某办公楼预应力管桩工程质量处理

刘永平

（江阴市建筑设计研究院有限公司，江苏江阴214431）



某办公楼预应力管桩工程质量处理

刘永平

（江阴市建筑设计研究院有限公司，江苏江阴214431）

提出了实际工程中管桩施工出现的一些质量问题，如露桩、短桩、C类桩、倾斜桩，根据亲历的实际工程，分析出现的原因，介绍如何处理出现的质量问题，最后提出总结和预防措施。

露桩；短桩；C类桩；倾斜桩

先张法预应力混凝土管桩（简称管桩）因其承载力高、工厂化成批次生产桩身质量可靠、施工速度快、施工现场整洁文明等优点，近年来，在多层和高层建筑的基础工程中应用较多，发展较快［1］。然而，由于多种原因，管桩施工中出现了一些质量问题，如露桩、短桩、C类桩、倾斜桩等。分析其产生原因，综合处理好已出现质量问题的工程桩及基础，提出类似工程的设计与施工预防措施，是摆在设计、施工、监理人员面前的课题。

1　工程简要介绍

某欧式综合办公大楼，框架4层，局部6层加塔楼，总高约48m，建筑面积20303m2，平面尺寸东西长123.6m，南北宽54.9m，平面呈“山”字形，柱网尺寸3.8m×7.6m，中部区域局部6层加塔楼部分为大空间15.2m×19m。工程简要平面分区图及桩位图见图1：

图1　桩位平面图

该工程地质报告显示，地层在55米内从上而下分为八个工程地质层，详见表1：

表1　土层参数表

设计根据上述土层情况，采用400×70（C60）的静压预制管桩，由于土层厚度不均，持力层选用（5）层及（7）层粉质粘土层，桩长27-36m不等，总桩数1006根，单桩极限承载力1600KN。设计提出工程桩施工前先进行前期试桩的施工，本工程前期试桩10根，根据试桩的实际施工及最终静荷载试验情况，桩长、压桩力及桩承载力，均与设计要求相符。

2　工程桩质量问题的介绍

工程桩施工完毕后，在基坑开挖过程中，发现大量的露桩、短桩、断桩、斜桩及严重偏位桩。在桩布置较密集的地方，发现有液化土（俗称橡皮土）的现象。鉴于这种情况，建设行政主管部门组织设计、施工、监理、质检等部门进行现场查看，并根据现场会达成的意见，组织检测单位进行桩身完整性检测，检测结果如表2：

表2　桩身完整性检测结果表

根据现场查看情况及桩身完整性检测结果，归纳下来，主要以下四种质量问题：露桩、短桩、C类桩、倾斜桩，详见图2：

图2　四种质量桩示意图

3　工程桩质量问题的原因分析

3.1工程的西部区域

（1）存在已掩埋但并未清淤的古河道，设计中提出在桩施工前进行压密注浆处理，并在表面回填约1m厚的砂石垫层。（2）由于表面土层经过了处理，提高了表面土层的地基承载力，桩架移机时对已经施工完成的桩影响不大，该处工程桩施工情况良好，经检测，95%以上的桩能达到A、B类桩，且未出现斜桩的情况，可作为工程桩使用，极个别出现C类桩。（3）由于古河道的存在，桩基持力层起伏变化较大，施工人员在实际施工中根据最终压桩力的情况进行了调整：最终压桩力较小的进行了超压，实际形成了短桩的情况；最终压桩力较大的未压到设计要求的标高，实际形成了露桩情况。

3.2工程的东部区域

（1）存在相对较厚的2号粉土层，2号粉土层地基承载力为110KPa。（2）由于表层土较硬，桩架移机时对已经施工完成的桩影响不大，该处工程桩施工情况良好，经检测，所有桩均能达到A、B类桩，且未出现倾斜桩的情况，可作为工程桩使用。（3）本区域桩基持力层起伏较小，实际施工中最终压桩力也较均匀，桩顶标高控制较好，未出现明显的短桩、露桩现象。

3.3工程的中部区域

（1）表层土为耕植土及淤泥质粉质粘土，承载力低，设计中提出在桩施工前进行压密注浆处理，并在表面回填约1m厚的砂石垫层，但实际施工过程中并未严格执行，只是局部进行了压密注浆处理。（2）施工期间正值雨季，导致未处理部分的表层土承载能力更差。（3）在施工过程中，为抢进度，在中部桩密集区域，共有3台桩机在现场施工，在桩机的反复辗压下，局部土层液化成橡皮土。（4）工程桩在打桩过程及桩架移机过程中发生偏斜，实际开挖出的工程桩也证明了这一点：所有偏斜的工程桩均向土层差的一方偏斜，向桩机行走路线的反向偏斜。前述的C类桩、D类桩及斜桩绝大部分出现在本区域。

