浅议静压预应力管桩在昆明施工中常见的几个问题

孙维涛　方志刚

【摘要】本文总结了近几年昆明地区预应力混凝土管桩的施工经验，对造成各类质量问题的原因进行了分析，并提出解决、预防质量问题的措施，以便更好地指导管桩在昆明地区的应用。

【关键词】 管桩；挤土；裂缝；硬夹层；焊接；基坑开挖

1. 前言

自1920年发明离心制管工艺以来，先张法预应力管桩在国际工程界受到空前的重视。由于其为工厂化生产，具有质量易为保证，单桩承载力高，贯入性能好，接桩容易， 造价低，工期短，环保好，抗震性能好等优点，而被世界各国广泛地用于港口、公路、桥梁、市政、铁路、水利、工民建等基础工程中。我国自60年代起由铁道部率先在国内生产使用PC桩。从80年代末至.90年代，管桩在东南沿海地区得到了迅猛的推广与应用。昆明地区在2000年7月7日，首先由三合地基基础有限公司从外省购进九根400，壁厚7.0mm，长7.0米的管桩于严家地村方舟综合楼工地打了三根试桩。 其采用的打桩机械为DZ-110静压桩机。间隔15天后，做了静载试验，起到了预期的效果。此后二年，管桩在昆明地区得到了广泛的认可和应用，生产管桩的厂家如同雨后春笋般地在昆明地区出现了十多家。下面就本人在管桩施工中碰到的一些问题做一浅述。

2. 挤土上浮

2.1 管桩的挤土现象虽然没有预制方桩严重，然而由于"管塞效应"，进入桩管内的土是很有限的，据本人测试，管径400mm，壁厚80mm的管桩在金兰小区工程及云南省旅游局综合楼工程中，进入管桩内的土层高度只有1.4～2.0米，大部分的土层还是被挤到了周围。昆明金兰小区工程设计为PC-A400（80）型管桩基础，桩长为10、18、30米三种。总桩数1601棵。施工中发现大部分桩被抬升了8cm，部分达到12cm。离施工场地西部7.0米的一堵围墙被挤裂，为此组织有关专家对此进行了分析。该工程地质情况如下：

①耕植土厚0.4米；

①-1人工填土厚0.4～3.0米；

②硬塑粘土厚1.6～2.4米 ；

②-1软塑粘土厚0.4～1.4米；

③流塑泥碳质土厚0.7～2.2米；

④淤泥质粉质粘土厚1.0～2.9米；

⑤粉土厚1.0～6.1米；

⑤-1粉砂厚0.9～6.5米；

⑥粉质粘土厚0.6～4.1米；

⑦粉土厚2.2～5米⑧可塑粘土厚1.1～2.2米；

⑧-1粉土厚0.4～1.9米；

⑧-2泥碳质土厚0.3～2.5米；

⑨粘土厚1.6～4.9米。

2.2 桩基的持力层为⑦层粉土和⑨层粘土。由此看来，第⑤-1层为含水层，上下两层为隔水层，地下水类型为空隙潜水，在此地质条件下，短时间内，大量桩体挤入含水饱和的砂土中，砂土中的水无处排泄，形成巨大的超静空隙水压力，水压力向上及四周传递，形成土体及桩身位移，造成桩顶上浮及围墙错位变裂。

2.3 为了将变形破坏控制在最低限度，经讨论后，得出以下几点处理措施：

（1）在管桩施工前，先打入塑料排水板桩，或袋装砂井，数量为管桩的一半其长度应穿入潜水含水层中。

（2）在管桩位置处，先用直径比管桩小10～15cm的钻机或长螺旋机进行引孔，引孔深度宜穿过潜水含水层。（3）合理安排施工顺序，先大桩径后小桩径，先靠近建筑物后空阔地。桩密集时，先里后外，先长桩后短桩。

3. 管桩裂损

在昆明金兰小区施工中，经常发现管桩被夹处出现纵裂、斜裂、环裂、外皮破坏、混凝土被夹碎等情况发生，经调查发现产生的原因如下：

（1）桩机夹持板与管桩不匹配，施工场地共有二台静压桩机，一台为武汉建机厂产的YZY500型，一台为广西建机厂产的YZY700型。施工当日，YZY500型桩机就有二根桩在夹持处损伤。经仔细检查，该桩机双夹持架有八块夹持板，其中七块是400桩夹持板，一块是500桩夹持板。在500桩夹持板接触处桩身严重损伤，后经改用与桩身相匹配的夹持，桩身不再被夹持夹坏。

（2）桩外径不圆，形成椭圆桩，导致应力集中在夹钳夹持部位，致使该处产生纵裂，环裂或破坏。管桩的成品外形尺寸的控制，现行国标《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-1999）做了明确规定，管桩进场时，应严格验收，杜绝不合格产品的使用。此外，《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）也做了桩径允许偏差±5mm的规定。

（3）管桩有效预应力损失过大或桩身强度偏低。压桩遇较高压力时，每一个施压行程后，松夹时由于土体和桩身的弹性变形使桩身出现拉应力若是桩身有效应力不足或强度偏低，则易出现环向裂纹。经到产家调查发现，产家对管桩蒸气养护时，因蒸养时间不够或蒸汽不足，会导致拆模放张时强度偏低，桩身缩短30～50mm，这样一来桩身有效预应力损失估计要达到30%～40%。在施工中如同一厂家，同一规格丈量桩段的相对长度偏短时，应予以退货。

