引孔静压桩施工技术难题分析

黄春满

(泉州泉成勘察有限公司，福建泉州 362000)

引孔静压桩施工技术难题分析

黄春满

(泉州泉成勘察有限公司，福建泉州 362000)

对在引孔后的预应力高强混凝土管桩(PHC桩)植桩施工中，由于受到地质条件限制、工艺流程及周边环境等影响，所导致沉桩过程的偏斜、悬桩、断桩等现象进行分析和探讨，提出有效的解决措施，解决了技术难题，希望能对同类型的工程问题有一定的参考借鉴意义。

引孔静压桩;偏斜;悬桩;断桩;技术难题;分析

0 引言

预应力高强混凝土管桩(PHC桩)是一种通过预应力先张法、室内离心成型、高压釜蒸养等流程制作的、混凝土强度等级不低于C80的、空心环形等截面构件管桩，其常见规格Φ300～Φ600不等，可供设计选用的范围广。其具有：桩身强度高、单桩承载力大、穿透力强、施工方便周期短、检测方式简易、质量可靠等众多优点。随着城市化的进展，静压预应力高强混凝土管桩越来越多的应用于多层、高层等一些高承载的建筑物，特别对于福建内地丘陵地貌单元，其风化岩面起伏较大的地质条件适应性强、桩身耐打等优点。但是，随着静压预应力高强混凝土管桩应用的广泛，在一些有地下室、风化岩面较浅、有坚硬夹层不能作为持力层时、周边有重要建筑物，由于短桩、挤土效应、桩基沉降问题，往往采用引孔植桩工艺进行施工，辅助进入设计桩端持力层全断面一定深度。本文通过典型的工程案例，结合以往的引孔施工过程出现的一些问题，针对静压预应力高强混凝土管桩引孔沉桩过程的偏斜、悬桩、断桩等现象进行分析探讨。

1 工程概况及地质条件

玉都阳光商住区1#～4#楼位于泉州市惠安县惠南工业园区，处在洛秀组团开发区以东。主体结构上部为四幢16～18F剪力墙结构高层建筑物，其下有负一层地下室，属矩型状。地处剥蚀残丘地貌单元，覆盖层厚度内的土质多为回填土、坡残积土及风化岩。

由于工期较紧，且周边民房较多，对各种桩型的可行性分析及造价比选后，冲、钻孔灌注桩振动噪声大、费用高、周期长，不建议采用，综合分析静压预应力高强混凝土管桩为最佳桩型。现有地面孔口标高为10.00 m左右，地下室底板标高6.00 m，依据钻探成果资料揭露的强风化岩(拟选用的桩端持力层)，其顶板埋深7.00～11.80 m，有效桩长去除掉地下室及承台部位(实际桩长3.00～6.00 m)，约有90%处于“短桩”现象，即有效桩长≤6 m，见图1。

经建设、勘察、设计、施工及监理单位联合进行方案研究后，决定采用机械引孔植桩的辅助工艺施工。初步方案为采用Φ350引孔口径，植入Φ400的管桩，采用小型的衡阳XY-100型地质钻机引孔，利用武汉YZY-800型静力压桩机植桩。

图1 玉都阳光商住楼ZK8地质剖面图

2 问题的产生

引孔后植桩过程，产生了以下3个问题：

1)引孔后植桩桩斜问题：施工工程桩过程，偏斜量≥3%，而主钻杆无偏斜，管桩的偏斜度超过设计规定的要求值;

2)引孔后植桩悬桩问题：施工工程桩过程，出现有个别桩进入孔中的桩长仍不满足设计最小桩长要求，而实际引孔的深度又比施工沉桩植入的桩长要深得多，导致桩端下部有1～2 m的悬空部分，实际上的这类型桩失去了大部分的端阻力和侧阻力，存在“悬桩”的工程隐患，见图2。

图2 抱压式静力压桩法施工中悬桩示意图

3)引孔后植桩断桩问题：植桩过程，出现有个别桩进入预定持力层强风化岩时断桩现象，压桩力骤降。

3 原因分析及解决方案的选定

3.1 桩斜

3.1.1 桩斜的原因分析

1)技术操作：引孔钻机机身没调平，地面平整度较差;

2)钻机机械设备：采用的衡阳XY-100型地质钻机，其自身扭力较小，在岩石倾斜处或软弱交接地带易偏向，见图3。

图3 偏斜桩受力及地质示意图

3)植桩机械自身缺陷：钳口油缸不同步，抱压夹紧后，钳口面不垂直，桩身偏斜。

3.1.2 解决方案

1)改用衡阳XY-300型地质钻机引孔，钻杆采用50 mm型钢芯管，增加其稳定性;

2)对场地严格平整压实，引孔过程确保机身调平;

3)对夹桩不垂直，尽量控制夹桩器在倾斜较小的时候将桩植入孔中，可采取在调心块位置加层钢板，校正钳口自身倾斜度，让桩端贴近地面或≤0.50 m时进行二次垂直度校核。