4　有质量问题工程桩的处理

对出现的露桩、短桩、C类桩、倾斜桩根据现场实际情况分别处理，使桩基能达到原有的设计承载力，成为本工程能否成功的关键。

4.1露桩的处理

对露出地面的桩应截桩，具体做法如下：应在管腔设置托板并放入钢筋骨架后，首先浇灌桩顶设计标高以下范围内的混凝土。桩顶填芯微膨胀混凝土，其强度等级宜与承台相同，且不应低于C40［2］。待填芯混凝土达到70%设计强度后，方可凿去桩顶设计标高以上多余部分。凿桩时采用人工凿桩，方法是先将不需截除的桩身端部用钢抱箍抱紧，然后沿钢箍上缘凿沟槽，再行扩大截断，钢筋可用气割法切断，严禁使用大锤硬砸［3］。

4.2短桩的处理

桩顶低于设计标高时（即短桩）应优先考虑降低承台的设计标高，当两标高相差不多于2倍管桩外径时，可采用高标号混凝土接桩。应在管腔设置托板并放入钢筋骨架后，浇灌桩微膨胀混凝土，其强度等级宜与承台相同，且不应低于C40。填芯前，应先将管桩内壁浮浆清理干净，并涂刷强度等级不低于42.5级的纯水泥浆或混凝土界面剂两遍。填芯长度不得小于5倍管桩外径，且不得小于2.0米。

4.3 C类桩、非倾斜桩的处理

对于检测出的裂缝在2.5m范围内的C类桩挖至裂缝下1000mm，将管桩内外壁清洗干净，将管桩内外壁刷混凝土界面剂，支模、浇捣桩头，其中管桩内插入托板及钢筋骨架，钢筋骨架长度为裂缝深度加2m，管桩内灌注微膨胀混凝土。管桩外部扎成600×600的方形桩头，浇至裂缝以下1m处。

对于检测出的裂缝在2.5m范围以外的C类桩，则按下列步骤处理：清除管桩内孔泥石杂物，保证管内孔深达裂缝深度加2m，在管桩内孔插入托板及钢筋骨架，钢筋骨架长度为裂缝深度加2m，管桩内灌注微膨胀混凝土。

对于C类桩同时又是露桩或短桩的，还应按前述露桩或短桩的处理办法。

4.4倾斜桩、同时一般为C类桩的处理

对于检测出的裂缝在2.5m范围内的C类倾斜桩挖至裂缝下1000mm，将管桩内外壁清洗干净，用千斤顶顶桩，尽可能复位，将管桩内外壁刷混凝土界面剂，支模、浇捣桩头，其中管桩内孔插入托板及钢筋骨架，钢筋骨架长度为裂缝深度加2m，管桩内灌注微膨胀混凝土。管桩外部扎成600×600的方形桩头，浇至裂缝以下1m处。桩头做完拆模后应在桩身两侧孔隙中灌填C20级配砂石。

对于检测出的裂缝在2.5m范围以外的C类倾斜桩，则按下列步骤处理：（1）测桩顶最大倾斜面，判断桩身弯曲方向，从而确定水平顶桩方向。（2）桩顶方向上确定与原设计桩位最接近处为取土孔位。（3）用钻孔灌注桩施工方法取土成孔，孔径同管桩桩径，孔深同裂缝深度。（4）安装水平型钢支架及小吨位油压千斤顶。（5）分级加载水平顶桩，最大顶桩荷载≤60KN。（6）实测桩顶面至水平后停止加载并在桩身两侧孔隙中灌填C20级配砂石。（7）清除管桩内孔泥石杂物，保证管内孔深达裂缝深度加2m。（8）管桩内孔插入托板及钢筋骨架，钢筋骨架长度为裂缝深度加2m，管桩内灌注微膨胀混凝土。

经过以上处理，露桩及短桩已达到设计标高；C类桩裂缝以下2m起至桩顶的空心管桩成了实心桩，经检测处理过C类桩能达到B类桩的质量要求，可作为工程桩使用；倾斜桩已纠直，经桩身完整性检测可作为工程桩使用。

5　补桩及整体基础处理

5.1补桩

在前述C类桩、倾斜桩处理后，进行了桩身承载力的检测。本工程正常检测桩数依据规范为11根。由于存在前述工程桩的质量问题，因此，除对正常区域按1%抽测外，在工程的中部区域，针对处理过的桩，还加测了12根。经检测，西部区域及东部区域桩身承载力均达到了设计要求。中部区域测得处理后的桩承载力离散性较大，最大单桩承载力1700KN，最小1000KN，平均为1400KN，为设计要求1600KN的87.5%。同时还有5根D类桩废弃不用，因此局部不够的地方仍需考虑补桩处理。

鉴于前面检测桩及工程桩处理时基坑已开挖，再回填土或砂石垫层将费工费料，且局部土层液化已成事实。补桩如果采用静压预应力管桩，打桩及桩架移机过程中对已有的工程桩将产生较大侧压力，难保不会再次出现偏桩、斜桩情况。因此，补桩应采用非挤土类桩型，且施工机械应尽可能自重较轻，以减少对地面的压力。设计采用钻孔灌注桩补桩，补桩总数为67根，单桩极限承载力Quk=1800KN，桩长同相邻位置管桩的桩长。补桩后，经5根桩的承载力检测，均达到设计单桩承载力的要求。