（4）因桩机不水平或管桩不垂直：桩机夹持油缸与夹持板间一般都以万向球头连接，使压桩力任何时候都垂直向下，若桩身不垂直，那么压进过程中，桩身会产生一个附加弯距，易造成斜向裂纹，严重时造成断裂。因此，桩在入土1米前，须严格调整桩身的垂直度，土层浅部有障碍物，须将其清除后再压。

（5）送桩时未用特制的送桩器，造成用来送桩的管桩被夹裂，夹破，因此当最终压桩力小于2000 KN 时，可不用送桩器，超过2000KN 时，须采用送桩器送桩。

4. 穿越硬夹层受阻

在施工金兰小区1幢号西北角时，部分桩压至11米左右时，压桩力超过2000KN ，而其他部位普遍只到800KN ，因此造成了部分桩被压裂，压断，桩机被顶起等现象的发生。参看地质报告，11米左右正处于⑤1层粉砂中，该处的粉砂层厚度较大，标贯击数较其他区域高，属于地层的不均匀分布，设计有效桩长为30米，显然不能将桩端放入此层中，经讨论研究后，得出以下解决措施：

（1）增加配重，加到额定重量，这是一种最直接的办法，但其弊端也是显而易见的，首先施工场地须坚实，表层土承载力须达到150～160KPa，否则桩机难以运行，而金兰小区的场地是没有经过处理的耕植土，其次当压桩力较大时，易造成桩身压裂压断。

（2）采用钻探、长螺旋钻机引孔穿越硬夹层：钻头直径宜比桩径小10～15cm，因为引孔直径过小，夹层土体未被剪坏，起不到引孔的作用，孔径过大造成桩周摩阻力损失，引孔应做到随引随打，避免孔壁坍塌，阻塞孔洞。

（3）采用特制锥体桩尖：众所周知，压桩时，桩身受到四周的摩阻力及桩土体的抗剪切力。因此在压桩时，在桩端部焊一个长30～40cm的桩尖，其顶板直径比管桩直径大3～4cm，将能有效地减少入土阻力。

5. 焊接中的问题

管桩的连接，目前常用的方法有焊接法、机械连接法，昆明地区多用手工焊接法。焊接的自然冷却停歇时间，GB50202-2002《建筑地基基础工程质量验收规范》中规定为≥1min，而O3SG409《预应力混泥土管桩》图集中规定为8 min，在实际施工中，施工操作人员为了片面地追求速度和利益，焊接往往是敷衍了事，焊接完，立马沉桩，停歇时间往往也就是1min，这样给施工质量带来隐患。因昆明地区大部分地层为湖沼相沉积，淤泥、软弱层厚度较大，高温焊逢遇水引起脆裂，导致焊逢漏水，而使管腔慢慢进水，桩尖附近土体遇水软化，加大桩基沉降量，引起桩基承载力达不到设计要求。管桩焊接是管桩施工中的重要环节，因此焊接停歇时间应统一控制不小于8min。

6. 基坑开挖

随着土地资源的匮乏，高层建筑在昆明如火如荼，基坑也是越挖越深。很多建设、施工单位盲目抢工期，在管桩施工中，边打桩，边进行基坑开挖；甚着，围着基坑周边，一次将基坑开挖到基底，从而引发管桩质量事故。这样的事故在昆明是不乏其例的。昆明某工地，设计桩型为PC-A600（110）-36～46，设计±0.00为1897.10，设计桩顶标高为1889.17～1890.77，基坑平均深度为6.5米，桩基持力层为⑧-1层粉土层，整块场地分布有3～6厚软塑～流塑状态的泥炭土，及硬塑坚硬状的黏土，中密～密实状的粉砂。施工中，虽采取了长螺旋钻机引孔的措施，但大部分桩仍有4米左右送不到设计桩顶标高，为了抢工期，建设方要求施工方先打基坑周边的桩，并边打边开挖，从而使管桩向东边倾斜，经小应变检测，大部分桩在桩顶下6.0米左右处断裂。所以挖土过程中必须采取以下措施：

（1）严禁边压桩边开挖，开挖宜在基桩全部完成并至少隔15天后进行。

（2）合理安排挖土施工顺序，挖土应延基坑长边由一端开始随挖随运随修。

（3）挖土宜逐层均匀进行，桩周土体高差不宜超过1m或按l：1放坡处理。

（4）为了减少挖土机械、运输车辆对基底土产生扰动，挖土前应将挖机、运土车辆行进路面采用碳渣、砖块填实；尽可能采用小型挖土机械、运输车辆。

（5）注意保持基坑围护结构或边坡土体的稳定；基坑顶部周边不得堆土或堆放其他重物。

7. 结语本人经历的昆明地区的管桩工程除遇到上述所提及的问题外，还有管桩的强度问题、管桩的最终压力值的确定问题，这些问题还须不断从工程实践中进行总结，从而形成理论，指导施工。总之，先张法预应力管桩在昆明地区的施工，施工单位须精心组织、精心施工，才能保证管桩的施工质量。

[文章编号]1619-2737（2013）08-04-064

[作者简介]孙维涛（1971.10-）男，职称：工程师，工作单位：云南官房地基基础有限公司，公司经理，现从事地基与基础工程管理，1994年毕业于云南民族学院计算专业。