PHC管桩施工中常见质量问题及防治措施

王 飞 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230032）

1 引言

近年来，随着我国建筑业的蓬勃发展，PHC管桩凭借其单桩承载性能高、造价低以及施工周期短等众多优点在高层建筑、码头、高速公路的建设中得到了广泛的应用[1,2]。但由于我国幅员辽阔，不同区域的地质存在较大的差异，致使PHC管桩在施工时容易遇到不同的质量问题。在安徽硬黏土地区，PHC管桩在压桩过程中会产生挤土效应，易导致桩身倾斜、断桩等工程质量问题的发生[3]。因此，分析管桩应用时易产生的质量弊病并有针对的提出相应的防治措施是极为有必要的。本文对PHC管桩在安徽硬黏土地区施工易发生的质量问题和处理措施做详细介绍，并结合典型案例，分析管桩桩身断裂以及上浮的原因，最后提出了相应的处理措施，希望能为相关从业人员提供参考。

2 PHC 管桩的应用现状

PHC管桩是采用先张预应力离心成型工艺，并经过蒸汽养护制成的一种空心圆筒型混凝土预制构件，其桩身混凝土强度等级一般高于C80，标准桩长为10m。在国外，混凝土桩已有接近百年的历史，PHC管桩亦有30多年的历史。在国内，PHC管桩发展到现在已有接近30年的历程，从1987年生产量尚不足50万m3发展到了2018年的生产量突破3亿m3。PHC管桩的适用条件很广，软土、粘性土、粉土、砂土等地层条件均可以使用管桩，因此在工业与民用建筑、码头、桥梁、公路等工程中均可以看到PHC管桩的身影[4]。近年来，管桩被广泛应用在安徽硬黏土地区高层建筑的桩基工程中，取得了良好的效果，极大的节约了工程的造价，缩短了工程的建造周期。与此同时，管桩在使用过程中也出现了一系列质量弊病，诸如桩身上浮（图1）、桩身开裂（图2）、桩身倾斜（图3）等问题，严重影响了管桩在硬黏土地区的推广应用。

图1 桩身上浮

图2 桩身开裂

图3 桩身倾斜

3 PHC 管桩施工时常见的质量问题

3.1 桩身出现移位

桩身移位可以分为桩身倾斜和桩顶移位这两种类型。桩身倾斜会影响单桩的承载力，特别是水平承载力，桩顶移位则会致使桩基础除了承受上部分结构竖直方向传递来的荷载以外，还要额外承受一个弯矩，降低了桩基础的承载力。一般来说，桩身出现位移的原因可以从以下几个方面来考虑。

①施工时桩身未完全垂直于地面，桩身桩帽未在同一水平线上；

②施工步骤不正确，导致桩身应力分布不均匀，特别是深基坑的承台，承台密集度过高会造成先施工的一侧出现孔洞，当进行后一侧施工时，桩身易发生滑动；

③沉桩时遇到坚硬的块石，将桩身挤到另一侧；

④桩设置的过于密集，沉桩时挤土效应明显。

3.2 单桩承载力不足

单桩承载力达到设计要求是保证建筑物上部结构施工稳定和安全的前提，单桩承载力不足的原因主要有以下几点。

①管桩施工前的准备工作不够完善，勘察结果不准确，无法保证施工后管桩的单桩承载力达到设计要求；

②管桩的桩身长度及深度达到了规范要求，但是最低端未深入至地基持力层；

③施工过程中桩身出现断裂。

3.3 桩身上浮

管桩桩身上浮的原因主要有以下几个方面：

①压桩时产生的挤土效应对深层压实土压密的同时，造成周边土体向上隆起，最终出现桩身上浮的问题；

②压桩时速度过快致使桩周土应力状态发生变化，桩土界面产生较大的孔隙水压力；

③在硬黏土中沉桩时，桩侧土体受桩的挤压及向下摩擦作用会产生变形和超孔隙压力水，此时桩侧土体变形包含弹性变形和塑性变形两部分，表现为弹塑性变形。压桩完成后，超孔隙压力水和土体变形未能充分消散，桩侧土体卸压，在超孔隙水压力作用下，土体的弹性变形部分恢复，恢复过程中桩身被抬起，产生回弹，桩尖脱离持力层。

