预应力管桩引孔施工造成的质量问题探析

龚婷婷 （安徽省建筑工程质量第二监督监测站，安徽 合肥 230031）

1 概述

预应力管桩施工过程中，当遇到粘土层较厚或坚硬土层砂层，因其摩阻力较大，导致压桩力达到设计要求，但桩端未达到设计要求，持力层深度、桩长未达到设计要求，或挤土效应明显，为减少超孔隙水压力的影响，多采用引孔沉桩的方法。其方法是先采用长螺旋钻机或旋挖钻机进行取土引孔再进行管桩压入施工，但是这种方法可能会出现“超引”（引孔深度大于桩入土深度）的情况导致桩端形成孔洞、缝隙，出现“吊脚”问题，存在质量安全隐患。本文对案例中出现的吊脚问题和严重的桩身质量问题产生的原因进行了分析，并对桩身出现严重的纵向裂缝借助于低应变检测与孔内摄像检测进行综合研判。

2 案例分析

2.1 设计情况

该工程设计采用预应力混凝土管桩，桩型为PHC 600 AB 130，设计单桩承载力特征值为2300kN，桩端持力层为④层强风化花岗岩，设计桩长为不小于6m，设计总桩数110根。

2.2 地基条件描述

① 层素填土（Q4ml）——灰褐色，杂色，稍湿～湿，松散状态，以黏性土组成为主，含大量植物根茎、有机质。该层性质较差，具有高压缩性，层厚0.20～6.00m，层低标高26.06～34.43m。

② 层黏土（Q3al+pl）——黄褐、褐黄色、褐红色，硬塑状态，含大量铁锰质结核或氧化物及少量青灰色高岭土团块，切面光滑、有光泽，无摇振反应，干强度高，韧性高。该层在场地内普遍分布。实测标准贯入试验锤击数一般为13～20击/30cm，平均为16.8击/30cm。此层土属于中等偏低压缩性土。层厚9.00～15.60m，层低标高14.95～22.98m.

③ 层全风化花岗岩（γ）——褐黄色、褐红色，密实状态，表部已风化成砂壤，钻机无水可钻进，含长石、石英、少量云母等，风化程度不一，厚度变化较大。实测标准贯入试验锤击数一般为41～59击/30cm，平均为51.7击/30cm。此层属于低压缩性全风化较软岩。层厚0.90～6.60m，层 底 标 高 13.55～19.95m。

④ 层强风化花岗岩（γ）——褐红色、棕红色，密实状态，遇水易崩解、软化，碎块状构造，主要矿物成分为长石、石英、云母等，干钻可以钻进。风化程度不一，厚度变化较大，局部夹有原岩碎块。实测标准贯入试验锤击数一般为61～75击/30cm，平均为68.4击/30cm。此层属于低压缩性强风化较软岩。层厚0.40～12.20m，层 底 标 高 1.84～17.84m。

⑤ 层中风化花岗岩（γ）——褐红色、棕红色，坚硬（密实）状态，由长石、石英组成，结构部分破坏，层理清晰，钙质结构，薄～中厚层块状构造，硅质胶结，锤击声脆，不易碎，该层未穿透，最大揭露厚度12.70m。岩石完整性一般，敲击声脆，取芯率约70～80%。岩石坚硬程度为较软岩～较硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ～Ⅳ级，勘察过程中未发现软弱夹层以及临空面和球状风化岩。

2.3 施工过程

现场预应力管桩施工采用静压法，在工艺性试桩过程中发现当压桩力达到设计要求4600kN,有效桩长为4-5m不满足设计要求，持力层为②层黏土。在工程桩的施工中采用的旋挖引孔的方式，引孔深度为6m，进入④层强风化花岗岩，引孔直径为500mm，引孔后采用静压法施工配桩长度为6m。预应力管桩静压法施工过程中发现沉桩依旧困难，遂施工单位将压桩力加大至5600kN，施工记录显示部分基桩压桩深度小于引孔深度。

①现场检测及发现的质量问题

该项目开挖后发现部分基桩高出桩顶标高1-2m，且桩身出现严重的纵向裂分（见图1）。从图片中可以看出纵向裂缝从桩顶延申至桩底，桩身混凝土出现严重破坏，预应力管桩桩身箍筋严重变形已经失效。

