1．前言
預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是一種采用先張法預(yù)應(yīng)力工藝和離心成型法制作的預(yù)制樁。其中PHC(高強(qiáng)度)管樁是經(jīng)過高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)設(shè)備生產(chǎn)的，其樁身混凝土強(qiáng)度等級為C80(或超過C80)，按管樁的抗彎性能和抗裂度，可分為A、AB、B、C型。管徑從φ300～1000mm不等，長度為7～15m。PHC預(yù)應(yīng)力管樁以其樁材質(zhì)量好、強(qiáng)度高、耐施打、穿透能力強(qiáng)、工程地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、設(shè)計(jì)選用范圍廣、容易布樁、經(jīng)濟(jì)快捷、檢測方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各類建筑物和構(gòu)筑物的基礎(chǔ)工程中。但是PHC預(yù)應(yīng)力管樁亦有使用柴油錘施工噪音大，震動(dòng)劇烈，擠土效應(yīng)大，送樁長度有局限，深基坑開挖后截樁余量多等缺點(diǎn)。沿海地區(qū)多采用錘擊沉樁法和靜壓法進(jìn)行施工。在錘擊沉樁法施工中，由于受成樁工藝、機(jī)械設(shè)備、地質(zhì)條件、施工人員素質(zhì)等因素的影響而容易產(chǎn)生一些質(zhì)量通病，出現(xiàn)斷樁、爛樁現(xiàn)象。在工程實(shí)踐中，探討如何避免預(yù)應(yīng)力管樁的斷裂以及對已斷裂的管樁采用費(fèi)用低廉、切實(shí)可行的加固處理方法，具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。
2．預(yù)應(yīng)力管樁斷樁的原因
2.1樁身質(zhì)量問題引起斷樁、爛樁
由于在預(yù)應(yīng)力管樁的生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制不嚴(yán)而造成樁身質(zhì)量缺陷，即混凝土混合料制備、鋼筋加工、鋼筋骨架制作、預(yù)應(yīng)力張拉、澆灌混凝土、離心成型、養(yǎng)護(hù)等工序的質(zhì)量控制不足，造成樁身質(zhì)量缺陷。主要有以下幾種情況：
2.1.1樁身混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)不到規(guī)定指標(biāo)要求。原因主要是：①過分考慮節(jié)約水泥，不嚴(yán)格執(zhí)行砼設(shè)計(jì)配合比；②原材料(水泥、石子、砂)質(zhì)量差，或質(zhì)量波動(dòng)大；③攪拌質(zhì)量差；④減水劑質(zhì)量差或減水劑偏少；⑤養(yǎng)護(hù)制度不嚴(yán)格，特別是普通蒸汽養(yǎng)護(hù)沒有嚴(yán)格按“靜停、升溫、恒溫、降溫”四個(gè)過程進(jìn)行，放張強(qiáng)度偏低，蒸壓養(yǎng)護(hù)時(shí)恒溫溫度偏低或時(shí)間偏短等。
2.1.2鋼材(螺旋筋)質(zhì)量不符合要求。冷拔低碳鋼絲強(qiáng)度低，可焊性差。預(yù)應(yīng)力工藝控制不好，比如張拉時(shí)預(yù)應(yīng)力損失，鐓頭點(diǎn)焊時(shí)鋼筋強(qiáng)度損失等。
2.1.3造成樁身質(zhì)量問題的其它原因有：管樁外形彎曲削弱承載能力；管樁在脫模、起吊、運(yùn)輸中顛簸，工地上拖樁、翻動(dòng)而產(chǎn)生環(huán)向裂縫；砼收縮引起拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生縱向裂縫等等。
2.2.地質(zhì)條件影響導(dǎo)致斷樁、爛樁
