镇江市规划设计研究院 212004
摘要：针对某工程预应力混凝土管桩施工过程中出现Ⅲ类桩、Ⅳ类桩甚至断桩，采用加强灌芯受压承载力、加长灌芯长度的处理方法，能有效缩短工期、降低造价。项目成功实施经验，可供今后类似工程参考。
关键词：预应力混凝土管桩；抗压静载试验；低应变检测；缩短工期；降低造价
预应力混凝土管桩（以下简称管桩）作为一种主要的桩基类型，在一般工业与民用建筑工程中使用非常广泛。管桩主要有以下优点：
1、符合目前国家建筑产业化政策。管桩由工厂化生产，大大减轻了建筑工人的现场劳动强度，为建筑工人提供了良好的工作环境，提高了工作效率。
2、由工厂化大规模生产，质量控制标准化，产品质量稳定。
3、相同直径的管桩与混凝土灌注桩相比，每延米降低成本15%～20%，从而减少工程造价。
4、管桩每台机每天施工10～15根，混凝土灌注桩每台机每天施工1～2根，提高了工作效率，缩短了工期。管桩相比于混凝土灌注桩不需要混凝土养护周期，减少了现场窝工现象，从而进一步缩短了工期。
5、管桩主要由静压法进行施工，降低了施工现场的噪音，减少了施工对周边住户的影响。另外，管桩相比于混凝土灌注桩无需泥浆外运，有利于环境保护。
由于管桩具有以上优点，管桩越来越受到甲方的欢迎，在一些工程设计中甲方明确要求采用管桩。
本文结合工程实例介绍管桩在施工过程中一些质量问题的处理方法，供大家参考。
工程概况：该工程为某基地办公楼，建筑面积4300平方米，地下一层，地上四层，采用钢筋混凝土框架结构。
地质情况：①-2层素填土（Q4ml）：灰黄色，局部灰色，松散-稍密，粘性土为主局部含有少量碎砖瓦等杂质，堆填时间大于10年。②-1层粉质粘土（Q4）：灰黄色，土灰色，可塑局部软塑，土层中含有褐色锈斑，次生成因。稍有光泽，干强度中等，韧性中等。③-2层粉质粘土（Q4al）：灰色，软塑。正常固结土。无摇震反应，稍有光泽，干强度及韧性中等偏低④-2层粉质粘土（Q3al）：灰黄色，黄褐色，可塑，土层中含有少量铁锰质结核。稍有光泽，韧性中等，干强度中等。④-3层粉质粘土（Q3al）：黄褐色，可塑，局部硬塑，土层中含有较多铁锰质结核和灰白色高岭土团块。有光泽，韧性高。④-6层残积土（Q2）：灰黄色，密实，局部中密，土质不均匀，成分杂，主要为角砾及风化物残留颗粒混粘性土组成，局部为粉土、粉砂并混碎石等。该层土在场地内均有分布，该层未揭穿，最大揭露厚度为6.00米。（平面图、1-1剖面图、2-2剖面图）
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勘探孔平面图
2-2剖面
场地内有古冲沟穿过，古冲沟沟底最深10.6米，考虑场地的不均匀性，决定采用桩基础，因甲方考虑环境影响、工期紧迫及造价原因，综合考虑采用管桩基础。
管桩采用PHC500（125）AB-C80预应力高强混凝土管桩，桩顶标高相当于黄海高程8.60米，依据地质剖面桩长设计为17～18米，桩端持力层④-6层残积土，单桩竖向极限承载力标准值为2350KN。
工程桩施工前按规范要求打试桩3根，打试桩过程较为顺利，在打完试桩静置20天后进行单桩竖向抗压静载试验，试验结果均满足设计要求，3根桩的最大沉降分别为11.86mm、10.74mm、12.04mm。
在试验结果均满足设计要求的情况下进行了工程桩的施工，开始沉桩比较顺利，随着工程桩施工数量的增加沉桩越来越困难。后经设计调整，在超压单桩竖向极限承载力标准值1.2倍、施工桩长比设计桩长短1米以下时可以终止压桩。
工程桩施工结束静置20天后按规范要求选取3根进行工程桩抗压静载试验，前2根桩静载试验均满足设计要求，2根桩的最大沉降分别为16.19mm、8.13mm。当进行第3根93#桩抗压静载试验时，前3级荷载（静载试验分为10级进行加载）沉降正常，当加载第4级荷载时沉降突然增加，第4级荷载沉降达到60mm，根据桩基检测标准，93#桩极限承载力为前3级荷载，即93#桩承载力仅达到设计要求的30%。
