某工程锤击式预应力管桩在灰岩区施工问题浅分析

叶海兵 廖强

核工业西南勘察设计研究院有限公司杭州分院 浙江杭州 310031

摘要：经过近几年的发展，锤击式预应力混凝土管桩得到广泛的运用。但在施工过程中也发现很多问题，本工程中在灰岩区施工中多有破碎，分析原因主要为岩溶发育、中风化面倾斜及锤击过大所致。

关键词：预应力混凝土管桩；灰岩；破坏

一、工程概况

杭州市转塘镇沈家弄村等九个村农转居多层公寓G-R21-19地块位于杭州市转塘镇320国道以南的双流村，主体建筑物由26栋10-11层住宅楼组成，地下一层。详勘报告中显示，场区隐伏基岩有两种，场地东北角为古生界（Pz）石灰岩，仅在5#楼4个钻孔（ZK21～ZK23、ZK25）揭示，其余地段均为志留纪上统唐家坞组（S3t）岩屑长石砂岩，岩质均较坚硬-坚硬。

据设计提供：基础形式为桩基加片筏基础。设计采用预应力管桩基础，锤击式，PHC-AB500（125mm）的预应力管桩，设计以9-2层强风化砂岩及10-3中风化灰岩作为基础持力层，桩端全断面进入持力层不少于0.5米，施工工艺采用柴油锤击式。

二、桩基施工过程遇到的问题

实际施工中在下覆基岩为砂岩地段桩基础施工均正常，当施工5#楼时候，发现桩长变化异常，均超送3～6米不等，桩长变化异常有可能是场地存在点带状岩溶影响所致，经各主体单位现场讨论后，对桩基异常区域进大致按一承台一孔进行施工勘探工作。

2.1 施工勘察揭示岩溶一览表：

从本次施工勘察7只钻孔揭示溶洞情况看，溶洞分布深度在地表下25-32m左右，溶洞竖向洞径在0.6-3.1m左右，以ZB3、ZB12两孔揭露的溶洞洞径分别达3.1m、2.7m较大，其他钻孔揭示的溶洞洞径在0.6-1.3m左右，相对较小；溶洞内均充填灰黄色、黄色的流塑状粉质粘土，工程性能极差。从溶洞顶部中风化灰岩厚度分布看，该7只钻孔中溶洞顶部岩体厚度较小，多在0.1～0.9m左右，且溶洞顶部及底部附近的岩体均有不同程度溶蚀现象，如岩体发黄，表面有溶蚀坑、溶槽、蜂窝状虫孔发育等。另外，在溶洞分布带两侧附近的钻孔勘探中揭示，有部分勘探孔全风化基岩呈软可塑状，说明一定程度上受岩溶发育带的影响，本次勘探有钻孔ZB18、ZB19、ZB21、ZB10、ZB24等孔埋深约在22-26m左右的全风化呈软可塑状。

2.2 中风化基岩面分布

受场地构造、地层、岩溶发育的影响，场地中风化基岩面起伏较大，场地现地面标高为6.5-7.0m左右，从目前场地地面起算，中风化基岩面埋深在22-32m左右。其中岩溶区中风化基岩面埋深较大，埋深在26-32m左右；岩溶区附近区域中风化基岩埋深次之，埋深多在25-29m；其余非岩溶区中风化基岩埋深相对较浅，在22-27m左右。从中风化岩体埋深看，中风化顶板起伏无明显的规律性，如建筑物左侧2号、3号、6号承台勘探孔揭示的中风化基岩埋深分别为24.2m、21.8m、26.4m，而承台间勘探点间距仅为4-5m左右，换算成坡度可达20-45°。

三、桩基础施工异常原因分析

本次勘探中在预应力管桩内施钻的钻孔有2只，分别是ZB9、ZB12孔，该两孔中均有管桩混凝土碎块揭示，另外在距35#桩西边50cm处的ZB8也揭示有混凝土管桩骨料，说明该处管桩桩身存在倾斜。上述钻孔揭示情况详见表3。

ZB8 23.5-24m为青灰色管桩混凝土碎块、碎屑。25.3-30.5m中风化灰岩 无溶洞 ZB12 29.0-29.1m中风化、29.1-30.6m充填物为青灰色管桩碎屑。30.6-30.8m中风化灰岩岩块，30.8-31.8m充填物为青灰色管桩碎屑。有溶蚀现象；31.8-32.8m全风化砂岩，灰绿色，可塑状；32.8-38.0m中风化砂岩 有溶洞

ZB9 孔深18-22.5m均为管桩混凝土碎块及碎屑，见铁丝＼钢丝少量，其中上部18-18.40m为混凝土碎块。

从上表可知，35#桩及48#桩实际地面起算桩长应加上超送的3-6m，因此实际地面起算桩长为34m以上，而35#桩勘探揭示，该桩在20m左右已经碎裂，钻孔显示底部25.3m处已经为中风化基岩；48#桩所处地段有溶洞，钻孔显示在29-31.8m处桩身已经碎裂，底部为基岩。