2.2.1地勘不詳。施工場地內(nèi)有地下孤石、舊基礎(chǔ)等障礙物未清除干凈，樁入土后，把樁尖擠向一側(cè)造成彎樁、斷樁。
2.2.2施打中遇到硬夾層或巖層軟硬突變而無過渡層，穩(wěn)定性不足或巖層界面傾角引起打滑導(dǎo)致彎樁、斷樁。
2.2.3場地地表土地耐力較差，樁機(jī)在沉樁過程中下陷，無法有效控制樁身垂直度；接樁焊接不當(dāng)；樁機(jī)移動(dòng)措施不當(dāng)，或沒有合理安排沉樁流程、沉樁速度，沒有設(shè)置應(yīng)力釋放孔、沉樁監(jiān)測，由于擠土效應(yīng)，產(chǎn)生了后續(xù)施工對已完成的樁產(chǎn)生偏位和斷樁。
2.3.施工因素造成斷樁、爛樁
2.3.1樁錘的選擇不合理：例如用D40錘打φ500mm的樁，承載力難以保證；反過來，用D60錘打φ400mm的樁，盡管能保證樁的承載力滿足設(shè)計(jì)要求，順利或基本順利將樁下沉到設(shè)計(jì)深度，但收錘標(biāo)準(zhǔn)則較難控制，且樁錘對樁身沖擊壓應(yīng)力超過樁身混凝土極限強(qiáng)度的50%，導(dǎo)致斷樁、爛樁，這種情況常出現(xiàn)是因?yàn)橛行┦┕挝粓D方便不嚴(yán)格選錘，使用同一種錘施打多種樁型或不同直徑的樁。
2.3.2基坑施工不當(dāng)：
基坑開挖時(shí)，大型挖機(jī)挖鏟轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不慎碰到樁頭，造成斷樁；基坑內(nèi)土方開挖程序未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求分層、分段開挖；在淤泥質(zhì)土較厚地區(qū)，土體本身的流動(dòng)性大，加上其中積聚的沉樁擠壓力、土層中孔隙水壓朝開挖方向釋放，進(jìn)而加劇了淤泥向開挖方向流動(dòng)，又因預(yù)應(yīng)力管樁對水平力的抵抗能力小，隨著土體的位移而向開挖方向傾斜，如果一次開挖過深就會(huì)引起管樁的偏位、嚴(yán)重的產(chǎn)生斷裂；圍護(hù)不當(dāng)產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)，邊坡一旦失穩(wěn)，基坑壁側(cè)向移動(dòng)，將嚴(yán)重破壞工程樁傾斜、斷樁，通常是土釘支護(hù)等支護(hù)形式容易出現(xiàn)這種問題。
2.3.3樁施打時(shí)，技術(shù)處理不當(dāng)。如穩(wěn)樁不垂直，壓入地下一定深度后，再用走架方法校正，使樁身產(chǎn)生彎曲；兩節(jié)或多節(jié)樁施工時(shí)，連接處表面沒有清理干凈，留有雜質(zhì)、水分、油漬等，焊接時(shí)連接件不平，有較大的間隙，造成焊接不牢；焊縫不連續(xù)，不飽滿，焊縫中有夾渣等；冷卻方式不對，冷卻時(shí)間不夠。相接的兩節(jié)樁不在同一軸線上，產(chǎn)生了曲折，打入時(shí)接樁處局部因產(chǎn)生集中應(yīng)力而破壞連接，造成樁身斷裂。
2.3.4送樁處理不注意。送樁器與樁頭銜接不好，送樁深度超過2m，施打時(shí)仍按原收錘標(biāo)準(zhǔn)控制。
2.4.設(shè)計(jì)方面的原因引起斷樁、爛樁
2.4.1管樁的布置間距過小，群樁作用，樁擠壓，使土體升高，導(dǎo)致樁拔起，出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象。
2.4.2樁端進(jìn)入持力層深度值沒有根據(jù)不同的土質(zhì)取，而是盲目選取，當(dāng)強(qiáng)風(fēng)化層太厚時(shí)，由于施打疲勞導(dǎo)致爛樁。
2.4.3最后貫入度值取得太小，每陣小于20mm。錘擊數(shù)量過大，大于2000～2300錘擊導(dǎo)致爛樁。
2.4.4設(shè)計(jì)中如選用樁徑不當(dāng)、間距過密，也容易出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。長徑比大于100，接頭數(shù)量過多亦易引起斷樁。
