佛山软土地区预应力管桩质量事故分析

陈 坚

(佛山市建筑工程质量检测站，广东 佛山 528000)

1 概述

佛山市地处珠江三角洲、广州市西南面，水系丰富，常见冲积、海积平原地貌，软土分布广泛。随着近年来城市建设的快速发展，预应力管桩因其施工、检测快和造价低，在佛山地区得到了广泛应用，成为佛山地区各种建筑工程的常见桩型。但由于预应力管桩的自身结构特性、施工工艺与地质条件等原因，也出现过桩身质量、承载力等方面的不良情况。本文通过工程实例，综合分析基桩低应变、高应变、静载荷试验的检测数据，对预应力管桩在特定地质条件下发生质量事故的原因进行分析，并提出预防性建议，以供参考。

2 工程实例

2.1 工程概况

某住宅小区工程，共10座塔楼，主体32层，设计采用PHC-500(125)AB型管桩，62柴油锤锤击法成桩，端头板焊接接桩。总桩数4 362根，设计桩长不小于25 m，单桩设计极限承载力为4 000 kN。场地地质勘查资料中有代表性的ZK06号孔，地层自上而下主要为：1)杂填土，松散，层厚2.00 m，标贯2击；2)淤泥质粘土，流塑～软塑，层厚24.30 m，标贯2击～3击；3)粉质粘土，可塑，层厚2.40 m；4)强风化泥质粉砂岩，碎块状，层厚2.40 m；5)微风化泥质粉砂岩，持力层为强风化岩层。

2.2 检测结果

表1 低应变、高应变检测结果对比

桩号配桩/m(下+上)低应变结果高应变结果缺陷位置/m类别上部缺陷/m类别下部缺陷/m类别检测承载力/kN58913+10+109．8Ⅱ26．8Ⅱ230061512+12+1212．5Ⅱ10．7Ⅱ390068713+10+1010．1Ⅱ9．0Ⅱ360056812+10+1212．3Ⅱ26．5Ⅳ—121512+10+1010．2Ⅲ9．5Ⅲ22．6Ⅱ—119013+10+1010．2Ⅲ9．9Ⅲ27．8Ⅱ—113212+10+1312．9Ⅱ11．0Ⅱ27．0Ⅱ4300110113+12+913．2Ⅱ28．2Ⅲ—115712+10+1212．2Ⅲ11．0Ⅳ29．4Ⅱ—91014+1311．4Ⅱ23．0Ⅱ360093615+148．3Ⅲ22．6Ⅲ—86813+1412．2Ⅱ10．7Ⅱ410081910+10+109．1Ⅲ7．0Ⅲ23．4Ⅲ—80513+10+1211．0Ⅲ8．6Ⅱ27．1Ⅲ—230415+14不定类26．2Ⅱ4900224315+1111．3Ⅲ10．7Ⅱ22．5Ⅲ—

工程桩施工结束后，首先低应变检测发现大量Ⅲ,Ⅳ类桩，典型的低应变曲线如图1，图2所示。经过第一次扩大检测后，各方决定低应变100%检测，其结果如下：Ⅰ类桩143根占3.3%，Ⅱ类桩3 439根占78.8%，Ⅲ类桩672根占15.4%，Ⅳ类桩103根占2.4%，其余5根波形不规则不予定类。

为了进一步弄清楚这些桩的桩身完整性情况，选取16根桩进行了高应变检测，结果见表1。其中2304号桩、2243号桩采用柴油锤，见图3；其余桩采用自由落锤，见图4,图5。自由落锤试验的桩中，部分桩第一锤桩顶位移较大，没有“跳锤”。

其中4座塔楼的静载荷试验与高应变同时进行，共检测23根桩，13根不满足设计要求，其中7根极限承载力为3 600 kN，4根为3 200 kN，2根分别为2 800 kN,2 400 kN。

