高强预应力砼管桩施工质量控制初探

张河晔

宁化县方正建设监理有限公司 福建 三明 365400

1、工程概况

宁化滨江安置小区位于宁化县城关江背，地理位置四周较开阔，交通方便。一期为4#、5#楼建筑面积分别为4820.98㎡和5262.62㎡，地上框架11层，无地下室，桩数4#为76根，5#楼为73根。二期工程总建筑面积49000㎡，其中主楼1#、2#楼建筑层数地上框剪结构16-18层，无地下室，3#、6#、7#为地上17层，地下一层，管桩根数每栋76根，共380根。对于无地下室主楼桩基础全部采用锤击Φ500桩径PHC-500-100-A高强预应力管桩，桩端持力层选用⑤层砂土状强风化花岗岩层或⑥碎块状强风层，有效桩长不少于18m，桩进入持力层不少于1.2m，设计单桩竖向极限承载力特征值为2000KN，管桩接长采用焊接连接，施工中桩长依地质报告并结合实际施工相邻桩长判断来合理配桩，避免过量截桩。施工中以贯入度控制为主，以桩长（桩尖标高）控制为辅，锤击最后3阵每阵10击的贯入度控制小值为于30mm/10击，单桩承载力设计标准值为2000KN，对于有地下室的桩长不少于12m。若桩长不足9m需引孔施工，保证12m有效桩长。

2、桩基施工过程中存在的主要问题以及原因分析

在本工程桩基础施工中，为了能够更好地确定单桩的承载力，业主、监理、施工和地勘单位通过设计进行先行试打桩，共试桩3根。一期：无地下室主楼采用7.2T锤锤击施工，周边地下室采用6.2T锤锤击施工，4#、5#楼分别为76根、73根。最后经统计其中4#楼断桩5根、5#楼断桩7根、爆头共7根、超规桩偏位2根，爆断率为12.75%。二期： 1#、2#、3#、6#、7#楼桩380根，偏位超允许偏差2根、爆头5根、断桩各3根，共15根，爆断率为5.26%。