根据桩基验收要求，当抗压静载试验出现不满足设计要求时，要增加抗压静载试验数量。因本工程有地下室，除3根试桩施工时桩顶标高至地面标高以外，其余桩顶标高均为地下室底板的板底标高，增加抗压静载试验数量必须等地下室开挖后方可进行。
地下室开挖后，首先对工程桩进行全数的低应变检测，共105根工程桩，其中Ⅰ类桩16根、Ⅱ类桩27根、Ⅲ类桩41根、Ⅳ类桩21根。根据桩基低应变检测分类标准，Ⅰ类桩为桩身完整，Ⅱ类桩桩身有轻微缺陷，不影响桩身承载力的正常发挥，Ⅲ类桩桩身有明显缺陷，对桩身承载力有影响，Ⅳ类桩桩身存在严重缺陷（包括断桩），对Ⅲ类桩、Ⅳ类桩必须进行处理后方可使用。
随后选取2根桩（1根Ⅲ类桩、1 根Ⅳ类桩）作为增加检测数量进行抗压静载试验，2根桩静载试验均满足设计要求，2根桩的最大沉降分别为19.34mm、7.98mm。同时对93#桩再次进行抗压静载试验，最大沉降为26.12mm，亦满足设计要求。
原因分析：桩基低应变检测如此大比例出现Ⅲ类桩、Ⅳ类桩是很少见的，且桩身缺陷主要出现在桩顶以下5～6米范围，这个范围刚好是桩的接头位置，结合④-3土层为可塑、局部硬塑粉质粘土，判断为由管桩的挤土效应引起桩的上浮，桩身出现拉力，在接头位置因焊接质量达不到要求，焊缝出现裂缝，裂缝长度达焊缝总长度的20%～40%形成Ⅲ类桩，裂缝长度超过焊缝总长度40%直至完全断开（如93#桩）形成Ⅳ类桩。93#桩经过第一次静载试验后，两节桩断开部位再一次紧密结合到一起，对93#桩再次进行抗压静载试验，亦满足了设计要求。
处理方案：依据以上的原因分析，考虑两节桩完全断开最不利情况，灌芯部分的抗压承载力要求能够满足管桩的抗压承载力要求。对所有Ⅲ类桩、Ⅳ类桩（共62根）采用加强灌芯受压承载力、加长灌芯长度的方法进行处理。灌芯采用C50微膨胀混凝土，灌芯内纵筋采用6根22（三级钢），箍筋采用φ6@100。灌芯长度至两桩接头位置和低应变检测缺陷位置（两者取大值）以下5倍的桩径即2.5米。
PHC500（125）AB-C80管桩灌芯部分半径为125mm。灌芯部分受压承载力设计值
=0.8X23.1X3.14X125X125+0.9X360X6X380=1645KN
灌芯部分受压承载力标准下承载力N/1.35=1645KN/1.35=1218KN。
单桩竖向承载力特征值为2350KN/2=1175KN。
灌芯部分受压承载力标准下承载力>单桩竖向承载力特征值，灌芯部分受压承载力满足要求。
灌芯完成后，对所有进行灌芯处理的62根桩进行低应变检测，其中Ⅰ类桩18根、Ⅱ类桩25根、Ⅲ类桩19根。因为灌芯面积仅为灌芯后管桩总面积的25%，低应变检测出现Ⅲ类桩也属正常。
灌芯处理后，选取5根（其中Ⅱ类桩2根、Ⅲ类桩3根）进行抗压静载试验，5根桩静载试验均满足设计要求，5根桩的最大沉降分别为8.72mm、14.38mm、12.43mm、9.16mm、11.44mm。从灌芯处理后抗压静载试验结果可以判断，处理后桩基能够满足竖向抗压承载力设计要求。
房屋在施工过程中进行的数次沉降观测均无异常沉降，房屋竣工后各点的最终沉降如下表：（沉降表）
从房屋竣工后各点的最终沉降数据可以确认房屋的沉降满足规范要求。对Ⅲ类桩、Ⅳ类桩采用加强灌芯受压承载力、加长灌芯长度的方法进行处理是成功的。
结束语：
对管桩施工过程中出现Ⅲ类桩、Ⅳ类桩甚至断桩通常采用的处理方法是进行补桩，采用补桩要加长工期、增加造价，特别是对有地下室的建筑，地下室开挖后再进行管桩的施工，施工难度很大。采用加强灌芯受压承载力、加长灌芯长度的处理方法不失为方便、经济、快捷的解决方案。