC管樁的適用條件很廣，軟土、粘性土、粉土、砂土等地層條件均可以使用管樁，因此在工業(yè)與民用建筑、碼頭、橋梁、公路等工程中均可以看到PHC管樁的身影[4]。近年來(lái)，管樁被廣泛應(yīng)用在安徽硬黏土地區(qū)高層建筑的樁基工程中，取得了良好的效果，極大的節(jié)約了工程的造價(jià)，縮短了工程的建造周期。與此同時(shí)，管樁在使用過(guò)程中也出現(xiàn)了一系列質(zhì)量弊病，諸如樁身上浮（圖1）、樁身開裂（圖2）、樁身傾斜（圖3）等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了管樁在硬黏土地區(qū)的推廣應(yīng)用。

圖1 樁身上浮

圖2 樁身開裂

圖3 樁身傾斜

3 PHC 管樁施工時(shí)常見的質(zhì)量問(wèn)題

3.1 樁身出現(xiàn)移位

樁身移位可以分為樁身傾斜和樁頂移位這兩種類型。樁身傾斜會(huì)影響單樁的承載力，特別是水平承載力，樁頂移位則會(huì)致使樁基礎(chǔ)除了承受上部分結(jié)構(gòu)豎直方向傳遞來(lái)的荷載以外，還要額外承受一個(gè)彎矩，降低了樁基礎(chǔ)的承載力。一般來(lái)說(shuō)，樁身出現(xiàn)位移的原因可以從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮。

①施工時(shí)樁身未完全垂直于地面，樁身樁帽未在同一水平線上；

②施工步驟不正確，導(dǎo)致樁身應(yīng)力分布不均勻，特別是深基坑的承臺(tái)，承臺(tái)密集度過(guò)高會(huì)造成先施工的一側(cè)出現(xiàn)孔洞，當(dāng)進(jìn)行后一側(cè)施工時(shí)，樁身易發(fā)生滑動(dòng)；

③沉樁時(shí)遇到堅(jiān)硬的塊石，將樁身擠到另一側(cè)；

④樁設(shè)置的過(guò)于密集，沉樁時(shí)擠土效應(yīng)明顯。

3.2 單樁承載力不足

單樁承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求是保證建筑物上部結(jié)構(gòu)施工穩(wěn)定和安全的前提，單樁承載力不足的原因主要有以下幾點(diǎn)。

①管樁施工前的準(zhǔn)備工作不夠完善，勘察結(jié)果不準(zhǔn)確，無(wú)法保證施工后管樁的單樁承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

②管樁的樁身長(zhǎng)度及深度達(dá)到了規(guī)范要求，但是最低端未深入至地基持力層；

③施工過(guò)程中樁身出現(xiàn)斷裂。

3.3 樁身上浮

管樁樁身上浮的原因主要有以下幾個(gè)方面：

①壓樁時(shí)產(chǎn)生的擠土效應(yīng)對(duì)深層壓實(shí)土壓密的同時(shí)，造成周邊土體向上隆起，最終出現(xiàn)樁身上浮的問(wèn)題；

②壓樁時(shí)速度過(guò)快致使樁周土應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，樁土界面產(chǎn)生較大的孔隙水壓力；

③在硬黏土中沉樁時(shí)，樁側(cè)土體受樁的擠壓及向下摩擦作用會(huì)產(chǎn)生變形和超孔隙壓力水，此時(shí)樁側(cè)土體變形包含彈性變形和塑性變形兩部分，表現(xiàn)為彈塑性變形。壓樁完成后，超孔隙壓力水和土體變形未能充分消散，樁側(cè)土體卸壓，在超孔隙水壓力作用下，土體的彈性變形部分恢復(fù)，恢復(fù)過(guò)程中樁身被抬起，產(chǎn)生回彈，樁尖脫離持力層。

3.4 樁身斷裂

硬黏土地區(qū)管樁在施工過(guò)程中常會(huì)發(fā)生樁身斷裂的問(wèn)題，且該問(wèn)題前期不易發(fā)現(xiàn)，一般都是在完工后通過(guò)工程檢測(cè)獲悉。該問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因?yàn)楣軜稄S商在生產(chǎn)管樁時(shí)，未按照規(guī)范要求使用合格的原材料，造成管樁樁身的承受力較差，在打樁時(shí)，樁身承受不了擊打時(shí)的沖擊力，造成樁身斷裂。

4 防治措施

4.1 擠土效應(yīng)的防治措施

擠土效應(yīng)是管樁在硬黏土地區(qū)應(yīng)用時(shí)發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題的重要影響因素[5]。因此，減小擠土效應(yīng)對(duì)管樁施工的影響是極為必要的。擠土效應(yīng)產(chǎn)生的原因往往是布樁密度過(guò)大，對(duì)于該種情況，可以采用預(yù)鉆孔沉樁的方法來(lái)處理密度較大的管樁，控制好沉樁的速度，不宜過(guò)快也不宜過(guò)慢。沉樁順序要確定好，先壓持力層較深的管樁，后壓持力層較淺的管樁。

