PHC桩基施工中出现Ⅲ类、Ⅳ类桩的原因分析及补强处理

上海龙行住宅建设工程有限公司 上海 201400

1 项目概况

上海某工程总建筑面积约107 291.9 m2。主楼为地下1 层，地上为框剪结构，有13 层。工程桩基础采用PHC管桩，锤击法施工。管桩型号为PHC-600AB（130），桩节长10 m、11 m、11 m，试桩承压加载力4 800 kN。根据设计图纸，桩端持力层为⑦2层灰黄-灰色粉砂层，而根据地质报告可知：当第⑦2层作为桩基持力层时，采用预制桩沉桩相当困难，因此向业主建议采用钻孔灌注桩。但业主考虑各方面因素，仍坚持采用PHC桩作为桩基础，虽然施工前及过程当中，业主、设计、监理各方到现场确定了锤击法施工的参数，但在桩基检验过程中，主楼427 根桩中还是出现了Ⅲ类桩44 根，Ⅳ类桩23 根。

2 事故原因分析

经检测，绝大多数Ⅲ类、Ⅳ类桩都是在第2节与第3节接桩处产生裂缝及位移。在桩基施工过程中，虽然严格按照施工组织设计中的打桩顺序进行，其挤土效应影响应非常小，且桩架垂直度及接桩焊接也都严格按规范进行控制，但在采用锤击法进行沉桩时，由于锤击的冲击力和反射使PHC桩受到较大的压应力波和拉应力波，容易使桩头、桩身、接头等薄弱处产生裂缝及位移，严重影响桩基质量。尤其在上软下硬或软硬突变的地层采用锤击法沉桩，桩的破损率更大。最终分析事故原因为：过分偏重标高控制，力求每根桩尽可能到达持力层，反而因过度复打的巨大动能破坏了第2、3节桩的接头。

3 补强处理方案[1-3]

经过各方详细地讨论、研究，确定了对Ⅲ、Ⅳ类管桩的灌芯补强处理方法。

3.1 桩身垂直度满足要求

若桩身垂直度满足规范要求，在不出现斜桩、错位的情况下可采用灌芯加型钢或钢筋笼的方式处理。

1）Ⅲ类桩：灌芯长度为上节桩桩长+节头下4 m长度，即上节桩长+4 m。灌芯采用C35微膨胀混凝土，膨胀率控制在0.02%～0.04%之间，钢筋笼中纵筋采用6 根φ20 mm三级钢筋，箍筋φ8 mm@200 mm。

2）Ⅳ类桩：灌芯长度为上节桩桩长+中间桩一半桩长。灌芯采用C35微膨胀混凝土，膨胀率控制在0.02%～0.04%之间，型钢采用20b#工字钢。

3.2 桩身垂直度不满足要求

若桩身垂直度不满足要求，出现倾斜或错位等情况，则采用灌芯加补桩方式处理。补桩采用钻孔灌注桩，桩长36 m，C30混凝土，承压承载力特征值为1 750 kN。补桩需待底板混凝土浇筑完成后再进行，补桩的位置原则上是距老桩20～30 cm处，如若与基坑栈桥冲突可适当调整。

4 补强施工工艺

4.1 清除桩芯孔内淤泥、积水

由于需补强桩芯较长，大部分超过10 m以上，桩芯内淤泥难以用常规工具清理，因此采用高压冲枪头将淤泥冲成泥浆，再用高压水泵将污水抽出的方式清理桩芯，对于个别较难清淤的桩芯，采用深井钻机清理桩芯的方式。

为提高清理桩芯的效率与质量，采用高压冲枪头将桩内淤泥冲成泥浆，冒出的泥浆引流至电梯坑内，再由抽水泵集中抽出排至污水管道。桩芯清理长度超过补强桩芯长度2 m，并在清理当日将已清出的桩芯用C35高强素混凝土封底，浇筑1.5 m，以防止桩芯内淤泥或水涌出影响桩芯质量，待C35凝固一定程度后，对桩内管壁进行二次清洗，以保证微膨胀混凝土与桩身密实性。

对桩芯内有障碍物的管桩，需用长螺旋地质钻机将其清除并钻至所需的灌芯长度底下2 m（图1），然后采用高压水泵将泥浆抽出，于当日即用C35高强素混凝土封底，浇筑1.5 m。