2.4.5樁型選擇不當(dāng)，主要是場地地質(zhì)復(fù)雜時(shí)選型不當(dāng)，如在硬夾層或孤石、障礙物較多的軟土地區(qū)選用預(yù)應(yīng)力管樁作基礎(chǔ)，很容易碰到孤石等，施工過程中無法進(jìn)入到到持力層而又不及時(shí)調(diào)整樁長就容易斷樁。
2.4.6持力層選擇不當(dāng)，如沒有正確選擇持力層或要求樁基進(jìn)入持力層的深度過大而無法送樁到設(shè)計(jì)深度，或持力層巖面起伏較大而樁長不靈活調(diào)整等。
3.預(yù)應(yīng)力管樁斷樁的預(yù)防
通過上述分析，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為從以下三方面采取措施可以預(yù)防斷樁情況發(fā)生：
3.1.預(yù)應(yīng)力管樁樁身質(zhì)量的控制
選擇信譽(yù)較好，具備生產(chǎn)資質(zhì)，有完善質(zhì)保體系的管樁廠購買管樁，管樁進(jìn)場時(shí)，不僅要檢查管樁的合格證、檢驗(yàn)報(bào)告等資料是否齊備，還要進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，尺寸偏差檢查，發(fā)現(xiàn)樁身開裂超過有關(guān)驗(yàn)收規(guī)定的，或樁身彎曲超過規(guī)定的(L/1000且≤20mm)，要堅(jiān)決退掉。嚴(yán)格控制樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，確保工程樁質(zhì)量的合格是順利沉樁的前提。為了確保樁身質(zhì)量，要求管樁出廠前應(yīng)至少有14天齡期的自然養(yǎng)護(hù)時(shí)間，在樁材的起吊、運(yùn)輸、堆放等過程中嚴(yán)格按照相應(yīng)的施工規(guī)范要求執(zhí)行，每批樁進(jìn)場必須提供相應(yīng)的質(zhì)量保證書，樁材進(jìn)場時(shí)應(yīng)由樁基施工專職質(zhì)檢人員配合監(jiān)理單位對樁身進(jìn)行驗(yàn)收。
3.2.加強(qiáng)設(shè)計(jì)合理性
設(shè)計(jì)布樁時(shí)，同一結(jié)構(gòu)單元，宜用同一類型的樁；樁的中心距視承臺情況取(3.0d-6.0d)宜大不宜??；樁端進(jìn)入持力層的深度根據(jù)不同的土層選取(1.0d，1.5d，2.0d，2.5d)；長徑比應(yīng)≤100；接頭數(shù)量應(yīng)≤4個(gè)。
在設(shè)計(jì)上要合理選擇樁型、確定樁基參數(shù)。在認(rèn)真分析地質(zhì)條件的前提下，大面積沉樁前一定要做好試樁工作，并根據(jù)試樁情況確定好管樁長度，以避免強(qiáng)行壓樁到指定標(biāo)高而導(dǎo)致斷樁。必要時(shí)，可采用厚壁樁，針對具體工程地質(zhì)情況，備用一些AB型或B型管樁，根據(jù)施工情況和地質(zhì)狀況有選擇使用，雖然樁的成本增加，但從減少斷樁和縮短工期的角度看，是經(jīng)濟(jì)的。
3.2.合理安排施工方案
3.2.1做好沉樁準(zhǔn)備工作，對地表進(jìn)行必要地建筑垃圾鋪設(shè)、碾壓，保證其達(dá)到設(shè)計(jì)要求的地耐力；打樁前預(yù)鉆應(yīng)力釋放孔（如預(yù)鉆孔、砂井、塑料排水板等），防止工程樁傾斜。
3.2.2嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)定正確施工，必須保證送樁器與樁身的縱向軸線保持一致，第一節(jié)管樁起吊就位插入地面的垂直度偏差不得大于0.5%，并及時(shí)用兩臺經(jīng)緯儀雙垂直方向校測，必要時(shí)，宜拔出重插；盡量減少中間間歇時(shí)間；接樁時(shí)，上下節(jié)樁段應(yīng)保持順直，錯(cuò)位偏差不大于2mm，焊接應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定，焊后自然冷卻時(shí)間不得少于8分鐘，嚴(yán)禁用水冷卻或焊好即打。
