从检测的角度谈预应力高强砼管桩的应用

李　剑

摘要:文章介绍了预应力高强砼管桩的类型及特点,并从检测角度提出了应用中应注意的事项。

关键词:预应力高强砼管桩;桩基;挤土效应;钻孔引土

中图分类号:TV528文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)24-0152-02

一、桩基的分类

建筑物的桩基础从成桩工艺的方法可分为:(1)非挤土桩:干作业法、泥浆护壁桩、套管护壁法;(2)部分挤土桩:部分挤土桩灌注桩、钻孔打入式预制桩、打入式敞口桩;(3)挤土桩:挤土灌注桩、挤土预制桩(打入式或静压)。按承载性状分类可分为:(1)摩擦型桩由摩擦桩和端承摩擦桩组成;(2)端承型桩由端承桩和摩擦端承桩组成,南宁市的桩基类型基本上属于端承型桩。

二、南宁市常用的桩基础类型及PHC桩的优点

南宁市目前用得最多的桩基础是钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩和预制桩,钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩这两种桩的优点是:能提供较大的单桩承载力,成桩质量相对可靠;缺点是:施工场地会有大量的建筑垃圾,在清理时会增加二次运输费。预制桩多为构件厂预制,其优点是:成桩质量较为保证,采用液压式挤入桩的方法施工,相对较为环保,一般在地质勘察较为准确的情况下,施工场地不会遗留有建筑垃圾,还因其单桩设计承载力不是很大,因此,在基桩检测费用方面要比人工挖孔灌注桩和钻孔灌注桩要少;缺点是:在地质条件不好的场地,有时会出现断桩现象。而目前在南宁市用得最多的预制桩为先张法预应力高强砼管桩(PHC桩),因该种桩型为空心管桩,其优点是具有一般砼预制方桩的优点,同时又比砼预制方桩要节约材料,因此,深受用户的欢迎,这也是南宁市近年来先张法预应力高强砼管桩(PHC桩)得以很快推广的原因,但是每种桩型均有其优缺点。

三、该桩型应用中应注意的技术问题

从多年检测结果及实际施工情况方面看,该桩型在应用中应注意如下技术问题:

(一)PHC桩生产分类及施工机械对桩的要求

先张法预应力高强混凝土管桩(PHC桩),桩径按外径分为:Φ300mm、Φ350mm、Φ400mm、Φ450mm、Φ500mm、Φ550mm、Φ600mm、Φ800mm和Φ1000mm等规格,按外观质量和尺寸偏差分为优等品、一等品和合格品三种,该种桩型采用离心式生产,混凝土强度等级不得低于C80,养护方法为高温蒸养法,属高强混凝土,因而配筋较少,能节约成本;但桩身混凝土脆性较大。目前在南宁市使用最多是桩径为Φ400mm、Φ500mm两种,其壁厚一般为100mm左右;设计单桩承载力值一般为1000kN到2000kN左右。所使用的施工机械一般为液压型静压桩机,该种桩机的送桩夹具要求桩的垂直度较高,外观较圆,否则在施工过程中会把桩身夹断或夹裂;一旦桩身出现质量问题,则该桩只能作废或要作出相应的处理。在检测中鼎温馨家园时,就遇到桩身被夹坏的情况,均要求补桩处理,影响了施工进度。因此我建议,在采购预应力高强混凝土管桩(PHC)时应考虑一等品以上产品,这对施工能顺利进行较有保障。

