某工程双节 PHC 管桩检测与处理分析

刘士伟，刘春亮

（青岛市建筑工程质量检测中心有限公司，山东 青岛 266012）

0 引言

PHC 管桩是采用先张法预应力工艺和离心成形法制成的一种空心体细长混凝土预制构件，被大量运用于工程领域中。其在工厂中专业化、标准化大量生产，因此单节桩的桩长一般不超过 15 m，当桩端持力层的埋深在 20 m 以上时，需要双节或多节桩连接起来施工。根据规范的推荐，桩的连接可采用焊接、法兰连接或机械快速连接（螺纹式、啮合式）［1］。焊接法简便易于操作，在施工中被广泛采用。

为了保证施工质量，确保桩连接效果，规范明确规定了一系列措施保证焊接质量，但在实际施工过程中，操作工人往往因为赶施工进度，图省事等原因不按照规定进行焊接，造成桩在接头部位存在缺陷，影响桩承载力的发挥，进而影响工程安全。双节桩或多节桩接头质量的检测至关重要，准确确定接头缺陷类型及缺陷程度，根据检测结果制定合理的处理方案，可以有效地排除安全隐患，确保工程质量安全［2-5］。

1 工程概况

青岛某小区 6 # 楼，地上 23 层，剪力墙结构，采用桩筏基础，施工总桩数为 161 根。设计要求单桩竖向承载力特征值为 1 800 kN，设计要求桩端持力层为：强风化花岗岩。

桩基础为 PHC 管桩，成桩方式为锤击贯入法。桩径为 φ0.50 m，壁厚 0.1 m，设计桩长 16～18 m，分两节配桩，下部分为 9～12 m，上部为 5～8 m。施工时焊接连接。地质分层概况如下所述。

第①层：素填土，杂色，饱和，稍密，主要为回填块石，碎石，含量约 70 %～90 %，母岩成分为花岗岩，混有风化砂，淤泥质土；

第②层：粉质黏土，黄褐色～灰黄色，可塑，含少量铁锰结核，局部混 10 %～30 % 的中粗砂，韧性及干强度中等，切面粗糙；

第③层：粗砂，褐黄色，饱和，中密，主要成分为石英、长石，磨圆度一般，级配较差，局部混少量黏性土 ；

第④层：粉质黏土，褐色，可塑，含少量铁质氧化物锈斑，混 10 %～15 % 中细砂，局部与中细砂互层，属新近沉积土层，土体结构性差、塑性差，干强度较高，局部有细砂夹层；

第⑤层：粗砾砂，黄褐色，饱和，中密～密实，矿物成份以石英、长石为主，分选、磨圆较差，含10 %～20 % 黏性土，含少量碎石，多呈胶结柱状岩芯，局部稍显塑性；

第⑥层：强风化花岗岩，黄褐色，粗粒结构，块状构造，主要矿物成份为石英、长石，矿物风化、蚀变强烈，裂隙很发育，裂隙面多氧化物渲染，岩芯多呈砂状，手搓易散；

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第⑦层：中风化花岗岩，肉红色，结构、构造及矿物成分同上，矿物蚀变中等，岩体较破碎，多呈碎块状岩芯，结构面见较多氧化物渲染，岩芯锤击易碎，锤击易沿节理面裂开，锤击声暗哑。

2 高、低应变试验分析

2.1 低应变检测

应委托方要求，在桩基施工完成后，采用反射波法进行了低应变检测。首批检测 33 根桩发现部分桩基的测试曲线 2 L/c 时刻前出现严重缺陷反射波，且无桩底反射波，桩身存在严重缺陷，典型曲线如图 1～3 所示。其他桩身无缺陷桩，测试曲线平滑，基本正常，说明桩身完整性完好，典型测试曲线如图 4～6 所示。经分析计算，曲线反射位置为桩接头部位，结合桩身无缺陷桩测试曲线对比分析，说明接头部位存在严重缺陷。为了了解其他桩基情况，应委托方的要求对剩余的 128 根全部检测，发现 161 根桩基中 45 根桩接头部位存在严重缺陷，占比 27.9 %。

2.2 缺陷原因分析

图1 72 # 桩测试曲线（桩长：上 5 m+下 12 m）

图2 69 # 桩测试曲线（桩长：上 5 m+下 12 m）

图3 71 # 桩测试曲线（桩长：上 5 m+下 12 m）

图4 158 # 桩测试曲线（桩长：上 6 m+下 11 m）

图5 154 # 桩测试曲线（桩长：上 6 m+下 11 m）

图6 161 # 桩测试曲线（桩长：上 6 m+下 11 m）

本工程管桩的施工方式为打入式，存在挤土效应，基底表面明显土体隆起。打入式桩基的挤土效应对桩基的不利影响主要有：①使土体产生水平位移，造成桩身折断、桩偏位、接头部位错开等，严重降低单桩竖向承载力；②使土体竖向隆起，引起桩身整体上浮，或接头部位被拉断，接头上部桩体上浮或接头错开等。