从35#桩分析：①桩底处已经碎裂；②桩底部碎裂的桩体已往西侧挤出；原因可能是在地表下25m左右遇到坚硬的中风化灰岩，该区域上部地层以淤泥质土为主，侧向摩擦力很小，重锤夯击下，桩头撞击坚硬的中风化灰岩引起碎裂。

48#桩底部有溶洞，因溶洞顶部中风化厚度小，桩头揭穿溶洞顶板后进入溶洞内，后撞击溶洞底板基岩引起桩底碎裂。如果该处基岩面倾斜则将加剧底部桩身的倾斜。

对于4#楼14-16#桩桩长超过中风化基岩埋深的现象，则是该地段中风化岩体顶面倾斜过大造成桩身倾斜或桩头碎裂造成的。

综上分析，从地质条件上分析，由于该管桩施工区域存在带状岩溶溶洞、中风化基岩面起伏较大等情况，客观上对管桩施工及桩长的控制带来难度；同时该区域上部土层以淤泥质土为主，侧向抱握摩擦力小，而底部较软弱的强风化岩体往往厚度不一，在强风化厚度较小甚至缺失地段，桩头直接与中风化灰岩碰击，在此种情况下，重锤锤击时易引起桩端撞击岩石导致桩底碎裂、桩身倾斜等现象（如桩35#），不同于其他南侧区域，上部淤泥质土层厚度小，基岩上部工程性能相对较好的土层厚度较大，桩基施工时管桩桩身所受的侧向抱握摩擦力较大，而桩底附近中风化砂岩多不直接接触，且砂岩强度相对较小，因此在桩锤作用下，桩端实际所受应力较小，故桩头不易碎裂、桩身不易倾斜。

四、处理方案

工程相关各方桩基会议中我方提出如下施工方案：

（1）5#楼岩溶发育区域：因管桩质量得不到保证，桩头易碎裂、桩身易倾斜，对于溶洞顶板灰岩厚度较大的地段又难以贯穿溶洞，因此不宜采用，建议采用钻孔灌注桩基础。考虑岩溶发育对周边可能存在一定的不利影响及其不规律性，可适当扩大钻孔灌注桩的布设范圍。

（2）5#楼其他地段：现阶段管桩基本未实施，仍可采用预应力管桩方案，施工前相关人员应结合附近承台钻孔地层情况，进行管桩的配桩及相应的试成桩工作，同时作好成桩的贯入度随深度变化的记录，尤其是在接近持力层附近时的贯入度变化情况；对于该区域的管桩施工，须精心施工，作好每一颗管桩的施工工作及记录。若该区域管桩施工难度大、施工质量难以得到保证，必要时也可考虑采用钻孔灌注桩方案。

（3）4#楼14-16#桩：该区域中风化灰岩顶面倾斜角度大，前期施工的三颗桩可能存在倾斜及桩头爆裂现象，再小范围内移位进行管桩施工质量仍不易得到保证，建议采用钻孔灌注桩基础。

该建议得到采纳并实施。施工进展顺利，静载荷试验检验结果正常。该建筑目前已通过基础验收，情况良好。

五、结束语与小结

1、从本工程可看出，上覆土層较为松软，全～强风化层薄弱，很多地方甚至缺少本层，这种地质条件俗称”上软下硬、软硬突变”，在这样的地层打桩，管桩很快穿越上覆地层，锤击桩直接碰到新鲜的中风化基岩面，容易出现桩头打碎，桩身断裂现象。本工程还出现这样的假象，桩身破裂后，桩身混凝土随着上部锤击打桩而连续不断地遭受破坏，表面上看，桩身在进尺，实际上桩身均已破坏。

2、从本工程4#楼破坏情况看，基岩面倾斜较大的地层，也不宜采用锤击式预应力管桩。

3、从本工程也可看出在上部全～强风化层薄地段，尤其下面为坚硬的中风化地层，在这样的地质条件下，收锤标准与打桩破坏也有较大关系，本工程采用10T柴油锤，现场确定收锤标准为最后10击贯入度10mm。从现场打桩情况看，在其余地段持力层多为8-1卵砾石层、8-2粉质粘土夹碎石、9-2层强风化砂岩此标准是合适的，但是在灰岩区上部硬土层较薄，锤击能过大有可能导致桩破坏。

参考文献：

[1] 《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008

[2] 《工程地质手册》（第四版）

[3] 浙江省标准《建筑地基基础设计规范》（DB33/1001-2003

作者简介：

廖 强（1983-），男，四川宜宾人，核工业西南勘察设计研究院有限公司杭州分院，工学学士，工程师、主要从事岩土工程勘察、设计；

叶海兵（1987-），男，安徽安庆人，核工业西南勘察设计研究院有限公司杭州分院，工学学士，助理工程师，主要从事岩土工程勘察、设计。