2.1 管桩桩身倾身、偏位

发生在回填不久未压实土层，受挤压较密集群桩中，经研究与分析桩身偏位主要原因有如下几方面：

①虚填场地平整夯实不够，回填土层细颗粒含量多粗颗粒较少且在雨季施工回填承载力不足，使桩机难于保持稳定和水平。刚开打1周施工桩机就坏掉

②桩就位后未认真检查和调整，降锤稳桩时桩身已不垂直

③个别桩头不平，桩尖偏离桩纵轴线超允许值

④接桩时，两桩不在同一轴线上，产生弯曲

⑤桩数较多的承台，上部为深厚软弱细粒含量多的软弱土层，桩间距较少，不注施工顺序产生挤土效应使相邻桩受回填土因有负摩阻力而产生偏位

⑥桩入土后，桩端桩侧遇障碍物左右侧受力不均，将桩尖挤向一侧

⑦地下室处的偏位桩，主要由于受一次性开挖深度太深使桩一侧承受偏心土压力产生桩弯曲变形

2.2 断桩

在施工中现场采用手电筒照入管桩内孔，发现内侧出现开裂渗水，认定桩身出现至少裂缝、甚至断桩。分析断桩发生的原因有如下几方面：

①桩身砼强度偏低，管壁厚薄不均，管桩材料在细检查有个别微细孔，在不平整地坪堆放不当，弯曲强度不足，而产生断裂破坏

②桩身用A桩因配筋较少而遇软硬夹层或坚硬障碍物，在锤击作用下把桩挤向一侧，桩尖偏离纵轴线，垂直度偏差过大，桩尖进入硬土层后，采用移动桩架等强行扳回措施纠编不当

③遇浅部的石块现象或桩端持力层岩面倾斜，桩尖在锤击受压情况下产生侧滑引起断桩

④施工作业人员进行了不恰当的施工作业， 发生在进行最后3阵贯入度施工时，没有实现对桩锤油门的良好控制，出现了桩锺落距过高问题，过大的冲击力使管桩发生较严重的断裂

⑤接桩时，焊缝质量较差，焊缝厚度不足，有小孔不连续不饱满，要求静停冷却8分钟的时间往往不够，接桩时两节桩不在同一轴线而产生偏位

⑥锤击线路安排不当或桩周边土方开挖不当，地下室开挖时一次性机械开挖深度太深或被机械所碰撞，使桩的一侧受到很大的土压力或冲撞，使桩身弯曲破坏

2.3 爆头

经研究与分析，发现较多爆头问题主要发生如下情况之中：

①桩身砼护不到位使强度不足，锤击时容易击碎桩顶砼而出现爆头

②桩帽与桩锤之间的弹性垫材质不好或厚度不足

③桩端板与桩身之间界面砼连接不好，有蜂窝小孔，或桩顶不平整

④桩身发生了明显倾斜，使桩端板处于不水平，进而引起桩身受力不均匀引起爆头

⑤送桩器发生在需送桩时送桩器不平整，使桩顶受力不均匀导致爆头

2.4 管桩焊接接头缺陷引起破坏连接

①焊接质量不好，焊缝不连续、不饱满、未满焊、未熔合、有气孔、有夹渣，杂物未去除干净

②焊接连接处表面未清理干净，连桩时的桩端不平整

③焊接好后，冷却停歇时间不足就开始打桩，桩入土后焊缝遇地下水出现脆性破坏面断裂

④两节桩截面中心不在同一中心线上接桩处产生弯曲，打桩过程中在接桩处局部产生应力集中而使连接破坏

3、提高锤击管桩施工质量的工作方法和控制措施：

在分析上述产生原因的基础上，要求认真做好事前控制、事中控制和事后控制，确保按设计标准及行业验收规范的主控项目：桩身质量检验、桩位偏差、承载力三方面达到要求。

打桩工程一般工序为：

平整场地→测量控制点移交→桩位放线→清理桩位地下障碍物→管桩进场→桩机就位→吊桩、对正桩位垂直对中→桩顶放置弹性垫层、桩帽→管桩就位→复核检查桩位→垂直对中→打桩→接桩（截桩）→静载试验检验→开挖土方→桩身质量动测检查

监理工程师控制工程质量的工作内容按事前、事中、事后控制和“预防为主”的原则，采取审查、巡视、监理指令、监理报告、旁站、见证取样、验收和平行检验等方法做好如下几方面工作内容：

①审查承包者的资格和质量保证体系，优选桩基专业分包商，施工作业人员持证上岗

②确定质量标准和明确质量目标要求

③督促承包商建立与完善质量保证体系，对重要部位、关键工序的措施进行审核，对原已批准施工组织设计（含桩基专项方案）调整修改，对重要部位、关键工序措施进行审查，经监理审查签认

④组织和建立与本项目相适应的质量监控体系，即结合作业环境条件、材料报验、工艺、隐蔽工程验收等方面做好事前、事中、事后的全过程控制

⑤在项目实施过程中实行跟踪、监督、检查、控制，对打桩重要部位、关键工序应实行旁站

⑥对质量缺陷或事故进行处理并进行检查和验收

3.1 事前控制：（施工准备）

3.1.1 做好设计交底和图纸会审工作，由业主组织设计、勘探、施工、监理等参建单位参加的图纸会审并做好会审记录，督促检查承包方绘制的桩位编号图。审查主要解决如下问题：