3.2.3采取措施控制沉樁速率和合理安排沉樁順序，沉樁初期沉樁速率宜控制在8-10根/日，沉樁應(yīng)按背離被保護(hù)對象的方向進(jìn)行，并遵循“先深后淺，先大后小，先中間后兩側(cè)”的原則。在施工過程中，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，及時(shí)調(diào)整沉樁速率或沉樁流程，必要時(shí)采用跳打（間隔距離應(yīng)大于20m）或停壓等措施來調(diào)節(jié)和控制土體位移量。
3.2.4嚴(yán)禁邊打樁邊開挖，開挖宜在樁基全部完成并至少隔15d進(jìn)行，以利于打樁中形成的土體內(nèi)的應(yīng)力消散?；娱_挖前應(yīng)先進(jìn)行圍護(hù)體系施工，圍護(hù)體系滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)才能進(jìn)行開挖。
3.2.5在基坑挖土過程中，避免損壞工程樁；開挖應(yīng)結(jié)合后澆帶設(shè)置情況按照分段分層間隔開挖，分段長度不宜大于20m，以充分發(fā)揮“空間效應(yīng)”，分塊位置按1：1.5放坡處理；應(yīng)控制分層之間土層高差，小范圍土層高差不大于2米，樁周土體高差不宜超過1m，以免局部應(yīng)力釋放過快、導(dǎo)致管樁的偏位、斷裂現(xiàn)象。
3.2.6開挖次序嚴(yán)格遵循“分層開挖，先撐后挖”的原則。
3.2.7做好基坑監(jiān)測工作，在基坑開挖過程中，若有異常情況應(yīng)進(jìn)行連續(xù)觀測，并及時(shí)通知各有關(guān)單位以便及時(shí)處理。同時(shí)做好應(yīng)急預(yù)防措施，防止突發(fā)事件發(fā)生。
4.預(yù)應(yīng)力管樁斷樁的處理
盡管在設(shè)計(jì)和施工過程中對斷樁現(xiàn)象有嚴(yán)密地預(yù)防措施，但由于多方面的原因，在工程實(shí)踐中斷樁問題還是時(shí)有發(fā)生。軟土地區(qū)的斷樁現(xiàn)象，通常發(fā)生在基坑開挖的過程中，一般發(fā)生在管樁的上部，這主要是由于其上部受到壓樁力較大或水平位移較大造成的。對這類問題，若采用錨桿靜壓樁甚至回填基坑補(bǔ)樁的方法來處理，既費(fèi)時(shí)又不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)補(bǔ)樁技術(shù)難度也較高。
斷樁加固的原則是：首先，加固后的管樁的完整性和垂直度要符合設(shè)計(jì)要求，不符合垂直度要求的應(yīng)通過扶正手段使其滿足，不符合完整性要求的通過截?cái)嗌喜科茡p部分進(jìn)行接樁處理；其次，加固后的管樁樁基承載力要符合設(shè)計(jì)要求。
管樁斷樁的處理，通常是根據(jù)其不同情況來分別采取相應(yīng)的措施。如果只是有裂縫破壞，可以采取填芯措施加固；如果是樁身嚴(yán)重破壞或者上下節(jié)嚴(yán)重錯(cuò)位，可以采取接樁措施加固。
5.工程實(shí)例應(yīng)用
海南三亞紅沙海岸項(xiàng)目是集商業(yè)辦公、休閑養(yǎng)生、安居置業(yè)為一體的高品位標(biāo)志性綜合建筑群。項(xiàng)目占地面積16萬平方米，總建筑面積約33萬平方米，合同金額為4.5億元。由38棟主體建筑及公建配套組成，建筑總高度約72米。地上結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為6度。其樁基采用PHC管樁，樁徑500mm，壁厚125mm，樁長為26m，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值Rd=1500kN。在基坑開挖過程中發(fā)現(xiàn)部分管樁存在傾斜和斷裂現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場測量，樁身缺陷位置位于樁頂下3～5m之間。
