预应力混凝土桩的断裂偏位预防处理措施探究

李金乐

摘要：预应力混凝土桩具有工厂生产质量稳、桩长规格灵活组合、可锤击或静压沉桩、沉桩施工速度快、单桩承载力大、现场施工文明等优点，在各地区得到广泛应用，但在各地软土地基的应用实践中也出现了不少断裂偏位的事故。本文根据工程实践经验，探讨了施工中倾斜断裂的原因及预防处理措施。

关键词：预应力 混凝土桩 倾斜断裂 基桩 钢板沉井

1 预应力混凝土倾斜断裂偏位的原因

1.1 工程地质勘察原因 根据《软土地区工程地质勘察规范》规定：当相邻勘探点揭露的持力层层面高差大于2m，或土层性质变化较大时，宜适当加密，必要时尚应查明持力层厚度的变化。但当有的地方地质构造异常复杂时，而出具的工程地质报告在持力层层面高差太大、并有明显陡坡的情况下，未按规范要求进一步加密钻孔，容易误导设计和施工，造成实际单桩负荷不均，或在陡坡处滑移，严重者倾斜断裂。

1.2 设计方面原因 根据《建筑桩基技术规范》规定：静力压桩适用于软弱土层，当存在厚度大于2m的中密以上砂夹层时，不宜采用静力压桩。但有的设计者无视这一规定，造成压桩力过大，导致沉桩施工困难和桩身损伤。有的设计者无视桩端基岩的风化程度，要求PC桩嵌岩深度过大，致使PC桩在沉桩中锤击次数过多，桩身破损裂缝。此外当软土层很厚，桩的长径比很大甚至超过100，而桩端嵌入风化基岩，单桩承载力取值也较大，造成桩身在沉桩过程中失去稳定，容易在桩身中部折断偏位。

1.3 沉桩施工不注意挤土效应 预应力混凝土管桩属挤土型桩，在施打大面积密集桩群时尤其是封闭式桩尖.往往造成先打入的桩被后打的桩挤土产生倾斜偏位。某中学综合主楼工程十八层框剪结构，采用PHC-A500(100)预应力砼桩基基础，桩机行进路线为南北往复、由东向西，这样后续的桩基施工就会对已施工的工程桩产生往东南、东北方向的侧向挤压力，与该工程桩的倾斜偏位状态一致。

1.4 基坑挖土不当 预应力混凝土桩由于配筋率低、沉桩后桩周土体固结慢，造成桩的抗侧移刚度弱，加之基坑挖土往往一步到位，导致软土地基基坑中的预应力混凝土桩容易在挖土中倾斜断裂。淤泥质粘土或淤泥的地基土，若基坑机械挖土未分层开挖，或挖土机铲斗碰撞管桩，或挖土机停靠在管桩头上，或基坑支护结构位移过大，都会导致基坑中的预应力桩倾斜偏位，严重的产生断裂。

1.5 两阶段式压桩 软土地基中当桩身很长，采用静力压桩法沉桩，而表层土很软弱，单桩承载力极限值很高，要求压桩机的配重大。此时大配重下的桩机无法在地面上行走，往往分为两阶段式压桩，容易造成接头处桩身倾斜。例如某办公楼高层建筑下采用PHC管桩57m长，桩身分成四节，单桩极限承载力为4000kN，表层土为淤泥，虽然塘渣垫层60cm厚，但是配重下的压桩机仍无法行走。采用两阶段式压桩，下部两节桩身采用卸载后的压机预先压人，循环沉桩后加足配重再压上部两节桩身。由于淤泥土层松软，先压入的两节桩身受到沉桩挤土和桩机行走影响而产生倾斜，导致四节桩身沉桩就位后倾斜偏位。

2 预应力混凝土倾斜断裂偏位的预防措施

2.1 地质勘察应详细 桩尖硬土持力层起伏很大时，应加密钻探孔的间距。地质勘察资料中应判定管桩的“可行性”。实践经验表明，在强风化岩层较薄的场地打桩，当桩尖遇N>70的强风化岩或中风化岩层时，混凝土桩的破损率高达10%~20%。因此，在石灰岩地区或有弧石、旧建筑物基础、硬夹层、“上软下硬、软硬突变”、岩面陡坡等场地，可能在锤击数不多的情况下打断桩，不宜采用预应力混凝土桩。地质勘察的标准贯入试验，遇中密~密实砂层、硬塑~坚硬粘性土层、残积土层及全风化岩层时，应每2m左右测试一次。