图1 长螺旋地质钻机清理桩芯障碍物

4.2 管桩校正

管桩用深井钻机清理完桩芯后需要用视频探头进行查看。若出现略有错位现象，且接头处有溢出浆的管桩，需对其作校正处理（图2）。

图2 校正管桩

现场采用液压千斤顶反压使上下节管桩闭合，直到接头处不漏浆，然后将管桩清理淤泥至所需的灌芯长度底下2 m，并于当日用C35高强素混凝土封底，浇筑1.5 m，以防止桩芯内淤泥或水涌出影响桩芯质量。待C35凝固到一定程度后，对桩内管壁进行二次清洗，完成后即可下钢筋笼或型钢，再将补强桩进行混凝土浇筑。

4.3 视频探头观察

为检查管桩上下节是否有错位现象，特配备1 台可夜视视频探头。在第1次清理桩芯完成后，将视频探头下至上下管桩焊缝位置观察是否有错位现象，若有错位现象，则及时与设计沟通、确认下道工序方案。若上下管桩经观察垂直度满足设计要求，即可按照设计方案灌桩芯。

对于个别经过校正处理完后的管桩，再次将管桩内淤泥清理干净，并用视频探头对其进行二次观察，达到校正效果即可对其他桩基进行处理。待半工日时间后，若管桩内无淤泥进入即可对其填芯处理。

4.4 Ⅲ类桩采用钢筋笼做法

严格按设计要求尺寸加工钢筋笼。桩芯锚筋的制作安装：锚固连接筋的长度和箍筋必须按《预应力混凝土管桩》图集10G409要求施工。钢筋加工的误差要在规定范围内，保证钢筋的绑扎间距且平整顺直。

1）施工过程严格遵照设计图要求和图集（10G409）的规定施工。

2）锚固筋与桩顶钢板焊接，必须由经过专业培训并取得上岗资质的人员操作，焊缝长≥80 mm，焊缝高＞8 mm，应饱满均匀一致，锚固筋应在桩顶均分为六等分，角度为75°，为达到设计要求，锚固筋长度不少于35d（图3a）。

4.5 Ⅳ类桩采用型钢做法

工字钢强度为Q235B，工字钢连接采用坡口等强焊接，连接接头应与桩连接接头错开2 m以上。焊缝部位要求均匀、饱满，焊缝长度及焊缝高度应符合规范要求，焊缝表面焊渣清理干净（图3b）。

图3 钢筋笼做法及型钢做法

4.6 钢筋笼和型钢吊装

吊装钢筋笼时需将2 根φ20 mm Ⅲ级钢筋焊在钢筋笼主筋上，作为吊装点。

加工型钢长度需长于设计桩芯长度150 mm，并在高出150 mm工字钢居中打孔，孔径需满足φ32 mm Ⅲ级钢筋能穿过的要求。型钢补强桩芯施工完成后再将高出桩顶150 mm工字钢割除，以免影响后期底板钢筋施工。

对位于栈桥下需补强的工程桩，已与基坑围护设计单位沟通，可以在栈桥板开孔以便钢筋笼或型钢吊装至桩芯内。先将需开孔的补强工程桩在栈桥板面定好坐标位置，然后用钢筋混凝土高速钻孔机开孔，孔径400 mm，便于将钢筋笼或型钢下至补强工程桩内。

4.7 填芯混凝土的浇筑采用C35微膨胀混凝土

4.7.1 混凝土运输

混凝土卸料后应及时送到浇筑地点，在运输过程中要防止水泥浆流失、坍落度变化以及初凝等现象，如混凝土运到浇筑地点有离析现象，必须在浇筑前进行二次拌和。混凝土运输道路应平整顺畅，若有凹凸不平，应铺垫桥板。现场不准对预拌混凝土随意加水。

4.7.2 混凝土浇筑与振捣的一般要求

1）使用振捣器时，先将其下至桩芯底，混凝土浇筑时可分层浇筑然后向上慢慢拔起，不得漏振。

2）浇筑混凝土时应经常观察插筋等有无移动、变形或堵塞情况，发现问题应立即停止浇筑，并应在已浇筑的混凝土初凝前修正完毕。

由于桩孔径小，在混凝土浇筑管桩下部分过程中，需仔细认真插捣，以确保混凝土浇筑密实；当混凝土浇筑至管桩上部分时，采用细直径的混凝土振动棒振捣，以确保混凝土密实。

5 结语

当第⑦2层灰黄-灰色粉砂层作为桩持力层时，即在不利于采用预应力管桩施工的情况下，为确保桩基础施工质量，在严格按照施工规范施工的基础上，应采用贯入度控制为主，标高控制为辅的方式。当现场出现Ⅲ、Ⅳ类桩时也不要惊慌，应冷静分析判断，力争以最小的投入达到最好的补救效果。

本工程最终全部采用桩芯补强，且经过复测单桩承载力全部达到设计要求。希望本工程的一些经验教训可以为类似工程提供借鉴。