本工程地層特性依次如下：第①層素填土（Q4ml）：該層分布于全場，灰黃色，稍濕，松散狀，主要成份為碎石土、粘土質(zhì)砂。層厚0.80～3.90m，平均厚度2.91m。第②層含珊瑚碎屑粉砂(Q4m)：灰、深灰色，飽和，松散狀，顆粒成分為石英質(zhì)，層厚3.40～10.00m，平均厚度5.33m。第②1層含珊瑚碎屑淤泥質(zhì)粘土(Q4m)：深灰色，流塑狀為主，平均厚度12.19m。第③層粉質(zhì)粘土（Q2pl）：灰黃、黃褐等色，硬塑狀為主，局部可塑狀。揭露平均厚度21.26m。第④層粘土質(zhì)粗砂（Q1m）：淺灰色，飽和，中密狀，顆粒成分為石英質(zhì)，細(xì)粒土含量約25%～30%，夾粘土質(zhì)中砂、粘土質(zhì)礫砂。厚度7.10m。第⑤層粉質(zhì)粘土（Q1m）：灰黃、淺灰色，硬塑狀，干強(qiáng)度高，韌性中等。揭露厚度4.90m。
針對該工程特點(diǎn)，并結(jié)合以往處理經(jīng)驗(yàn)，對未傾斜的Ⅲ、Ⅳ類樁進(jìn)行填芯加固，填芯厚度應(yīng)超過裂縫位置一定深度；對傾斜的Ⅲ、Ⅳ類樁，先進(jìn)行扶正，再進(jìn)行填芯加固。
填芯主要是在管樁內(nèi)部設(shè)置鋼筋籠，并在斷裂位置上下1.5m范圍內(nèi)加密鋼筋，鋼筋籠下至斷裂位置下3米。填充材料有兩種方式，一種是在管芯中填C45微膨脹混凝土；另一種是壓密注漿，即通過在管芯中添置砂石的混合物并注入高壓水泥漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。為了控制填充材料用量，前者需要在鋼筋籠底焊接5mm厚薄鋼板托板，后者需要在鋼筋籠底安放止?jié){袋，用C45微膨脹混凝土封口，封口混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%之后才能進(jìn)行高壓注漿，注漿完成后拔出注漿管。相比較而言，后者工藝較為繁瑣，工期較長。綜合比較，我們選擇C45微膨脹混凝土填充管芯。
具體加固施工方法如下：
?。?）樁內(nèi)填芯。填芯前清洗樁管，然后在管樁內(nèi)壁涂刷水泥凈漿，以提高填芯混凝土與管樁樁身混凝土的整體性。然后下鋼筋籠，配筋主筋為6φ22，在斷裂位置另加6φ22，鋼筋籠下至斷裂位置下3米，并在鋼筋籠底焊接5mm厚薄鋼板托板。
（2）樁內(nèi)澆灌C45微膨脹混凝土。
?。?）施工完成后復(fù)測樁身偏位情況。
?。?）選取有代表性的基樁進(jìn)行承載力測試，樁數(shù)不少于3根。
?。?）增加沉降觀測點(diǎn)，加強(qiáng)對沉降量和沉降差監(jiān)測。
樁內(nèi)填芯如下圖所示。
預(yù)應(yīng)力預(yù)制管樁填芯加固示意圖
6.結(jié)論
本文從工程實(shí)踐的角度較為全面地總結(jié)了軟土地區(qū)預(yù)應(yīng)力管樁的斷樁原因，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施，對指導(dǎo)實(shí)際工程具有一定的借鑒意義。
實(shí)踐證明，斷樁加固方法、加固機(jī)理直觀，切實(shí)可靠，簡易可行，經(jīng)濟(jì)合理，有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
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[3]《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94—2008）
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