5.2整体基础处理

原设计承台均为独立桩基承台。各区域单桩承载力经检测，离散性较大，基础设计应整体考虑该问题。设计人员经综合前述的情况，处理如下：

在工程的西部区域及东部区域未出现倾斜桩，仅出现短桩、露桩，95%以上的桩能达到A、B类桩，桩基承载力经检测能达标，因此仍采用独立桩基承台。

在工程的中部6层区域，原设计桩数较多较密集。C类桩、倾斜桩大量出现在本区域，处理后单桩承载力离散性较大，后补的灌注桩由于桩间距的要求，布桩并不在受力最合理处，因此，应考虑提高该区域基础承台的整体刚度，使不同的桩共同受力，以抵抗不均匀沉降。设计将中部6层区域做成了局部桩筏基础，筏板厚1400。由于筏板刚度较大，能协调不同承载力的桩、不同桩型的桩共同工作；其他中部区域做成了柱下条形基础，柱下条形基础采用纵横向刚度很大的地梁拉连，地梁高1400，能协调不同承载力的桩、不同桩型的桩共同工作。

6　处理结果及沉降观测结果

本工程于2004年竣工并投入使用，目录已安全使用11年。2009年、20014年2次对本工程进行立面维护及内部保养维护，均未发现沉降型裂缝，因此主体结构是沉降均匀的，主体是稳定的。

本工程建成后第一年内每3个月一次沉降观测，第二年内每6个月一次沉降观测，第三年起每年一次沉降观测，到本稿为止，最大沉降22mm（发生在中部区域），最小沉降12mm（发生在东部区域），经计算，相邻柱基的最大沉降差小于千分之一，满足《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011的建筑物的地基变形容许值。

7　设计的反思总结及施工预防措施

7.1设计的反思总结

（1）对于持力层起伏变化很大地段及持力层为密实砂层或硬塑—坚塑的粘土层的，采用管桩应特别慎重。本工程设计时为2002年，当时还没有预应力管桩规程，设计仅参考了一般预制桩的规程，一般预制桩对上述持力层的桩基没有特别严格的规定。而现行《预应力混凝土管桩基础技术规程》DGJ32/TJ109-2010对管桩的适用范围有较严格的规定，设计应执行之。（2）具体设计桩长时从分析勘察资料入手，在持力层起伏变化较大处应要求补充勘察，重要柱子位置应布置钻孔，查清持力层深度、性质；对于重要建筑物，勘察单位应提交“持力层等高线图”或“持力层等深线图”［2］。（3）场地要平整坚硬，对表层土承载力较低的应提出提高表层土承载力的处理措施，使提高承载力后的表层土能承受桩机施工过程中的压力和桩架移机过程中的压力。（4）为减少压桩过程中及桩架移机过程中对已施工桩的侧压力，桩顶标高宜控制深一些，以保证自然地坪到桩顶有一定的厚度。一般在硬土区控制厚度为大于1.5m，软土区控制厚度为大于2.5m。

7.2施工预防措施

（1）对于持力层起伏变化较大地段及持力层为密实砂层或硬塑—坚塑的粘土层的，应随时监测最终压桩力变化。实际施工桩长与设计不符的应及时与设计人员联系，调整桩长，避免或减少露桩及短桩。（2）对表层土承载力较低的，应严格执行设计提出的提高表层土承载力处理措施。（3）打桩过程中注意桩机开行路线，不能在同一线路上，反复开行，导致表层软弱土层液化。雨季施工时，桩架移机时应在行走路线上铺设钢板，以减少对表面土层的压强。（4）打桩时发现桩不垂直应立即纠正，必要时，应将桩拔出，重打。严禁用移动桩架等强行回扳的方法纠偏，将桩身拉裂、折断。（5）管桩打完后进行基坑开挖时，应分层均匀进行，桩周土高差不宜超过1m，硬土区离桩顶标高还有0.5米、软土区离桩顶标高还有1.0米土层厚度时，应采用人工挖土。

［1］陈征.静压桩施工常见的质量问题及预防与纠正措施［J］.广西城镇建设，2006，（10）：28-30.

［2］吴存富，徐锦锋，颜传国，等.增强型预应力混凝土离心桩施工技术［J］.浙江建筑，2010，（10）：89-92.

［3］孔国强，汪水森.管桩施工中常见的质量问题及防治对策［J］.浙江水利科技，2010，（5）：68-70.

（责任编辑杨荔晴）

The Quality Treatment of the Pre-stressed Pipe Pile Project of a Building

LIU Yong-ping
（Jiangyin Institute of Architectural Design Co.Ltd，Jiangyin Jiangsu 214431，China）

This paper has discussed a few quality issues in the process of the pipe pile construction，such as exposed piles，short piles，C-piles，and inclined piles.Based on the direct constructional experience，it analyzes the reasons，proposes the solutions and finally a summery and a preventive means are given.

exposed pile；short pile；C-pile；inclined pile

TU712.4

A

1671-0142（2015）06-0034-04

刘永平（1971-），男，江苏江阴人，高级工程师.