图1 现场纵向裂缝照片

②低应变法桩身完整性检测结果

低应变法桩身完整性在一般情况下，能可靠地检测到桩顶下第一个浅部缺陷的界面，但由于激振能量小，当桩身存在多个缺陷或桩周土阻力很大或桩长较长时，难以检测到桩底反射波和深部缺陷的反射波信号，影响检测结果准确度；难以识别纵向裂缝，能反映水平裂缝和接缝，但难以定量数据；分辨率有限，难以判别桩身的细小微裂缝，因此低应变检测法相较于其他的检测方法，存在明显的适用范围、试验条件的局限性。低应变测试信号中主要反映桩身阻抗减小，缺陷的原因往往较难区分，就曲线而言可能会有多种解释。目前，低应变检测只能定性地反映混凝土桩身是否存在缺陷及缺陷的大概位置，至于对缺陷的性质和程度的定量描述，应采取开挖、高应变、孔内摄像法等其他检测方法对比验证。检测人员应充分认识到低应变方法的局限性，尤其是对于不同检测部位接收到的波形会有较大差异的，严禁单凭检测信号定论。为此，必须采用综合分析的方法，全面考虑工程地质状况、沉桩工艺、沉桩过程异常情况、施工过程监督管理、基坑开挖过程及深度等方面的因素。

经低应变反射波法检测及孔内摄像验证的基桩共110根，根据单桩综合评价标准，其中Ⅰ类桩74根，占被测总数的67.3%，Ⅳ类桩36根，占被测总数的32.7%。（部分Ⅳ桩曲线见图2），从图2中可以看出低应变法桩身完整性检测因其原理对桩身的纵向裂分判定存在一定缺陷，其实测曲线无法准确描述裂缝的分布情况、缺陷程度，以及对于部分程度较轻的纵向裂分也无法采集到有效的缺陷反射。因此对于此类缺陷，除了进行低应变完整性检测外，也应全部清空后采用孔内摄像验证。采用低应变法、高应变法等在结构表面获取信息的方式，对多重缺陷因为反射波的多次叠加，曲线非常复杂，无法准确判断完整性；对竖向缺陷，基于应力波传播的原理，反射波法检测效果有限，而孔内成像法对任何方向的缺陷都可以识别，上一个缺陷丝毫不影响下一个缺陷的识别与判断。通过现场观察及后期逐帧成像分析，可识别桩身混凝土的缺陷位置范围、缺陷的形式，据此判断桩身的完整性并能准确定位。当使用低应变法检测，缺陷反射较弱，但孔内摄像发现有裂缝的基桩，根据桩身完整性的判定原则，考虑其自上而下贯穿分布对于桩身结构承载力及耐久性有严重影响，应将其判定为Ⅳ类桩。

图2 低应变现场检测曲线

③质量问题原因分析

根据现场照片及低应变的检测结果可以看出，该项目预应力管桩施工存在严重的质量问题。经分析主要产生原因为：该项目场地从东到西，东部④层强风化花岗岩埋深较浅，西边较深，为满足设计持力层及桩长要求，局部使用了引孔方案。引孔的孔径小于桩身直径，虽是通常做法，但该项目持力层为④层强风化花岗岩，该岩石为硬质岩，预应力管桩在竖向压力作用下，无法在持力层中形成有效的挤扩作用，随着压桩力的加大，桩周岩石对桩端的挤压力也随之加大，最终导致桩身钢筋混凝土破坏，也导致纵向裂缝延伸至桩顶，且桩端也未完全进入持力层，引孔深度大于有效桩长形成吊脚桩。这种自上而下的贯穿裂缝严重影响了桩身结构承载力，因引孔深度大于大于有效桩长，桩端存在空洞，经地表水延桩土间的裂隙长期渗漏桩端岩石软化后桩端承载力也会大幅衰减。

3 总结

①在沉桩施工过程中桩端进入④层强风化花岗岩埋后，引孔孔径小于桩径，桩周岩石产生的挤压力大于桩身结构承载力，是导致沉桩过程中桩身被挤压破坏的主要原因。在硬质岩石中引孔应考虑岩石的强度，引孔后施工是否能顺利沉桩。考虑到该项目桩端为④层强风化花岗岩埋其桩端阻力远大于桩身结构承载力，应采用引孔与桩身相同直径，如担心沉桩后桩身与桩周土或岩石有缝隙导致桩端与桩侧阻力下降，可采用压力注浆工艺将缝隙填充。

②沉桩过程中发现沉桩困难或桩身破坏时，应及时停止施工分析原因，调整工艺，不应盲目加大压桩力强行成桩，导致更大的经济损失，也造成后期的加固处理的难度更大。

③低应变法完整性检测在预应力管桩桩身纵向裂缝检测中，存在一定的局限性，桩孔内摄像可较为清晰地反映缺陷的形式、位置、分布情况结果。预应力管桩的完整性检测应根据除低应变法以外的浅部开挖，孔内摄像等方法综合研判。

④预应力管桩引孔成桩虽是普遍采用的施工工艺，也应根据地质条件的差异进行分析，做好前期的设计、施工方案，避免类似质量事故的发生。