①依据场地工程地质资料和必要水文地质资料，进行持力层选择，若溶岩地区则慎用打入式管桩，对地质是否有孤石存在，持力层是否埋置较浅和会受水软化应采取针对性措施

②若全风化层很厚或填土层太深，一定要打入强风化层并保证进入持力层1.5米

③单桩承载力取值是否过于冒险或太过于保守

④最后3阵贯入度不能取值太小，一般以30mm /10击，防止总锤击数过多的桩疲劳破坏

⑤桩距是否偏小，桩数是否过于密集，防止产生挤土效应使桩上浮，今后产生沉降超规定而降低单桩承载力

3.1.2 审核专业分单位资质，要求交验有关证明。如近3年施工业绩、发生质量和安全问题情况、技术装备力量、特种作业人员上岗证审核等。

3.1.3 审核施工单位开工申请报告和专项施工方案，场地平整压实可保证机械正常作业的承载力，桩基施工准备的临时设施如：供水、供电、排水、板房等开工前准备就绪，远程监控系统安装，重点是结合工程所在地的地勘报告水文条件，邻近建筑物基础、地下管线（含管道、电缆的调查资料）、有否旧基础等障碍物，审核施打顺序和桩机行走路线。

3.1.4 认真检查进场的施工机械和打桩设备，做好各部件性能应能保证正常作业，安装调试符合现场施工技术条件，防止施工噪声对周围居民的影响。

3.1.5 进场管桩等材料的检查、测量管桩外径、璧厚、桩身弯曲度等尺寸检查和外观质量检查，进场材料需提供出厂证明书或实验报告单，对桩端板是否平整、桩身是否垂直、是否通过淋水观察后带有裂隙等。原材料进场后需按规定要求存放，堆放场地应平整坚实。

3.1.6 要有施工质量的预控措施：如督促有关人员学习地勘资料和设计文件，桩基工程施工组织设计或者施工方案，要求对工人进行安全教育、安全和技术交底，加强工作人员责任心，制定工程质量目标和安全措施。在现场把控好进场管桩原材料监控和灌芯砼水泥、砂、石子、钢筋、外加剂及商砼质量报告、施工设备监控、打桩过程，把责任落实到具体班组和人员。

3.1.7 正式打桩前必须先打试验桩（按设计要求不少于3根），确定桩长，要求有关人员研究地质勘察资料和设计文件，送桩的贯入度控制指标由参建单位（设计人员、地勘人员、业主、监理人员）共同确定收锤标准，签认试桩记录作为下步全面正式管桩施工的依据。对施工中发现的质量隐患等以联系单、变更单、确认单形式及时协商解决。

3.1.8 测量控制点移交：基桩轴线控制点和水准点应布置在不受未来施工影响的地方。开工前经复核后妥善保护、做好标记并经常性复测。

3.2 事中控制

3.2.1 按如前述打桩工序工艺流程进行施工。

3.2.2 管桩施工中要注意解决如下问题：

a、选锤不当、防止“一锤打不同要求的桩”、防止锤跳得太高、油门档数过大

b、仓促草率投入的施工场地松软、未平整夯实、未设置排水等都不利打桩机稳定，造成桩机倾斜

c、桩帽形状太深、太小或太大等不规范

d、桩垫大薄无弹性，大桩帽套小桩帽，桩尖不合规范或设计

e、焊接马虎、坡口焊厚度太小，间歇时间太短（不足8分钟）

f、打桩顺序不对应，不利于防止桩施工后的隆起

g、送桩器构造不合理或送桩太深，送桩器与桩端板顶面不同心，错位太大

h、余桩凸出不及时截除，截桩不规范，打完桩后空洞未用砂袋塞填，使机械开行或行人行走不安全

i、土方开挖不规范，地下室一次性开挖太深或赶工工程采用边施打桩边开挖

j、本设计图纸要求用机械连接接头工艺，监理方建议取消，改用焊接接桩工艺较为成熟可靠

3.2.3 监理工作方法：由于桩基工程不可预见因素很多，在打桩过程中实行质量跟踪、监督、检查、控制，对关键工序、部位进行旁站。对施工中出现的偏差及时纠正，对贯入度突变、桩头破裂、桩身倾斜、跑位、邻桩上浮、接桩不规范等应记录并上报参建单位共同研究处理情况。将有关结果记录到旁站记录表中，特别是涉及工程量的每节桩长、送桩深度、截桩长度、原始地面标高。