(二)南宁市地质概况对PHC桩的影响

从建筑地基的地质条件看,南宁市区位于南宁向斜构造盆地中部,四周为低山陵围绕,邕江自西南往北东呈“之”字形蜿蜒穿过市区。整个市区展布于邕江多级阶地上,组成邕江各阶地的冲积地层自下而上多为圆砾、砂土、粉土及黏土层,具典型的二元结构;阶地的基底均为第三系内陆湖相沉积的半成岩软质岩类地层,由黏质泥岩、粉砂质泥岩、泥质泥岩、砂岩、泥灰岩互层夹褐煤、钙质泥岩等组成。在工程地基设计时,一般选中风化泥岩或圆砾层较厚时选圆砾层作建筑物的持力层,而在表层土下面经常夹有淤泥层,尤其是在沿邕江流域周围的地段淤泥层较厚;当采用液压式静压桩机进行预制桩施工时,由于桩机本身较重,其重量应为基桩承载力值2.4倍以上,否则,单桩承载力将不能满足设计要求;当桩机移动过程中,往往会造成桩的位移;如果是采用预应力高强混凝土管桩(PHC)施工,则很容易在淤泥和硬质土层交界处被折断或折出裂缝。如我检测过的工程有:南宁市竹青苑5#楼和南宁市农工商集团有限责任公司青山住宅小区9#楼等工程就出现过这种情况,这两个工程均地处南宁市竹排溪边;且施工过程中在靠近溪边的场地,由于业主为了节约投资均未作任何支护处理;淤泥层厚接近3米,施工桩长为16米至20米,经对所有施工的基桩进行完整性检测,结果均发现10多根基桩出现裂缝或断裂,出现裂缝或断裂的部位基本在土层变化的位置。南宁市竹青苑5#楼最后经开挖并将有裂缝或断裂的上部分桩,作重新接桩处理,其结果是既影响了工期也浪费了金钱;而南宁市农工商集团有限责任公司青山住宅小区9#楼目前仍继续施工,还未作最后处理。另外一种情况是,由于南宁市为盆地构造,四周为低山陵围绕,在近年新开发的工程中往往将山陵推平来回填低洼处;这种场地的回填土层一般较厚,而新填土中夹较多岩石时,施工过程中也必须注意,因为预应力高强混凝土管桩(PHC)本身的材质决定了其缺点,即易脆性断裂,当施工遇到岩石时有可能会将桩身剪断。经与施工单位了解,这种情况也不少,一般在施工过程中即可发现问题,能及时作补桩处理,但结果也会造成浪费。我本人认为遇到上述情况时,为了保证工程质量,不一定非用预应力高强混凝土管桩,可以考虑泥浆护壁钻孔灌注桩,尽管投资成本会高些,但工程质量得到保证;如果是房地产公司开发的工程,还可以赢得售楼的先机,能尽快收回投资成本。

(三)挤土效应对PHC桩群的影响

预应力高强混凝土管桩(PHC)的施工工艺决定其在施工过程中会引起挤土效应,尤其是密集桩群,如果不注意施工顺序或者未采取钻孔引孔引土后才施工,引起挤土效应是不可避免的;因为预应力高强混凝土管桩是构件厂预制好的,桩本身的混凝土强度是满足规范要求才出厂的,在施工过程中必然会挤密桩周土层,如果桩土间存在的应力不能及时消除,桩周土必然会给桩一个反力,而将桩抬起,多时会拔起100多mm,更为严重的是会把桩抬断;遇到这种情况,施工完成后应作复压处理,否则会造成上部建筑物在建成后,由于沉降不均匀而造成质量事故。我公司在检测运德公司友爱路高层商住楼工程就遇到这种情况,部分桩施工时由于未作引孔取土处理,结果在前期作静载检测中发现该工程的桩沉降较大,甚至出现一根桩达到破坏,且属于断桩式的破坏。而在早期作两根试验桩的检测时,极限承载力值已达到3840kN,其总沉降只有21mm左右。经复压处理后再进行检测的桩,情况略微好转;但开挖后发现不少基桩出现纵向裂缝,最后,设计院同意作内套钢管并在其中灌注C45混凝土及桩、管之间灌注M25水泥浆的处理方案,最后经检测合格方能使用。在青秀花园中也遇到因挤土效应引起检测不合格的情况,该工程在做试验桩检测时,按2800kN进行检测,基桩桩顶的总沉降也只有20mm左右。在作工程桩检测时,设计承载力值仍为1400kN,桩径仅为Φ400mm,设计要求按2800kN进行检测,结果有四根桩的总沉降超过40mm以上,估计是施工队未作复压处理;最后,经设计部门核算,认为还可以使用,而未作处理。从以上工程实例表明,在预应力高强混凝土管桩施工过程中,一定要注意挤土效应的问题,试验桩检测合格并不能证明工程就能满足要求,遇到这种情况,如果不想加桩,则应注意施工方法,否则会给工程留下隐患。