2.2 合理地设计桩型及沉桩方式 设计者应合理地选择桩型、桩的长径比及沉桩方式，摩擦型桩的长径比不宜大于100，端承型桩且须穿过一定厚度较硬土层时，其长径比不宜大于80。同一结构单元不宜选择不同类型的桩，也不宜采用不同的沉桩方式。PC型和PHC型预应力混凝土桩可采用锤击或静压法沉桩，PTC型预应力混凝土桩宜用静压法沉桩。用静压法沉桩时桩架配重不宜小于单桩竖向极限承载力的0.75倍；用锤击法沉桩时，锤重应根据预应力馄凝土管桩的外径和持力层土质及深度来选定。

2.3 防止沉桩挤土效应的措施 ①预钻孔沉桩，孔径约比桩径小50~100mm，深度视桩距和土的密实度、渗透性而定，一般孔深宜为桩长的1/3~1/2，施工时随钻随打；②设置袋装砂井或塑料排水板，以消除部分超孔隙水压力，减少挤土现象。袋装砂井或塑料排水板间距1~1.5m，深度10~12m；③设置地面防挤沟，沟宽0.5~1.0m，深度视土质情况而定，过浅则起不到隔离防挤的作用，为防止沟中边坡坍塌，可回填以松散状的砂石。④限制打桩速率，一般每天12根为宜，并优化打桩的顺序路线，一般宜自桩群中间向两个方向或四周对称施工，当一侧毗邻建筑物时，可由毗邻建筑物处开始沉桩；⑤沉桩过程中加强对土体隆起和邻近建构筑物的观测监护。

2.4 科学合理的挖土措施 基坑开挖前应根据基坑工程特点、环境情况和场地工程水文地质条件，制定基坑挖土方案，基坑土方应分层用机械开挖，每层挖深1~2m，挖深3m以深的基坑，严禁“一步开挖到位”。挖土机械严禁碰撞工程桩，雨天暂停挖土时，应按台阶式留置缓坡。基坑挖土宜采取边挖、边凿(凿去工程桩上部多余桩长)、边铺(铺大片石基层)，边浇(浇筑混凝土垫层)、边砌(在局部加深部位砌砖模，保护土坡并用作承台和地梁模板)的施工方法，保护基坑土体不位移。

3 预应力混凝土倾斜断裂的处理实例分析

某中学综合主楼工程，位于余姚市东北城东路东侧，框剪十八层结构，钢砼承台，采用PHC-A500(100)预应力砼桩基基础，桩施工采用静压。施工完成后抽检基桩48根，偏位均不同程度超过规范允许偏差，其中桩身不同部位断裂，属III类桩22根，属IV类桩5根，共27根。分析其原因，主要是由于地址条件、沉桩施工挤土效应、基坑开挖三方面的因素造成。

根据工程情况分析，确定对7只承台基桩进行纠偏正位，其中主要针对III、IV类桩，区别不同桩位、区分基桩断裂不同部位，采取钢板沉井的办法，由西向东，逐承台套钢板沉井，内挖（冲）土，配重压沉钢板沉井至基桩断裂处以下50cm深，然后用直径60cm，长100cm钢模包于基桩断裂处，用C30细石砼浇筑，包覆桩周后，即可拆套箱，分层、对称、均衡回填土并夯实，填至承台垫层底标高，具体措施如下：

钢板沉井按一只承台整体考虑，呈椭圆形，每只钢板沉井高3m；顺序由西到东，先深后浅，先南后北，流水作业；钢板沉井内土，冲、挖结合，以人工挖土为主，钢板沉井配重压、沉，上拔钢板沉井用千斤顶顶升；桩身扶正用3t葫芦一端系于砼承台上，一端系于基桩顶部分次拉，辅以千斤顶顶正，每次不大于20cm，直至偏位小于20cm，垂直度小于2%止；制作直径60cm，长100cm钢模，套安基桩断裂处，上下长度等分；砼浇筑完后，在钢模四周回填夯实土30cm~50cm，即逐步顶升钢板沉井，逐步再分次回填夯实土，每次厚40~50cm；每处理好一只承台基桩后，即将本承台全部基桩焊接连牢，连接钢筋可利用承台底板结构底筋。

参考文献：

[1]曾达成.预应力管桩偏位的分析与处理[J].建筑施工.2008(3)

[2]金建中.软土地基如何预防预应力管桩偏位与断桩[J].建筑科技. 2007(6).