桩接头存在的主要缺陷有：①上下接桩面存在泥土等杂物，上下节桩金属板未能紧密贴合，存在夹层；②施工时下节桩垂直度较差，焊接时下节桩未纠偏就位，上下接桩面存在夹角；③接头焊接质量较差，或沿桩周部分施焊，或施焊后自然冷却时间过短，打入地下后接头脱焊，严重的造成接头部位错位，轻微的造成上下节桩金属板面存在空隙。

对于上述原因造成的缺陷，在低应变检测时均会在接头部位出现严重缺陷反射波，且无桩底反射波，但是造成的后果严重性以及工程处理的方式是不同的，因此查清造成缺陷的原因十分必要。根据以上情况，桩身接头缺陷及处理措施一般分为三种情况。

1）桩接头部位错开，或上下桩偏位较大，将会严重影响承载力，应考虑将此桩按废桩处理。

3）其余上述原因造成的缺陷，应确认在上下金属板仍紧密结合的情况下用钢筋混凝土在接头部位加固。

2.3 高应变检测

为了进一步查明接头缺陷情况，用钢筋探至接头部位和接头部位以下 2 m 位置，未发现桩头部位错开、或上下桩偏位较大的情况，排除了桩接头部位被拉断等严重的缺陷情况；选取了 9 根桩进行了高应变检测，检测结果显示 9 根桩的测试曲线类似，测试曲线基本正常，存在桩底反射，且在桩接头位置仅存在轻微反射，说明在重锤冲击下，接头部位的缝隙有闭合的趋势，且动位移较小，并在多次锤击下动位移变化不大；根据曲线分析，桩基的端阻力在锤击力下能正常发挥，上下段桩的侧阻力也正常发挥，说明桩的承载力在荷载作用下能正常发挥。综合以上分析说明桩接头部位仍紧密结合，进一步印证了低应变测试时正向反射信号所反应的接头缺陷属于接头存在轻微裂缝的情况，典型曲线如图7～ 8 所示。

3 工程处理

3.1 工程处理措施

图7 147#桩高应变测试曲线（桩长：上 6 m+下 11 m）

图8 120 # 桩高应变测试曲线（桩长：上 6 m+下 10 m）

经过低应变、高应变以及现场使用钢筋探测，查明接头缺陷不存在接头部位错开，接桩面夹角过大的严重缺陷类型，高应变检测显示接头部位上浮量不大，接头部位能紧密结合或微量分离。测试显示单桩承载力值也能满足设计要求。经询问现场施工人员，在施工时存在接触面未清理干净，两个金属板存在杂物夹层；同时为了赶施工进度，施工过程中存在未沿桩周满焊和焊接后冷却时间过短的情况。结合上述情况判定低应变检测出的严重缺陷反应为夹杂物、金属板轻微脱离等较轻的缺陷。

根据检测结果认为，接头部位未按规范规定的措施进行施工，造成接头部位为桩基的薄弱环节，在后续的使用过程中存在剪切错位和拉裂脱离的风险。为了消除这些风险，设计单位根据检测分析结果出具了如下加固方案：对有缺陷的 45 根桩，先将桩孔内泥土排除、积水排干，然后在桩孔内距双节桩接头部位上下各 1 500 mm（共 3 000 mm 长）设置 6 根 20（箍筋6@200）钢筋笼；采用 C 40 混凝土（石子粒径 1～2 cm，坍落度 180 mm）将桩孔灌满。

3.2 工程处理效果

处理完成并混凝土达到设计强度后，进行了低应变检测。所检测的 45 根桩的测试曲线基本正常，典型曲线如图 9～11 所示。接头部位的同向反射由强烈反射变为轻微反射，说明接头部位的连接紧密程度得到了明显改善。

目前该楼座已完成结构封顶并交付使用，沉降观测数据表明该楼座与本场地其他楼座沉降值并无异常，表明该加固方案处理是成功的。

图9 43 # 桩测试曲线（桩长：上 7 m+下 10 m）

图10 69 # 桩测试曲线（桩长：上 5 m+下 12 m）

图11 120 # 桩测试曲线（桩长：上 6 m+下 10 m）

4 结语

1） 打入式管桩属于挤土桩，桩接头部位为其薄弱部位，施工过程中，接头处理未严格按照规定施工，将会造成严重的桩基质量事故。

2） 接头的存在，会对低应变检测造成影响。检测出缺陷信号，应采取多种检测方式和勘测方式，查明缺陷类型和缺陷程度，分析造成缺陷的原因，评估缺陷造成质量安全后果，为桩基加固提供可靠的依据。

3） 应根据检测结果，缺陷类型以及造成缺陷的原因有针对性地确定加固方案，有的放矢地解决桩基质量问题，确保工程质量安全。