4.2 樁身移位的防治措施

①靜壓樁樁機(jī)在施工前應(yīng)對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢修，防止設(shè)備中途出現(xiàn)故障；

②施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制樁身垂直度，垂直度偏差不應(yīng)超過(guò)樁長(zhǎng)的5%，保證樁身、樁帽以及送樁桿處于同一直線上；

③盡量減少接樁，預(yù)制管樁接頭不宜超過(guò)3個(gè)，接樁宜在樁尖進(jìn)入硬土層后進(jìn)行。

4.3 樁身斷裂的防治措施

①加強(qiáng)對(duì)管樁生產(chǎn)原材料的管控，確保生產(chǎn)管樁的原材料符合相關(guān)規(guī)范的要求。當(dāng)管樁樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%時(shí)再進(jìn)行脫模，達(dá)到100%時(shí)才可以進(jìn)行施工，運(yùn)樁時(shí)應(yīng)防止發(fā)生碰撞；

②確保管樁混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到規(guī)定要求，樁頭應(yīng)設(shè)置鋼帽、樁尖設(shè)置鋼樁靴；

③提高樁的圧入精度，避免強(qiáng)力矯正。

5 工程案例

5.1 工程概況

某病房樓A座建筑面積約8.8萬(wàn)m2，共22層（地下二層）。目前病房樓A座形象進(jìn)度為樁基工程完成。日前因病房樓A座負(fù)二層管樁樁身完整性及單樁豎向抗壓承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，急需對(duì)樁樁身完整性及豎向抗壓承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的原因進(jìn)行檢測(cè)分析。

5.2 檢測(cè)方法

對(duì)病房樓A座具備檢測(cè)條件的管樁，采用低應(yīng)變法進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)。本次檢測(cè)采用的低應(yīng)變動(dòng)態(tài)測(cè)試方法為“應(yīng)力波反射法”，檢測(cè)過(guò)程嚴(yán)格遵循《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）[6]。

5.3 檢測(cè)結(jié)果

①病房樓A座負(fù)二層經(jīng)低應(yīng)變法檢測(cè)的管樁共686根，根據(jù)單樁樁身完整性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，Ⅰ類樁346根，占全部被檢樁數(shù)的50.4%；Ⅱ類樁104根，占全部被檢樁數(shù)的15.2%；Ⅲ類樁214根，占全部被檢樁數(shù)的31.2%；Ⅳ類樁22根，占全部被檢樁數(shù)的3.2%。

圖4 Ⅳ類樁典型低應(yīng)變法實(shí)測(cè)曲線

②檢測(cè)發(fā)現(xiàn)管樁樁身露出地面部位有挖機(jī)磕碰的痕跡，現(xiàn)場(chǎng)抽取3根管樁對(duì)其樁身進(jìn)行破碎法檢測(cè)，部分樁身螺旋筋直徑小于規(guī)范要求。

5.4 原因分析及處理措施

①根據(jù)病房樓A座負(fù)二層5根管樁的豎向抗壓靜載試驗(yàn)報(bào)告，結(jié)果表明加載至1920kN時(shí)，Q-s曲線發(fā)生陡降，5根樁在樁頂沉降量約達(dá)40mm至80mm后，沉降值收斂趨于穩(wěn)定。經(jīng)檢測(cè)分析，豎向抗壓承載力不足是管樁上浮引起的。

②病房樓A座負(fù)二層送樁深度為8m～9m，送樁較深，會(huì)增加擠土效應(yīng)，取土后，基底土層回彈，容易造成管樁樁身上浮，并可能造成樁身斷裂。

③根據(jù)委托單位提供的資料，病房樓A座土方第一、二和三次開挖深度分別為3.4m、3.45m和4.0m，管樁樁頭有挖機(jī)磕碰痕跡，在距樁頂以上20cm～30cm的土體未采用人工開挖，不符合《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁技術(shù)規(guī)程》（DB34/T1198-2010）[7]中6.1.5條的規(guī)定，并易導(dǎo)致樁身斷裂。

根據(jù)上述分析結(jié)果，建議對(duì)該場(chǎng)地發(fā)生上浮的完整管樁進(jìn)行復(fù)打或復(fù)壓，并通過(guò)靜載試驗(yàn)確定其單樁極限承載力。

6 結(jié)論

隨著PHC管樁在硬黏土地區(qū)的廣泛使用，相應(yīng)的質(zhì)量問(wèn)題開始頻繁出現(xiàn)。因此在施工過(guò)程中應(yīng)充分意識(shí)到管樁在硬黏土地區(qū)使用時(shí)可能引發(fā)的工程質(zhì)量問(wèn)題，采取必要的防治措施來(lái)對(duì)此進(jìn)行預(yù)防。隨著研究人員對(duì)PHC管樁理論研究和工程實(shí)踐水平的不斷積累，PHC管樁必將在越來(lái)越多的地區(qū)使用，為工程帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。