3.2.4 质量控制措施：

①管桩地堆放及吊运必须符合设计和规范要求，结合工程实际确定合理的施打顺序和行走路线

②管桩施打：

a、打桩前应事先在桩身及送桩器上作尺寸标记，以便在打桩时观测每次锤击桩的下沉量

b、场地应平整夯实，确保桩机架设平稳

c、桩帽与桩端板之间应设置弹性衬垫，衬垫厚度均匀一致且经锤击压实后的厚度不小于120mm。桩帽与桩锤之间可用坚纹硬木或钢丝绳迭盘作锤垫。送桩器与管桩桩头可设置1-2层麻布袋或硬纸板作衬垫

d、桩尖材料及焊缝应符合设计或规程要求，桩尖定位偏差在20mm以内。

e、打桩应“重锤低击”。开始打桩时，先用短落距轻打数锤，观察桩身与桩架、桩锤等是否在同一垂直线上。第一节桩起吊就位插入地面时垂直度偏差不大于0.5%，过程中桩身倾斜不超0.8%，否则应设法纠偏。进入上层软土层纠编较简单，但当桩进入硬土层后，严禁移桩架强行纠偏。打桩过程要检查机件、绳索是否老化和损伤；桩锤悬挂是否牢固可靠；移动桩架是否安全

f、凡桩距不大于2.5D（D为桩径）及一个承台下总桩数多于9根时，应采用跳打方式施打，防止上浮桩。当桩数多于30根时，应从中心往外边缘打，承台边缘桩待承台内基宅桩打完后，重新测定桩位后再插桩打入

g、打桩过程应派专职施工员做好施打记录，记录每沉落1m的锤击数和记录落锤的下落的平均高度。在收锤接近时，以每落锤10击为一阵击阶段，测量其贯入度并登记汇总。一般单桩总锤击数不宜超2500击，最后1m沉桩锤击数控制在300击之内

③打桩顺序常考虑如下原则后综合确定：

a、当桩较密且距周边建筑物较远、施工场地较开阔时，从中间向四周进行；若桩数较密集、场地狭长，宜中间向两端进行；若较密集桩且有一侧靠近建筑物时，邻近建筑的一侧开始由近及远地进行

b、依桩的入土深度，先长后短

C、依桩径规格，先大后小

d、依建筑高度、主楼与裙楼关系，先高层后低层

e、接桩：

e1：在桩长不够时，改变原设计的机械接桩工艺，采用常用焊接接桩

e2：接桩时，其入土部分桩段的桩头应高于500mm～1000mm，单桩接桩接头数不超3～4个

e3：焊好后桩自然冷却时间不少于8分钟，严禁用水冷却或焊好即打

e4、送桩时，送桩中心线应与桩身轴线吻合一致，所用管桩送桩长度不大于2m。当需超2m时，应先用联系单书面方式征得设计、业主、监理等单位的同意

e5、管桩焊接工艺监控要点如下：

e5.1焊接需隐蔽验收：对桩尖焊接和接头焊接要进行隐检验收

e5.2焊接原材料控制：同一根桩必须使用同一厂家管桩，焊条焊丝及焊工作业上岗证应报验

e5.3焊接作业条件：管桩焊接应注意风天及雨天对焊缝质量的影响，注意焊条烘焙是否符合要求否则应停工。焊接桩端板坡口表面要用钢丝刷子除污除锈刷干净直到露出金属光泽，焊接部位应清理泥土等污染物

e5.4焊缝质量控制：应使上下两节桩中心对正，轴向错位小于2mm，上下节平面偏差＜10mm，端头板间隙不大于2mm，可用薄铁板全部填实，焊缝应连续饱满，焊接层数不少于3层，焊缝高度8 mm-10mm。为防止夹渣，每焊完一层应清除焊渣，对重点工程应对点焊接桩接头做10%的探伤检查