(四)对存在Ⅱ类缺陷的基桩是否需作处理

本人从事多年基桩检测,有些工地检测过程中会遇到预应力高强混凝土管桩(PHC)中会存在Ⅱ类桩,从规范的角度考虑是不需作任何处理的,但从耐久性的角度看估计会有一定的影响,因该种桩型与实心桩不同,空心部分的中间有很多情况下是没有填充物的,存在的缺陷是否会发展,无从考证,也无法对在建工程进行开挖验证或者监测;因此,本人在遇到该类情况时,对高层建筑物或较为重要的建筑物均要求施工单位作超过缺陷部位的灌芯处理,但施工单位是否按要求处理也无法验证;当然,经本人检测过的工程,到目前为止还没有出现工程质量问题。

(五)从设计的角度看预应力高强混凝土管桩(PHC)的应用

众所周知,桩基的破坏有两种情况,一是桩周土的破坏;另一种是桩身本身的破坏。组成预应力高强混凝土管桩(PHC)的混凝土属C80或以上的高强混凝土,而目前广西的粗骨料即石子,其抗压强度值相对偏低些,做成混凝土后其破坏一般多为粗骨料破坏,设计部门如果过分相信预应力高强混凝土管桩桩身的质量,或有时出于为业主减少投资的考虑,则在设计时往往会考虑较为先进的设计方案,其设计的承载力基本接近预应力高强混凝土管桩桩身破坏的临界状态,这是非常危险的做法;因为用液压静压桩机施工的桩,除了由于挤土效应引起桩的上浮,或是施工的桩机配重不够外,桩周土破坏的情况相对较少;从我公司检测过用静压桩机施工并作复压处理的工程中几乎未出现过桩周土破坏的情况,因为,该种桩的施工往往也是通过桩贯入度来控制;所以,如果设计部门设计单桩的承载力值偏高,使用基桩的长度与检测时桩的长度又不同(有地下室,开挖后须截断一定桩长)时,尽管在检测的过程中未出现问题,但由于南宁市的地质条件决定本地区的桩基绝大部分为端承型的桩,也就是说,桩的承载能力主要靠桩端来完成,在长期的荷载作用下,如果基桩在生产过程存在轻微缺陷,而出厂时已进行过修补,检测时又没有发现,必然会出现由于应力集中而造成桩身破坏,给建筑物造成危害,严重时会出现建筑物倾斜或倒塌事故。为了避免上述情况发生,本人认为,设计部门在设计该种桩型时,应考虑充分利用其有效桩长,承载力的使用应适当安全些,尤其是高层建筑时更应注意;在《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)中就有抗震设防烈度为8度及以上地区,不宜采用预应力混凝土管桩(PC)和预应力混凝土空心方桩(PS)的规定;虽未对预应力高强混凝土管桩(PHC)作出规定,但还是应谨慎使用为宜;同时,设计部门应强调在施工过程中避免受到水平推力的作用,因有不少工地出于场地限制和节约成本的考虑,在地下室开挖过程中存在挖出的土不外运,而直接堆在地下室旁边,这在无形中对场地形成一种水平推力,上海在建楼房的倒塌就是很好的例证。

四、结语

通过对预应力高强混凝土管桩的检测发现,影响管桩施工质量最多的是:(1)预应力高强混凝土管桩的生产质量;(2)地质条件;(3)挤土效应;(4)设计的合理性;(5)施工过程中避免水平推力的影响。尽管目前该种桩型得到很快的推广应用,但本人认为不应盲目使用,应充分考虑各方面的因素;如果一旦选用预应力高强混凝土管桩作为基础,则应从选桩到施工过程控制均应严格要求;基桩施工前最好作钻孔引土处理,以消除挤土效应;基桩施工完成后,最好要求基桩施工单位对基桩做复压处理,以免出现工程质量事故。

参考文献

[1]先张法预应力混凝土管桩(GB 13476-1999)[S].

[2]建筑桩基技术规范(JGJ 94-2008)[S].

[3]建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)[S].

[4]建筑基桩检测技术规范(GB 106-2003/J256-2003)[S].

作者简介:李剑(1969- ),男,广西建工集团第一建筑工程有限公司工程师,研究方向:建材检验、工程检测。