3.4 桩身断裂

硬黏土地区管桩在施工过程中常会发生桩身断裂的问题，且该问题前期不易发现，一般都是在完工后通过工程检测获悉。该问题出现的主要原因为管桩厂商在生产管桩时，未按照规范要求使用合格的原材料，造成管桩桩身的承受力较差，在打桩时，桩身承受不了击打时的冲击力，造成桩身断裂。

4 防治措施

4.1 挤土效应的防治措施

挤土效应是管桩在硬黏土地区应用时发生质量问题的重要影响因素[5]。因此，减小挤土效应对管桩施工的影响是极为必要的。挤土效应产生的原因往往是布桩密度过大，对于该种情况，可以采用预钻孔沉桩的方法来处理密度较大的管桩，控制好沉桩的速度，不宜过快也不宜过慢。沉桩顺序要确定好，先压持力层较深的管桩，后压持力层较浅的管桩。

4.2 桩身移位的防治措施

①静压桩桩机在施工前应对机械设备进行检修，防止设备中途出现故障；

②施工过程中应严格控制桩身垂直度，垂直度偏差不应超过桩长的5%，保证桩身、桩帽以及送桩杆处于同一直线上；

③尽量减少接桩，预制管桩接头不宜超过3个，接桩宜在桩尖进入硬土层后进行。

4.3 桩身断裂的防治措施

①加强对管桩生产原材料的管控，确保生产管桩的原材料符合相关规范的要求。当管桩桩身混凝土强度达到70%时再进行脱模，达到100%时才可以进行施工，运桩时应防止发生碰撞；

②确保管桩混凝土的养护时间达到规定要求，桩头应设置钢帽、桩尖设置钢桩靴；

③提高桩的圧入精度，避免强力矫正。

5 工程案例

5.1 工程概况

某病房楼A座建筑面积约8.8万m2，共22层（地下二层）。目前病房楼A座形象进度为桩基工程完成。日前因病房楼A座负二层管桩桩身完整性及单桩竖向抗压承载力不满足设计要求，急需对桩桩身完整性及竖向抗压承载力不满足设计要求的原因进行检测分析。

5.2 检测方法

对病房楼A座具备检测条件的管桩，采用低应变法进行桩身完整性检测。本次检测采用的低应变动态测试方法为“应力波反射法”，检测过程严格遵循《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）[6]。

5.3 检测结果

①病房楼A座负二层经低应变法检测的管桩共686根，根据单桩桩身完整性评判标准，Ⅰ类桩346根，占全部被检桩数的50.4%；Ⅱ类桩104根，占全部被检桩数的15.2%；Ⅲ类桩214根，占全部被检桩数的31.2%；Ⅳ类桩22根，占全部被检桩数的3.2%。

图4 Ⅳ类桩典型低应变法实测曲线

②检测发现管桩桩身露出地面部位有挖机磕碰的痕迹，现场抽取3根管桩对其桩身进行破碎法检测，部分桩身螺旋筋直径小于规范要求。

5.4 原因分析及处理措施

①根据病房楼A座负二层5根管桩的竖向抗压静载试验报告，结果表明加载至1920kN时，Q-s曲线发生陡降，5根桩在桩顶沉降量约达40mm至80mm后，沉降值收敛趋于稳定。经检测分析，竖向抗压承载力不足是管桩上浮引起的。

②病房楼A座负二层送桩深度为8m～9m，送桩较深，会增加挤土效应，取土后，基底土层回弹，容易造成管桩桩身上浮，并可能造成桩身断裂。

③根据委托单位提供的资料，病房楼A座土方第一、二和三次开挖深度分别为3.4m、3.45m和4.0m，管桩桩头有挖机磕碰痕迹，在距桩顶以上20cm～30cm的土体未采用人工开挖，不符合《先张法预应力混凝土管桩技术规程》（DB34/T1198-2010）[7]中6.1.5条的规定，并易导致桩身断裂。

根据上述分析结果，建议对该场地发生上浮的完整管桩进行复打或复压，并通过静载试验确定其单桩极限承载力。

6 结论

随着PHC管桩在硬黏土地区的广泛使用，相应的质量问题开始频繁出现。因此在施工过程中应充分意识到管桩在硬黏土地区使用时可能引发的工程质量问题，采取必要的防治措施来对此进行预防。随着研究人员对PHC管桩理论研究和工程实践水平的不断积累，PHC管桩必将在越来越多的地区使用，为工程带来更大的经济效益和社会效益。