3.2 悬桩

3.2.1 悬桩的原因分析

1)孔底沉渣：由于残积土及风化岩层中的颗粒多为砾状(以＞2 mmm为主，多在3～8 mm的颗粒，占总量的30%以上)，所采用的引孔清渣泥浆泵功率较小不足于完全将砾状沉渣颗粒带起排出;

2)挤土效应：由于预应力高强混凝土管桩桩端为平底型桩尖，采用Φ350引孔口径，植入Φ400的管桩时将有一大部份土体随着桩身的植入仍被带至孔底，较粗的颗粒沉积在下部，而静压桩的压力值却已达到设计值要求;另外也可能因为管桩桩尖强度较差，遇到下部粗粒风化岩层时，桩尖已破损被打碎，卡在管内形成塞子，最终形成“吊脚桩”;

3)从沉桩理论原理及工程实践分析：预应力高强混凝土管桩，其力学公式中的压桩力，主要表现为桩周摩阻力与桩端阻力总和。而较多的工程事实证明：预应力高强混凝土管桩的压桩力对于桩较短或风化岩层埋藏不深的情况下，主要是桩端阻力起决定性作用，桩周摩阻力相对桩端阻力起较为次要的作用，在一些特定的地质单元中甚至可以忽略不计。压桩力在桩端未触及预定持力层时，油压表的数值变化往往并不大，不呈线性比例关系，在桩端送达设计持力层，瞬间就有较大的几何级数变动。

3.2.2 解决方案

1)沉渣的解决：采用灌注桩机械专用大型泥浆机，并在场地一侧开挖专门的排浆坑，以防泥浆回流至已引孔施工完毕的钻孔中去，尽量做到引一根植入一根的紧凑工序，避免清孔后的沉渣再行沉淀;

2)挤土效应的解决：将原有的Φ350引孔孔径加大至Φ380，压植桩过程尽量避免因停顿造成的超孔隙水压力恢复、桩周土强度快速恢复，使得压桩时阻力明显加大带来的不利影响。

3.3 断桩

3.3.1 断桩的原因分析

1)地质条件原因：风化岩面起伏大，在引孔植桩过程由于负荷不均，特别是对于软硬交接突变明显的位置，容易造成桩端滑移，桩身变形断裂，从而形成断桩;

本场地的杂填土为新近回填土，采用的回填材料为旧基础混凝土碎块、旧建筑物的碎块石等，在压桩过程中因处于孔壁夹杂的硬杂物，使其突出于孔中，在进一步压桩后，桩尖受力产生了倾斜差以及受力极不均衡，超过材料的变形极限后，变成不可逆过程进入了塑性破坏阶段，从而产生断桩;

2)施工质量控制因素：按规定发生桩身倾斜时，从水准仪的观测数据是可以反映出来的，正常应拔出以后重新清孔后再打，当倾斜严重时还继续加大压桩力时，就造成了断桩;

3)管桩产品质量问题：除了管桩自身的强度个别存在缺陷外，桩尖、桩帽的预制也是影响管桩桩身质量的薄弱环节。一般的产品问题，拉应力起结构主导的破坏作用，其次是压应力裂缝扩散作用。

3.3.3 解决方案

1)地质因素的解决方案：可进一步改进采用大扭力的引孔设备，如长螺旋桩机引孔，保证引孔的质量，有利于管桩的顺利植入;

表层杂填土杂质的处理：本场地因杂填土厚度不大，采用送桩器直接导压引穿杂填土至残积土层，再用引孔机械进行二次引孔;

2)改变受力点：避免偏心，由原来的平底型桩尖，改用尖口型的十字桩尖，减少受力面积，并有利于岩面的反力居中，由于桩尖自身的刚度不大，在一定的压桩力下桩尖压入钝化过程可起到一定的有效缓冲作用，增强其柔性，降低岩面反弹反力，减小断桩可能性。

4 效果检验

经过以上方案针对性的实施后，植桩过程的偏斜、悬桩、断桩等现象已基本消除，桩长满足设计要求，经桩基检测的低应变及静荷载试验，也均满足设计及规范的要求，达到预期目的，很好的解决了工期、质量、效益问题。

5 结语

结合实际工程，对引孔后的静压高强混凝土管桩(PHC桩)在沉桩过程中出现的偏斜、悬桩、断桩等现象，探讨其产生的各种原因，并制定了相应的技术方案。在一定地质条件下，引孔静压植桩过程中的偏斜、悬桩、断桩现象往往相伴产生，若能找到之间存在的关系，将进一步扩大预应力高强混凝土管桩(PHC桩)的适用范围，具有一定的指导意义。

［1］彭宏.预应力高强混凝土管桩及其沉桩挤土效应研究［D］.武汉：华中科技大学，2004.

［2］李月健.土体内球形空穴扩张及挤土桩沉桩机理的研究［D］.杭州：浙江大学，2001.

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1007-7596(2012)07-0085-02

2012-06-15

黄春满(1979-)，男，福建泉州人，工程师，从事基础施工、岩土设计治理、地质勘察工作。