f、填灌砼：若遇到桩端持力层易受水软化的软化层，在第一节桩施打完毕后在管内孔底填微膨胀砼C25，灌注高度不少于1.5m

g、打完一根桩空孔口部应用砂袋临时填塞，利于行人安全也防杂物进入桩芯导致桩顶灌芯砼掏土

3.3 .事后控制

3.3.1 成品保护

①应妥善保护好桩基的轴线和标高与控制桩，不得被机械重物撞击或振动，以免引起管桩位移

②打桩完后的基坑开挖应制定合理的防止破坏碰桩的施工顺序和技术措施并上报监理机构，防止受挤压、侧压引起桩身位移或斜侧受偏压弯曲甚至断裂

③高于地面截桩头在打桩若会影响桩机行进时就须截桩，而土方开挖后截桩头是按设计桩顶标高进行要求采用“锯桩器截割”，严禁用横锤敲打以免造成断桩和产生横向裂纹，严禁施工机械碰撞或将桩头作为拉锚支点

④管桩桩顶应灌注不低于C30的填心砼，灌注深度不得少于2d，且不得小于1.5m且需见证取样做砼试块评定，若持力层会受水软化管底也需封底

3.3.2 桩施工后，应由有检测资质单位作桩身完整性检测及承载力静载检测，同时由现场专业人员对桩位偏差进行复测。除地下室开挖无法检测或受设备限制须预选受检桩外，受检选桩一般随机抽取选定。具体检测方案由质监站、业主、监理单位、施工单位依规范和设计文件共同确定。

3.3.3 质量验收和对缺陷桩的处理方法：

①预应力管桩的质量检验及验收的设计标准和行业规范按省厅闽建建[2017]1号文进行

②当桩顶标高低于施工地坪时需送桩，可在每根桩顶沉至场地标高时进行中间验收评定，当桩顶标高需与施工场地标高基本一致，可待全部管施打完毕后一次性验收。待卸桩施工完毕，承台或砼底板挖至设计标高后再作终验绘制打桩工程竣工图并标出桩偏位数字

③对施工完毕桩未开挖前，应先进行桩位平面复核和检查，对是否有漏打、断桩、偏位超差等按设计要求、规范标准进行判别。将实际打桩情况提供给设计单位以便进行缺陷处理是采取补桩、加大承台或加大地梁等设计处理。本工程在施打中发现明显断桩遂及时补桩24根

④对管桩的静载承载力和小应变桩身检测必须合格且桩偏差合允许规定，才能进行承台或底板砼施工。若有不合格桩则看静载试验荷载确定实际承载力，依取定值请设计人员进行设计复核。常见如下几种情况：a、决定下步扩大检测；b、局部补桩或补强设计处理，如本工程一期工程桩149根按同一条件施打成批共选了3根桩（46#、75#、111#）进行检测，其中75#静载检测不合格，按省厅闽建建[2017]1号文件对这根不合格桩扩大三倍数再做检测。分别再选77#、97#、74#桩静载检测均达设计要求。经与设计等单位共同探讨对不合格桩的处理方案：采取承台、地梁加大处理的设计补强方案。c、如果是由于挤土效应使桩上浮引起承载力降低，可采取复打工艺视检测情况再定

4、结束语

通过监理单位对本工程进行管桩桩基施工阶段全过程的事前、事中、事后控制与建立有效控制体系、对现场施工全过程的严格监理、监督到位之后，爆头、断桩率从2018年2月12日的12.75%下降到2019年5月15日的5.26%。不仅从质量上提升了工程的整体品质且能够在一定程度上节约工程成本和造价，有效降低缺陷率，减少返工和设计补强桩基处理同时也有利于加快施工进度，对促进行业健康可持续发展具有现实意义。