2.3 结果分析

从低应变结果看，各桩的反射波的形态显示，缺陷部位可能为裂缝、断裂或接桩位置，而从委托方所送配桩资料上看，缺陷位置与上部第一截接桩位置相近，考虑到低应变本身的误差，基本可以确认缺陷处应为接桩处。由此结合地质勘查资料分析，可能原因有：1)场地软土深厚，对桩身难以形成有效的侧向约束，而施工过程中，重型设备的作业和土方开挖等造成的反复侧向挤压，容易造成上部桩身损坏，其中1157号桩在检测中已能肉眼观察到桩头倾斜；2)管桩属于挤土桩，尤其在软土层深厚的场地，由于挤土效应的影响，可能导致桩身受拉、受弯，甚至整根桩上浮，影响桩身完整性和桩的承载力，而桩身薄弱处可能先损坏，这可能是部分桩高应变第一锤桩顶位移较大的原因；3)接桩焊接后，停歇时间不够，焊接部位温度高，遇地下水开裂。

从高应变结果看，揭示出下部桩身受损的比例非常大，结合地质勘查资料，从强风化基岩的标高和下部缺陷的位置，分析可能原因为：上覆软土层与基岩之间缺乏足够厚的过渡层，属于“从松软突变到特别坚硬的地层”[1]的情况。这种地质条件下采用锤击法施工预应力管桩，由于软土层摩擦力较小，锤击力仅被耗散了很小一部分能量，打桩过程中大部分锤击力以压力波的形式在桩底反射、叠加，反射的压力波在上行过程中重新进入软土层，又产生下行的拉力波，如此反复，容易造成桩身下部损坏。

在2304号桩锤击过程中的，最大拉应力TSX达到了11.5 MPa(见图3)，2243号桩也达到7.9 MPa。管桩规范[2]要求AB型管桩有效预压应力值为6.0 MPa，混凝土规范[3]要求C80混凝土轴心抗拉强度标准值为3.11 MPa，可见锤击过程中的最大拉应力已经超过桩身混凝土所能承受的拉应力，有使桩身薄弱位置受损的可能。

对比低应变、高应变结果，高应变上部缺陷的严重程度相对低应变结果较轻，也提示缺陷可能为裂缝、断裂或接桩处，在锤击力作用下发生闭合。而高应变揭示的下部缺陷，由于低应变的激励作用小，即使在流塑软土中，其能量也难以传到深部或者从深部返回，不足以发现此类缺陷。并且对于桩身多个缺陷的情况，由于缺陷位置的阻抗变化较大，应力波难以穿过，低应变更显得无能为力。

同时，高应变结果也提示，多根桩的检测承载力达不到设计要求。从图4,图5可见，桩侧摩阻力均相当之小，仅端承部分承载力较大，而静载结果也印证了高应变的结果。

3 结语

通过以上工程事故实例说明，虽然锤击式预应力管桩有价格低、工期短等优势，但在某些特定地质条件下，使用管桩未必能收到良好的经济效益。故针软土层深厚的场地提出几点建议：

1)考虑到相似地质条件下，即使采用静压法施工预应力管桩，同样有出现质量事故的先例[4]，则在“从松软突变到特别坚硬的地层”的场地中，应慎用预应力管桩；2)桩的承载力包含摩擦力和端阻力两部分，一般锤击式管桩可打入N≥50的强风化岩层1 m～2 m，不能打入中风化或微风化岩层[5]，而软土层又无法提供足够的摩擦力，甚至产生负摩阻力，仅靠强风化岩层提供的承载力，往往不高，极限承载力取值应相对保守；3)由于软土层对锤击力的消耗较小，容易在桩身形成较大的压应力或拉应力，而低应变检测不易发现深部的缺陷，应适当配合高应变检测；4)软土场地中，应加强施工管理，采取措施避免机械对地基土产生反复挤压造成桩身损坏；5)改进接桩处的焊接技术，焊条使用前烘干，二氧化碳气体保护，焊接完成后静置一段时间再继续施打，或采用机械连接。

[1] 王 离.管桩基础质量事故的几个典型案例[J].混凝土与水泥制品,2006(5):26-30.

[2] GB 13476—2009,先张法预应力混凝土管桩[S].

[3] GB 50010—2010,混凝土结构设计规范[S].

[4] 彭立才,林奕禧,黄良机.珠海软土地区管桩质量事故分析及处理[J].岩土工程学报,2011,33(10):169-173.

[5] DBJ/T 15—22—2008,锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程[S].